燃?xì)饫淠仩t的熱力計(jì)算

李婷玉 張穎 馬超(廊坊泛華石化設(shè)備有限公司， 河北 廊坊 065000)

燃?xì)饫淠仩t的熱力計(jì)算

李婷玉 張穎 馬超(廊坊泛華石化設(shè)備有限公司， 河北 廊坊 065000)

燃?xì)饫淠仩t是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型的燃?xì)忮仩t,燃?xì)饫淠仩t能夠提高能源利用率,減少污染物的排放,冷凝式節(jié)能器的加入能夠有效利用煙氣中的汽化潛熱。本文在分析燃?xì)饫淠仩t特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹了現(xiàn)行條件下的冷凝鍋爐的效率測(cè)試計(jì)算方法，最后分析了燃?xì)獬煞帧⒖諝膺M(jìn)氣狀態(tài)、空氣預(yù)熱和補(bǔ)燃對(duì)冷凝鍋爐的熱效率的影響。

燃?xì)饫淠仩t；節(jié)能器；計(jì)算方法；熱效率；影響因素

隨著西氣東輸工程的實(shí)施，我國(guó)的天然氣在能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的作用越來(lái)越重要，燃?xì)馀c燃煤相比，主要以碳和氫為主要成分，燃燒后會(huì)生成大量的水蒸氣，通常情況下天然氣燃燒后排出的煙中的水蒸氣主要以氣態(tài)存在，冷凝會(huì)產(chǎn)生很高的熱效率。冷凝式鍋爐利用煙氣汽化潛熱，將燃?xì)忮仩t煙氣中的水蒸氣冷凝，由于其節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，隨著工業(yè)鍋爐的發(fā)展，近年來(lái)在醫(yī)院、學(xué)校等企事業(yè)單位取得廣泛應(yīng)用。目前關(guān)于燃?xì)饫淠仩t的熱力計(jì)算也十分活躍，主要集中在煙氣冷凝換熱與傳質(zhì)的特性研究。

1 燃?xì)饫淠藉仩t的特點(diǎn)

燃?xì)饫淠藉仩t最大特點(diǎn)是充分利用了排出煙氣中的水蒸氣的汽化潛熱，可以將熱效率提高至107%～109%。目前燃?xì)饫淠藉仩t主要有兩類：一體式冷凝式鍋爐和帶有冷凝式節(jié)能器的鍋爐。其中后者的冷凝部分和鍋爐是分開(kāi)的。一體式冷凝式鍋爐或帶有冷凝式節(jié)能器的鍋爐的作用原理是指煙氣在經(jīng)過(guò)尾部的換熱裝置以后，存在于煙氣中的水蒸氣會(huì)發(fā)生冷凝現(xiàn)象，水蒸氣冷凝釋放出的汽化潛熱可以被鍋爐回收。

燃?xì)饫淠藉仩t所用的天然氣燃燒后的煙氣具有以下三個(gè)特點(diǎn):

(1)燃?xì)饫淠藉仩t中的煙氣中煙塵較少；

(2)燃?xì)饫淠藉仩t所用的天然氣中硫成分較少，燃燒生成的煙氣中幾乎不含二氧化硫；

(3)燃?xì)饫淠藉仩t中的煙氣中水蒸氣含量較高，大約為18%。

2 燃?xì)饫淠仩t熱效率測(cè)試方法

在對(duì)燃?xì)饫淠仩t熱效率開(kāi)展測(cè)試時(shí)，不同的位置所用測(cè)試方法不同。存在兩個(gè)界面使燃?xì)饫淠藉仩t劃分為兩部分，即：第一部分是燃?xì)忮仩t的本體到鍋爐冷凝段的煙氣入口處，第二部分是燃?xì)忮仩t冷凝段從煙氣入口處到煙氣出口處。第一個(gè)界面的測(cè)試按照國(guó)標(biāo)GB/T10180或GB/T10184進(jìn)行；第二個(gè)界面內(nèi)的測(cè)試內(nèi)容主要包括以下六部分:燃?xì)饫淠仩t測(cè)試?yán)淠蔚臒煔廨斎霟崃浚蝗細(xì)饫淠仩t測(cè)試?yán)淠蔚挠行諢崃浚蝗細(xì)饫淠仩t測(cè)試?yán)淠蔚臒煔廨敵鰺崃浚蝗細(xì)饫淠仩t冷凝段的煙氣冷凝所釋放出的汽化潛熱量；燃?xì)饫淠仩t冷凝段產(chǎn)生的冷凝水排出顯熱量；燃?xì)饫淠仩t測(cè)試?yán)淠慰偟纳釗p失。

