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化工燃气锅炉烟气冷凝余热回收技术研究与应用

作者:user 来源:  日期:2020-01-12 21:42

随着我国能源结构调整,人们节能环保意识不断增强,燃气锅炉正日益取代燃煤锅炉在工业生产、生活供热中得到广泛的应用,提高天然气锅炉利用效率,成为能源环境研究领域的重要课题。天然气锅炉排出的烟气热能未能得到有效的利用,造成一定的经济、环保损失。本文深入研究了燃气锅炉冷凝余热回收技术,以及提高化工燃气锅炉能源利用效率,降低烟气损失。 
 随着我国对节能环保工作日益重视,加快能源结构调整,化石燃料占能源结构比例不断上升,燃气锅炉正日益取代燃煤锅炉,并在工业生产、生活供热中得到了广泛的应用。同时,由于传统的燃气锅炉排烟问题一般为150℃左右,烟气中国包含15%-20%的过热水蒸气,导致该部分能源未能有效回收和利用,直接排放到大气中,一方面造成一定的环境污染问题,另一方面,烟气带走大量的热量,导致燃气锅炉热效率下降。因此,合理利用冷凝余热回收技术,以及降低燃气锅炉烟气过热损失,提高燃气锅炉经济效益。 
  1 烟气冷凝余热回收工作原理 
  传统的燃气锅炉设计时,为了防止锅炉尾部受露点温度影响而产生低温腐蚀问题,将锅炉的排烟温度设计较高,一般为150℃左右,导致燃气锅炉的热效率在90%以下。天然气中约95%为甲烷,其他成分为少量的烷烃、水分等。燃气锅炉排烟不仅带走了大量的热量,还导致水蒸气潜热损失,1m3烟气燃烧后约产生2.11m3的水蒸气,相当于1.69kg的水,其冷凝所释放出的热量约为3800kJ,约为天然气燃料值的10%左右,因此,排烟热损失是导致燃气锅炉热效率降低的重要因素。研究表明,随着排烟温度的降低,烟气理论可回收热量及锅炉热效率将提高,当温度下降至露点温度后,可回收的热点及热效率提升速率显著提升,因此,在烟气冷凝余热回收时,应将烟气排放温度降至露点温度以下,进而达到提高锅炉燃气经济效益的目的。 
  2 冷凝式余热回收技术研究 
  冷凝式烟气余热回收技术是在传统烟气余热回收技术的基础上发展而来的,借助于高效的冷凝余热回收装置吸收烟气与水蒸气冷凝所释放出的热量,实现热量的有效回收与利用。该技术与早期的锅炉回收或余热加热空气技术相比,虽然在形式上差别不大,但由于传热机理由单相的对流换热转变为凝结式换热,能够在回收显热的同时回收水蒸气凝结释放的潜热,从而提高了余热回收效率。同时,在该技术应用时,还应当考虑冷凝余热产生的冷凝酸液的腐蚀问题。 
  根据烟气余热回收的换热器类型划分,可将冷凝式余热回收装置分为:接触式换热、间壁式换热。 
  ①接触式换热:该技术是通过烟气与余热回收介质直接接触,从而完成热交换的过程。在实践中,通常以水作为余热回收介质,以喷淋水的形式与烟气直接接触,从而将烟气温度降至露点温度以下,以实现吸收烟气显热与潜热的目的; 
  ②间壁式换热:间壁式换热是将换热介质用固体壁面隔开,从而实现不同介质通过间壁的形式进行热交换。由于间壁式换热实现了换热介质的分离,避免了介质的直接接触,因此,与接触式换热相比,间壁式换热交换效率下降,换热器体积大,且钢材耗用更大。烟气冷凝后,其冷凝水呈酸性(5.5-6.5左右),甚至呈强酸性。因此,在间壁式换热交换器应选用耐腐蚀的板面材料。常用的换热器材料包括不锈钢、ND钢等耐腐蚀金属,陶瓷、玻璃等非金属材料也日益成为换热面的替代材料。根据换热器结构及类型,可将间壁式换热分为翅片管换热器、热管换热器及板式换热器器; 
  ③翅片管换热器:翅片管换热器应用较为广泛的,其翅片结构与形状种类繁多,相较于一般的换热器,翅片管换热器具有传热效率高、结构紧凑、结垢少等特点。其中,H型翅片管特殊的槽钢结构及耐磨防污性能,尤其适用于燃气锅炉余热回收与利用。研究表明,H型翅片传热效率随着气体流速、翅片高度与翅片厚度的增加而提高,传热系数与翅片间距成正相关关系; 
  ④热管换热器:热管换热器是通过换热器中的冷热交换实现热量传递。热管换热器具有结构简单、体系小、重量轻等优点。以某电厂为例,在锅炉改造增加热管换热器后,其排烟温度有156℃可降至118℃,发电煤耗可降低3.73g/kW·h,取得了良好的经济效益; 
  ⑤板式换热器:板式换热器是使冷媒与高温烟气分别在板间两侧流动,通过传热板片实现热量传递。板式换热器结构相对简单、重量小、经济性高,在相同的介质温度下,板式换热器的换热效率可达到直接换热器的45%左右。在实际应用中,板式换热器可将烟气排放温度降至80℃-90℃,节能效果显著。 
  3 化工企业燃气锅炉烟气冷凝余热回收技术应用研究 
  基于烟气冷凝回收技术,对锅炉设备进行改造,制作均勻的换热常压节能器,以取代传统的省煤器。余热回收装置的设计充分考虑水循环系统、送风系统等因素的影响。余热回收装置内的水系统与锅炉并行,供热处锅炉回水流量较大,所以并联水系统可以降低对系统大网的压力及温度影响。 
  4 结束语 
  随着可持续发展理念在我国的持续推广,化工企业燃气锅炉烟气余热回收装置的价值日益提升。不仅可以提高锅炉正平衡热效率,同时也降低了排烟温度、减少了大气污染。因此,化工燃气锅炉烟气冷凝余热回收技术具有显著的推广意义及良好的实用价值。 

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