传统煤气机组节能技术状况

摘要：本文针对传统煤气机组煤耗耗费及氮氧化物排放的问题，通过剖析国外外煤气机组的发展状况及国外现今常用的机组烟气余热回收技术，并注重介绍了机组烟气余热回收的两种技术，直接接触冷凝式及间接接触冷凝式，为逐步研究传统煤气机组的节能传热技术，夯实了重要的理论基础。

关键词：煤气机组；节能；余热回收

1国外传统煤气机组发展现况

我国传统煤气机组中排烟气温通常在180℃以上，排出的烟气依然具备很高的热能，这部份余热热能得不到运用而直接排出，造成了环境的污染，同时也导致了严重的能源耗费。排出的烟气携带着余热，余热资源运用率较低，非常是在烟气露点湿度以下的部份。另外，我国近些年来空气污染问题日益严重，其中害处最大的大雾现象的原因之一就是水蒸汽诱因，传统烟气直接排入大气中会造成大量的水蒸汽排入大气，转变为水景污染，减缓大雾现象。天然气的燃烧产物还富含氮氧化物，其除了会害处自然环境，并且在光照的催化下会产生物理反应，形成的反应产物就会直接导致人们身体各部位脏器的乳癌。综上所述，传统小型煤气机组的进行节能降耗优化设计研究，既增加了天然气运用率，又达到降低环境污染物排放的目的，展现了国家对资源可持续发展的战略要求，还能促进我国节能工作的顺利举行，也将荣获更大的经济效益。

2英国传统煤气机组发展现况

英国煤气机组研制早，技术较为成熟，现今冷凝机组标准热效率普遍能达到（即平均热效率）94.5%。虽然氮氧化物的排放问题提到较少，但是美国现在仍在大量投入研制煤气机组热节能改建，旨在于机组的热效率、环保等方面的逐步建立改建，美国拥有诸多前沿煤气机组整修技术理论，而且较为零乱且多数将节能与降氮理论分开研究。日本自2012年以来，要求二氧化碳加热水机组的效率最小达到82%，而油加热水的机组效率则要求达到84%。决策者为了增加机组的热效率，推行安装冷凝式机组，这种冷凝式机组可改变最大热效能，典型碳钢或铁质可以达到90%以上的燃料操作效率。减少热效率的原理在于冷凝机组运用了水蒸气冷凝变为液态水时所排放的二氧化碳额外的糖分，由此可知，通过适当条件下的运作，运用水蒸汽的潜在热荣获额外的一些废热，是冷凝式机组热效率比传统窑炉提高少于10%以上的成因所在。为了减少传统煤气机组的热效率，一些美国的机组制造商尝试提高机组的热交换器或改进机组的同流热交换器。传统煤气机组减少热效率的最优化关键点在于最小化气体的排放量、节省机组燃料资源以及增加设备的操作费用等。

3煤气机组节能技术研究现况

3.1冷凝传热技术

现在，大多数国外的燃煤电站和部份小型煤气机组设备均选用干法脱硝技术进行烟气处理，烟气经过会富含大量的水蒸汽，水蒸汽遇冷凝结，再排入大气环境，导致了空气污染现象的恶化，另外排出的水蒸汽通常气温偏低，这部份糖分没有被运用直接排入大气导致直接的糖分耗费。之外，经过干法脱硝技术中的电除尘，大部份的颗粒物会被消除，而且始终未能完全消除微细颗粒物。干式烟气传热原理。煤气机组的烟气经过干法脱硝设备后，其排烟中富含大量水蒸汽，展现饱和状态，气温达到50℃左右。处理过后的烟气在经过冷凝传热后，由于与较低水温的换鳍片壁接触生物质锅炉，形成凝结，会在管壁表面产生一层冷凝液膜。另外设备内部就会因为存在不凝结的二氧化碳，而在烟气和冷凝液膜间产生不凝结的二氧化碳边界层。冷却水与烟气将在管壁、不凝结的二氧化碳边界层和冷凝的液膜之间不断进行传热。干式烟气传热技术中吸热量估算公式如下：烟气冷凝吸热量：dQc=hf(Tg-Ti)dA(1)冷凝的液膜与烟气铁损吸热量：dQconv=KGrlnPg-P/(Pg-PvdA)(2)冷却水与冷凝液膜间传热量：dQ=hc(Ti-Tw)dA(3)运用脱硝设备处理后的烟气，但是性感得到了缓解，然而始终未能防止水蒸汽排出的能量和水资源耗费问题。