3 熱效率的影響因素

利用能量守恒方程，熱效率的計(jì)算公式(1)、式(2)。

式中： η為熱效率； Q1為燃?xì)獾牡蜔嶂担琸J/m3； Ha為1m3干燃?xì)馔耆紵龝r(shí)由空氣帶入的物理熱，kJ/m3； Hg為單位體積干燃?xì)馕锢頍幔琸J/m3； r為水的氣化潛熱，kJ/ kg； tH2O為水蒸氣的溫度，℃。

(1)燃?xì)獬煞值挠绊?利用式(1)可計(jì)算出燃?xì)庠谌我馀艧煖囟群涂諝庀禂?shù)下的熱效率。在相同的空氣系數(shù)下，熱效率隨著排煙溫度的升高逐漸下降；在相同的排煙溫度下，熱效率隨著空氣系數(shù)的增大逐漸降低。不同燃?xì)獬煞郑瑹嵝首兓^大，主要原因與煙氣中的含水量以及理論燃燒溫度有關(guān)。C2+的理論燃燒溫度加大，故在高溫段無(wú)煙氣冷凝的時(shí)候，C2+成分越多的燃?xì)鉄嵝试礁撸谟袩煔饫淠臅r(shí)候，由于甲烷的氫體積分?jǐn)?shù)較大，冷凝熱其主導(dǎo)作用，甲烷的熱效率是最高的。

(2)空氣進(jìn)氣狀態(tài) 當(dāng)燃?xì)獾暮瑵窳亢瓦M(jìn)氣溫度相同的時(shí)候，進(jìn)氣溫度越高，熱效率越大；保持進(jìn)氣狀態(tài)和排煙溫度恒定的時(shí)候，隨著空氣系數(shù)的增加，存在一個(gè)熱效率的最小值，即：在熱效率最小值之前，熱效率隨著空氣系數(shù)的增大逐漸減小，在熱效率最小值之后，熱效率隨著空氣系數(shù)的增大逐漸增大。

(3)空氣預(yù)熱 利用排煙對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱，可以降低排煙溫度，提高系統(tǒng)的熱效率。在一般情況下預(yù)熱空氣時(shí)，所用的空氣預(yù)熱器的換熱面積不可能很大，所以在該情況下煙氣是不會(huì)成為冷凝狀態(tài)的。

(4)補(bǔ)燃 在燃?xì)鉄犭娎渎?lián)供中，內(nèi)燃機(jī)或者燃?xì)廨啓C(jī)的空氣系數(shù)處在較高的水平，因此煙氣中的氧氣含量較高，故在煙氣中加入燃?xì)饪芍苯尤紵岣呦到y(tǒng)的熱效率，這種補(bǔ)燃等同于降低了空氣系數(shù)。補(bǔ)燃過(guò)程中的熱效率可用式(2)表示：

式中：η1為在一定排煙溫度條件下，無(wú)補(bǔ)燃時(shí)系統(tǒng)的熱效率；η2為在一定排煙溫度條件下，補(bǔ)燃過(guò)程的系統(tǒng)熱效率；Qt在一定排煙溫度條件下，無(wú)補(bǔ)燃時(shí)系統(tǒng)中的熱量加量，kJ； Qa在一定排煙溫度條件下，補(bǔ)燃過(guò)程中系統(tǒng)中的熱量加量，kJ。

[1]楊麟,王楊.冷凝式鍋爐冷凝段的熱平衡計(jì)算和測(cè)試方法[J].工業(yè)鍋爐，2013，(5):40-44.

[2]耿克成，田貫三，付林,等.天然氣煙氣冷凝熱效率計(jì)算及影響因素分析[J].煤氣與熱力，2004，24(8)：427-431.