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與傳統(tǒng)燃煤鍋爐相比，燃燒天然氣的鍋爐雖然排放的二氧化硫及氮氧化物的含量很少，減輕了對環(huán)境的壓力，但燃燒后產(chǎn)生的大量水蒸氣隨高溫?zé)煔馀欧诺江h(huán)境中，仍然造成了能量的嚴(yán)重浪費。
而采用冷凝式鍋爐將高溫?zé)煔庵械娘@熱和潛熱予以回收，可以達到充分利用能源降低運行成本的效果。
一、使用冷凝置換器

冷凝式換熱器就是增設(shè)在天然氣鍋爐尾部的余熱回收裝置，當(dāng)煙氣在通道內(nèi)通過傳熱面，溫度降至露點溫度以下，從而使排煙中的水蒸氣凝結(jié)釋放潛熱傳遞給回收工質(zhì)，可以將排煙中大量的能量加以回收利用，從而達到節(jié)能環(huán)保的效果。

二、煙氣分析

天然氣成分絕大部分為烴，燃?xì)忮仩t排煙中水蒸氣的含量較高。每1m3天然氣燃燒后可以產(chǎn)生1.55kg的水蒸氣，汽化潛熱大約為3700kJ/Nm3，占天然氣的低位發(fā)熱量的10%以上。傳統(tǒng)鍋爐中，排煙溫度一般在160～250℃，煙氣中的水蒸氣仍處于過熱狀態(tài)，不可能凝結(jié)成液態(tài)的水而放出汽化潛熱。因此傳統(tǒng)的天然氣鍋爐理論熱效率一般只能達到95%左右，利用冷凝式換熱器只要把煙氣溫度降到煙氣露點溫度以下，就可回收煙氣中的顯熱和水蒸氣的凝結(jié)潛熱，按低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)計算，天然氣鍋爐熱效率可達到和超過109%。



1、露點計算

在水蒸氣分壓力不變的情況下，使空氣冷卻至飽和濕蒸汽狀態(tài)時，將有水滴析出，此時的溫度即為露點溫度。天然氣燃燒特性分析(以1m3天然氣計算)煙氣中水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)達17˙4%，若燃燒在大氣壓力下進行，當(dāng)空氣過量系數(shù)α為1.1時(本文中的計算均以此作為計算依據(jù))，其相應(yīng)的煙氣露點溫度是57℃。

通過觀察可知，煙氣露點溫度隨過量空氣系數(shù)的變化而變化。隨著過量空氣系數(shù)的增加，煙道中水蒸氣的相對體積減小，水蒸氣的容積份額會有所下降，其露點溫度也隨之降低。

2、熱效率解析

 
煙氣中的熱量以顯熱和潛熱2種形式存在，因此鍋爐的熱損失也由煙氣的顯熱損失和潛熱損失組成。而顯熱損失取決于煙氣的溫度和煙氣組分的熱容量；潛熱損失則取決于煙氣中以水蒸氣形態(tài)存在的水量的多少。

僅煙氣中的潛熱就對鍋爐的熱效率影響如此巨大，倘若能將排煙溫度降低到露點以下對潛熱加以回收利用，對以低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)進行計算的熱效率至少可提高到10%以上。

排煙中的水蒸氣潛熱在57℃以下才能得以回收，能夠回收的熱量依賴于所要求的利用溫度和利用率。因此，低溫下余熱冷水可獲得高的回收率，而在較高的溫度下輸出熱能會降至可以回收的能量數(shù)量。
 

三、余熱回收

 
1、避免余熱回收器受熱面的磨損

將余熱回收器管排設(shè)計成膜式管排(或H型管排)，這種結(jié)構(gòu)迫使煙氣流動趨于層流，管排間沒有煙氣擾動，在同樣煙速下，與螺旋肋片式和光管式相比較是不易磨損的受熱面布置形式。而且由于每個煙道的邊界管排與煙氣的磨擦，而形成中間流速高，兩邊流速低的分布方式。因此，管壁附近煙氣流速低于平均值，煙氣擾動比較弱，緩解了飛灰對省煤器的磨損。另外，煙氣流速對受熱面的磨損影響zui大，布置受熱面時煙氣流速不宜過大，設(shè)計時通過調(diào)整管排橫向截距，來改變受熱面的煙速，可有效避免余熱回收器管排的磨損問題。


2、煙道阻力

鍋爐整個煙道阻力主要由引風(fēng)機和煙囪自拔力來克服，其中引風(fēng)機是主要因素。安裝余熱回收器后鍋爐整體煙氣阻力必然增加。在加裝余熱回收器的同時是否對引風(fēng)機進行改造，進一步提高出力，確保安裝余熱回收器后鍋爐本體的正常運行。

3、余熱回收器管內(nèi)壁結(jié)垢

受熱面管內(nèi)壁結(jié)垢主要發(fā)生在蒸發(fā)段，因為蒸汽的溶鹽能力與水比較相差很大。而在余熱回收系統(tǒng)中zui高點溫度也不會超過120℃，整個系統(tǒng)仍處于液相，管內(nèi)壁結(jié)垢問題較小。


總結(jié)

1、鍋爐以天然氣為燃料時，非常適合將其改造為冷凝式余熱回收鍋爐，提高鍋爐利用效率。

2、天然氣鍋爐排放的煙氣中含有一定量的水蒸氣，若將排煙溫度降低到露點溫度以下回收水蒸氣釋放的氣化潛熱，可將鍋爐效率提高10%以上。

3、合理設(shè)置關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，可實現(xiàn)余熱回收系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。