燃气机组排烟余热回收技术研究

以焦炭作为主要燃料的工业窑炉仍居于着主导地位。随着天然气工业的快速发展，借此种清洁能源为燃料的机组必将日益增多。与燃煤相比，燃烧天然气其实排放的二氧化碳及氮氧化物的浓度极少，减少了对环境的压力，但燃烧后形成的大量水蒸汽随低温烟气排放在环境中，导致了能量的严重耗费。而选用冷凝式机组将低温烟气中的显热和热容给予回收，可以达到充分运用能源减少运行费用的疗效。

序言

冷凝式换热就是增设在天然气机组尾部的余热回收装置，当烟气在通道内通过传质面，气温降至露点湿度以下，进而使排烟中的水蒸汽凝结释放铁损传递给回收工质，可以将排烟中大量的能量加以回收运用，因而达到节能环保的疗效。随着制造工业的不断发展，各类新型高效的冷凝传热装置层出不穷，不论从结构还是实际余热回收疗效来看都有了特别大的改进。

1烟气的特征剖析

天然气成份绝大部份为烃，煤气机组排烟中水蒸汽的浓度较高，剖析阐明，排烟中可运用的热能中，水蒸汽的气化铁损所占的份额相当大。每1m3天然气燃烧后可以形成1.55kg水蒸汽，具备可观的气化铁损，大概为3700kJ/Nm3，占天然气的高位咽痛量的10%以上。传统窑炉中，排烟气温通常在160～250℃，烟气中的水蒸汽仍处于过热状态，不或许凝结成液态的水而放出气化热容。所以传统的天然气机组理论热效率通常只好达到95%左右，运用冷凝式换热只要把烟气气温降到烟气露点湿度以下，就可回收烟气中的显热和水蒸汽的凝结热容，按高位低热量为基准估算，天然气机组热效率可达到和超出110%。本文以纯天然气为例对烟气的露点湿度以及机组理论热效率进行估算剖析，表1为纯天然气的成份。

1.1露点估算

在水蒸汽分压力不变的状况下，使空气冷却至饱和湿蒸气状态时，将有水滴析出，此刻的气温即为露点湿度。天然气燃烧特征剖析(以1m3天然气估算)烟气中水蒸汽的容积分数达17˙4%，若燃烧在大气压力下进行，当空气适量系数α为1.1时(本文中的估算均借此作为估算根据)，其相应的烟气露点湿度是57℃。露点湿度随适量空气系数的变化曲线见图1。

通过观察可知，烟气露点湿度随适量空气系数的变化而变化。由于按照道尔顿分压定理，露点湿度的高低与烟道中水蒸汽的分压量(即水蒸汽的浓度)成反比，随着适量空气系数的提高，烟道中水蒸汽的相对容积增大，水蒸汽的体积份额会有所下跌，其露点湿度也逐渐减少。实际上，但是各地方天然气中成份浓度有所不同，但因为其主要成份均为烷烃且占绝大部份，其他成份影响很小，经估算的露点湿度偏差不少于0.3%(符合实际要求的范围)，使得因为实际燃烧的影响诱因较差，也促使估算不或许达到很准确，一般是在理论值附近的一个范围内波动，在实际应用中还需依照不怜悯况进行修正剖析。

1.2热效率剖析

烟气中的糖分以显热和热容2种方式存在燃气锅炉，然而机组的热损失也由烟气的显热损失和热容损失组成。而显热损失取决于烟气的气温和烟气组分的量纲量;热容损失则取决于烟气中以水蒸汽型态存在的水量的多少。当水蒸汽冷凝时，烟气中存在复杂的现象：因为水蒸汽分压力较低，而且在冷凝液膜附近主要是不凝二氧化碳，如N2、CO2、O2等，烟气中水蒸汽还要穿过不凝氢气层能够达到液膜表面发生冷凝。烟气中水蒸汽冷凝率等于由单位容积天然气燃烧生成烟气所形成的凝结水量与燃烧所生产的水蒸汽量的比值，其中，燃烧所形成的水蒸汽包括天然气燃烧生成的水蒸汽及空气和煤气所带入的水蒸汽。

仅烟气中的热容就对机组的热效率影响这么很大，如果能将排烟湿度增加到露点以下对热容加以回收运用，对以高位低热量为基准进行估算的热效率起码可增加到10%以上。甚至随着排烟体温的增加，烟气的显热损失也会相对减少，这么热效率的提升将更为显著，逐步证明增加排烟气温对机组效率提升的重要意义。

逐步估算可以得出在不同排烟气温下机组实际热效率的变化趋势。机组效率随着排烟气温的变化分为2个比较显著的区域：在60～180℃变化平缓，而在20～60℃变化较大。这主要是由于排烟损失中水蒸汽雾滴损失占的比列小于烟气显热的结果。当机组排烟气温降到20℃时，机组效率理论上可达107.4%。

排烟中的水蒸汽雾滴在57℃以下能够得以回收，才能回收的糖分依赖于所要求的运用气温和运用率。假如借助气温接近排烟的露点湿度，仅能回收较少的糖分。运用气温越低，回收的糖分越多。因而，高温下余热热水可荣获高的回产率，而在较高的水温下输出热能会降至可以回收的能量数量。

2余热回收其它影响诱因

2.1余热回收器受热面的磨蚀问题

将余热回收器管排设计成膜式管排(或H型管排)，这些结构促使烟气流动趋向层流，管排间没有烟气扰动燃气锅炉，在同样烟速下，与螺旋肋片式和光管式相比较是最不易锈蚀的受热面布置方式。并且因为每位烟道的边界管排与烟气的摩擦，而产生后边流速高，两侧流速低的分布模式。因而，管壁附近烟气流速高于平均值，烟气扰动比较弱，缓解了飞灰对省煤器的磨蚀。另外生物质锅炉，烟气流速对受热面的磨蚀影响最大，布置受热面时烟气流速不宜过大，设计时通过调整管排纵向截距，来改变受热面的烟速，可有效防止余热回收器管排的磨蚀问题。

2.2烟道阻力问题

机组整个烟道阻力主要由引水泵和水塔自拔力来摆脱，其中引水泵是主要诱因。安装余热回收器后机组整体烟气阻力必定降低。以某电站3号炉热力估算结果为例，烟道阻力降低约70Pa左右。在改装余热回收器的同时是否对引水泵进行整修，逐步增加出力，确保安装余热回收器后机组本体的正常运行，视现场状况确定。

2.3余热回收器管内壁烧蚀问题

受热面管内壁水垢主要发生在蒸发段，由于蒸气的溶盐能力与水比较相差巨大。而在余热回收系统中最低点气温也不会少于120℃，整个系统仍处于气相，管内壁烧蚀问题较小。

3结束语

(1)与煤和石油相比，天然气是一种十分理想的清洁能源，排放烟气对环境压力小，而且十分适宜将其改建为冷凝式余热回收机组，减少机组运用效率。

(2)天然气机组排放的烟气中富含一定量的水蒸汽，若将排烟湿度增加到露点湿度以下回收水蒸汽释放的汽化紊流，可将机组效率提升10%以上。

(3)合理设置关键技术参数，可实现余热回收系统常年稳定运行，国外一些水厂成功设计安装了余热回收运用系统，为电站带给了良好的经济效益。

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