燃气锅 炉排烟余热回收有哪些

来源:苏州源 杰环保科技有限公司 发布时间:2017-03-23 浏览次数:0次

燃气锅
炉排烟余热回收有哪些

由于中 国多年的工业发展,以煤炭 作为主要燃料的工业锅炉仍占据着主导地位。为迎合 国情工业在迅猛发展的同时也造成了雾霾等空气污染的日益严重,国家意 识到这一点后发表了不少有关工业发展中保护环境的政策。

而天然 气工业的迅猛发展也给环保带来了曙光。以此种 清洁能源为燃料的锅炉将会逐渐增多。与燃煤相比,燃烧天 然气虽然排放的二氧化硫及氮氧化物的含量很少,减轻了对环境的压力,但燃烧 后产生的大量水蒸气随高温烟气排放到环境中,造成了 能量的严重浪费。而采用 冷凝式锅炉将高温烟气中的显热和潜热予以回收,可以达 到充分利用能源降低运行成本的效果。

一、的秘密——冷凝置换器

冷凝式 换热器就是增设在天然气锅炉尾部的装置,当烟气 在通道内通过传热面,温度降 至露点温度以下,从而使 排烟中的水蒸气凝结释放潜热传递给回收工质,可以将 排烟中大量的能量加以回收利用,从而达 到节能环保的效果。随着制 造工业的不断发展,各种新 型高效的冷凝换热装置层出不穷,不论从 结构还是实际余热回收效果来看都有了非常大的改进。

二、烟气分析

天然气 成分绝大部分为烃,排烟中 水蒸气的含量较高,分析表明,排烟中 可利用的热能中,水蒸气 的汽化潜热所占的份额相当大。每1m3天然气 燃烧后可以产生1.55kg水蒸气,具有可观的汽化潜热,大约为3700kJ/Nm3,占天然 气的低位发热量的10%以上。传统锅炉中,排烟温度一般在160~250℃,烟气中 的水蒸气仍处于过热状态,不可能 凝结成液态的水而放出汽化潜热。因此传 统的天然气锅炉理论热效率一般只能达到95%左右,利用冷 凝式换热器只要把烟气温度降到烟气露点温度以下,就可回 收烟气中的显热和水蒸气的凝结潜热,按低位 发热量为基准计算,天然气 锅炉热效率可达到和超过109%。

1、露点计算

在水蒸 气分压力不变的情况下,使空气 冷却至饱和湿蒸汽状态时,将有水滴析出,此时的 温度即为露点温度。天然气燃烧特性分析(以1m3天然气计算)烟气中 水蒸气的体积分数达17˙4%,若燃烧 在大气压力下进行,当空气过量系数α为1.1时(本文中 的计算均以此作为计算依据),其相应 的烟气露点温度是57℃。

通过观察可知,烟气露 点温度随过量空气系数的变化而变化。因为根 据道尔顿分压定律,露点温 度的高低与烟道中水蒸气的分压量(即水蒸气的含量)成正比,随着过 量空气系数的增加,烟道中 水蒸气的相对体积减小,水蒸气 的容积份额会有所下降,其露点 温度也随之降低。实际上,虽然各 地方天然气中成分含量有所不同,但由于 其主要成分均为甲烷且占绝大部分,其他成分影响很小,经计算 的露点温度误差不超过0.3%(符合实际要求的范围),并且由 于实际燃烧的影响因素较多,也使得 计算不可能达到很精确,通常是 在理论值附近的一个范围内波动,在实际 应用中还需根据不同情况进行修正分析。

2、热效率解析

烟气中 的热量以显热和潜热2种形式存在,因此锅 炉的热损失也由烟气的显热损失和潜热损失组成。而显热 损失取决于烟气的温度和烟气组分的热容量;潜热损 失则取决于烟气中以水蒸气形态存在的水量的多少。当水蒸气冷凝时,烟气中 存在复杂的现象:由于水 蒸气分压力较低,并且在 冷凝液膜附近主要是不凝气体,如N2、CO2、O2等,烟气中 水蒸气需要穿过不凝气体层才能达到液膜表面发生冷凝。烟气中 水蒸气冷凝率等于由单位体积天然气燃烧生成烟气所产生的凝结水量与燃烧所生产的水蒸气量的比值,其中,燃烧所 产生的水蒸气包括天然气燃烧生成的水蒸气及空气和燃气所带入的水蒸气。

仅烟气 中的潜热就对锅炉的热效率影响如此巨大,倘若能 将排烟温度降低到露点以下对潜热加以回收利用,对以低 位发热量为基准进行计算的热效率至少可提高到10%以上。并且随 着排烟温度的降低,烟气的 显热损失也会相对减小,那么热 效率的提高将更为明显,进一步 证明降低排烟温度对锅炉效率提高的重要意义。

进一步 计算可以得出在不同排烟温度下锅炉实际热效率的变化趋势。锅炉效 率随着排烟温度的变化分为2个比较明显的区域:在60~180℃变化缓慢,而在20~60℃变化较大。这主要 是因为排烟损失中水蒸气潜热损失占的比例大于烟气显热的结果。当锅炉排烟温度降到20℃时,锅炉效率理论上可达107.4%。

排烟中 的水蒸气潜热在57℃以下才能得以回收,能够回 收的热量依赖于所要求的利用温度和利用率。如果利 用温度接近排烟的露点温度,仅能回收较少的热量。利用温度越低,回收的热量越多。因此,低温下 余热冷水可获得高的回收率,而在较 高的温度下输出热能会降至可以回收的能量数量。

三、余热回收

1、避免余 热回收器受热面的磨损的全过程

将余热 回收器管排设计成膜式管排(或H型管排),这种结 构迫使烟气流动趋于层流,管排间没有烟气扰动,在同样烟速下,与螺旋 肋片式和光管式相比较是最不易磨损的受热面布置形式。而且由 于每个烟道的边界管排与烟气的磨擦,而形成中间流速高,两边流 速低的分布方式。因此,管壁附 近烟气流速低于平均值,烟气扰动比较弱,缓解了 飞灰对省煤器的磨损。另外,烟气流 速对受热面的磨损影响最大,布置受 热面时烟气流速不宜过大,设计时 通过调整管排横向截距,来改变受热面的烟速,可有效 避免余热回收器管排的磨损问题。

2、烟道阻力

锅炉整 个烟道阻力主要由引风机和烟囱自拔力来克服,其中引 风机是主要因素。安装余 热回收器后锅炉整体烟气阻力必然增加。以某电厂3号炉热 力计算结果为例,烟道阻力增加约70Pa左右。在加装 余热回收器的同时是否对引风机进行改造,进一步提高出力,确保安 装余热回收器后锅炉本体的正常运行,视现场情况确定。

3、一直被担忧的小问题——余热回 收器管内壁结垢

受热面 管内壁结垢主要发生在蒸发段,因为蒸 汽的溶盐能力与水比较相差很大。而在余 热回收系统中最高点温度也不会超过120℃,整个系统仍处于液相,管内壁结垢问题较小。

总结

1、与煤和石油相比,天然气 是一种非常理想的清洁能源,排放烟 气对环境压力小,并且非 常适合将其改造为冷凝式余热回收锅炉,提高锅炉利用效率。

2、天然气 锅炉排放的烟气中含有一定量的水蒸气,若将排 烟温度降低到露点温度以下回收水蒸气释放的气化潜热,可将锅炉效率提高10%以上。

3、合理设 置关键技术参数,可实现 余热回收系统长期稳定运行,国内一 些电厂成功设计安装了余热回收利用系统,为电厂 带来了良好的经济效益。

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