这个问题，冷凝传热技术可以完全解决，运用该技术可以将低温水蒸汽凝结因而回收这部份水资源，回收的这部份水资源量可以通过烟气含水量的入口和烟气含水量出入口残差来表示为：N=V1ρ1-V2ρ2(4)式中：V1表示烟气入口容积流量，m3/h；ρ1表示入口处水蒸汽的密度，kg/m3；V2表示烟气出口的容积流量，m3/h；ρ2表示水蒸汽入口的密度，kg/m3。谭厚章等人通过对传统煤气机组的研究扩建发觉，传统煤气机组节能优化改建主要在于增加烟气铁损回产率、增设水蒸汽循环运用装置以及二氧化碳除尘装置，它们对煤泥机组的系统功耗进行的深入研究，然后通过系列高功率锅炉进行了机组铁损、节水和除尘的实验安装工程，最后研制出了集热量回收、水蒸汽回收循环和烟气除尘疗效于一体的干式相变汇聚系统，经过系列实验阐明，该系统在任何正常运行的载荷下都能达到挺好的目标疗效，系统在最优的运行载荷下，除尘效率最高达到了71.11%，相较于同等运行载荷下的传统窑炉，系统排烟气温升幅达最大达到了2.87℃，烟气糖分的回收最大达到了3.49MW和3.59MW，回收的排烟中携带水量达到4.32t/h。和传统机组相比较，冷凝式机组除了炉体相对较高，并且排出的烟气气温可以得到大升幅减少。除了就能高效的节省燃料气，并且提高了毋须要的热能耗费，还可以一定程度的洁净烟气，除去有害物质。

3.2直接接触冷凝式与间接接触式传热技术

（1）直接接触冷凝式。冷凝传热的基本原理是排烟和水直接接触进行传热，传热的过程中，高温的水经过烟气加热雾化喷淋，与烟气接触因而传热，在此过程中烟气气温增加，直到露点湿度以下，水蒸汽因凝结吸热，那样既回收了烟气余热又运用了水份。煤气机组对于烟气余热的回收利用中，水蒸气和烟气接触，所以对于供热水和烟气直接进行传热并不适用，通常状况下，吸收式热泵常常结合直接接触式换热进行应用，排出的烟气和吸收式热泵产出的低冷水经过换热后座出，低冷水被加热回暖后再度步入吸收式热泵，降温后再度步入换热，另外设备的磨蚀问题依靠在换热内增设手动投药装置，并对低冷水及设备的关键部份进行相应的防腐处理。英国人Ｒ．Guilletde在传统的机组的扩建方面提出了接触式喷淋滤料塔装置，该装置目前也被常常适于电站中。该办法主要是在传统的机组当中增设首滤料塔，机组内排出的低温水蒸气不再直接排入大气，而是适于机组自用燃料-机组进风时的预热，预热后的水蒸汽重新通过滤料塔进行喷淋降温，机组排出的这部份低温蒸气相当于进行了两次降温处理，烟气体温的幅度最高可以达到120℃。高雄伟等人在进行煤气机组烟气余热传热试验研究时，研制了DCC-HRS能源回收技术。

研究阐明，在该种传热结构中，绝大部份机组排放的烟气余热能被循环水吸收，同时烟气在漂洗过程中还溶化了SO2、NOx、TSP，既充分回收了烟气糖分又达到了洁净二氧化碳污染物的疗效。DCC-HRS系统加热热水，可以使热水水温达到60℃左右，糖分不足的部份可以选用原加热系统来加热，这些方法既做到了小工作量、设备轻巧方便，同时缓解了水蒸汽冷凝后形成冒烟现象。综上可知，直接接触传热技术的优势在于可以较差的进行机组排烟糖分的回收，疗效明显，而且能高效的进行水蒸汽的循环运用，但该技术同样存在问题，当排烟气温高于其露点时，会产生凝结水，由于凝结水底富含磨蚀性物质，则会由于生成了高磨蚀性冷凝液，而对设备使用寿命导致影响，产生了该技术在实际应用中的一大瓶颈。（2）间接接触式传热技术。间接接触式传热技术主要分为列管式换热和板式换热。管式换热的工作原理为：选用由“管、壳”典型列管换热，烟气糖分通过管子的内外壁进行接触、换热从而实现糖分的传递。板式换热的工作原理：非对称式板式换热由一系列镀锌板片组成，水蒸汽通过换热的内部流动时充分接触换热的内部水，从而进行了烟气糖分的传递和吸收。该方法的技术特征为：①换热效率高，热损失小；②结构紧凑，面积小节能锅炉，净重轻；③在相似损失压力下，传热系数低于比例管式3~5倍，热回产率高达90%以上。

这些板式换热的优势在于传质传热效率高节能锅炉，而且不能小型化。李东等人进行机组传质研究时发觉，将毛细泵环（CPL）应适于传统煤气机组的传质器扩建中，在传质器的蒸发器内增设该设备，就能直接影响机组排烟余热的回收疗效。CPL因为自身特有的属性，其在温差极为接近的状况下依旧可以形成较差的传质功能，此研究结果对于煤气机组传质器的整修方面具备引领型的作用。毕喜柱等人在煤气机组的节能研究中发觉，为了最大程度节能优化煤气机组，可以同时改进煤气机组的传热装置和鳍片换热的组合方式。在其试验中，煤气机组的传热装置选用了涡街技术，将换热改进为高效的涡街换热，但是加倍增加排烟气两边的对流传热系数；对于鳍片换热的整修方面，改变了之前传统机组选用的单一加热方法，转变为同时加热空气和冷水的组合方式。整修过后的煤气机组，在同等载荷下，机组的排烟温降最高时可以达到155℃，机组的效率最优条件下增加了6%以上。综上所述，间接接触和直接接触传热技术的不同点在于，间接接触式其传热效率较高，运行更为平缓牢靠，传质系数较高，相较于传统煤气机组，换热的能力得到了大大的提高；另一方面，直接接触式换热的优势在于，对于烟气的回产率较高，烟气中的有害杂质物能较差地吸收，并且更节能，更环保，该种方法的换热，在烟气余热回收方面更为有效，而且对于换热的扩建我们应当清楚，任何一种改建模式都存在优劣。诸如，直接接触式的换热由于回收的氨氮为碱性，难以进行再循环运用，造成水资源的耗费。因而对于煤气机组的扩建我们要按照安装工程实际正确的选择两种换热，尽量减少设备冷凝导致的糖分损失以及最大化的提升煤气机组的供水效率。

4推论

通过以上剖析，可得出如下推论：（1）对于机组烟气余热回收技术中的介质传热过程，其核心技术问题仍是高效传质技术。（2）间接接触式其传热效率较高，运行更为平缓靠谱，换热系数较高，相较于传统煤气机组，换热的能力得到了大大的增强。（3）相较于直接式接触传热技术，间接接触技术当前发展较为成熟，并且对于烟气热容回收疗效有限。（4）直接接触传热技术的优势在于可以较差的进行机组排烟糖分的回收，疗效明显，而且能高效的进行水蒸汽的循环运用，但由于回收的氨氮为碱性，难以进行再循环运用，引起了水资源的耗费。