論燃氣鍋爐冷凝換熱器

鄂璟玉

[摘 要]本文通過對燃氣鍋爐中煙氣特征的分析，闡述了改善冷凝換熱效率的技術，指出采用直接冷凝技術以及間接接觸冷凝技術均可以有效的提升鍋爐系統的熱利用率。

[關鍵詞]燃氣；鍋爐；冷凝換熱器

[中圖分類號]TU996 [文獻標識碼]A

1 前言

所謂的冷凝換熱器設備，指的是安裝于鍋爐末端的相應余熱回收利用設備。如果有煙氣處于傳熱面的周圍，相應的近壁面溫度會逐步的降至露點溫度，也伴隨著水蒸汽的冷卻凝結過程，從而將相應的熱量釋放出來，并經由傳熱面而將熱量傳導至內部的特定工質，進而把尾氣里絕大部分熱量重新收集，最終實現系統的節能以及環保目的。在科學與技術快速革新的現今，制造行業也隨之快速進步，出現了樣式豐富的冷凝換熱設備。而且現階段的冷凝換熱設備，在自身的構造和技術上均取得了極大的進步，也為工業的能源利用以及環境保護提供了良好的技術支持與保障。

2 燃氣鍋爐中的煙氣特征

我們現在所使用的天然氣，其有效成分主要是烴，這就決定了企業尾氣里所含有的水蒸氣的比例要很多。而且對于尾氣中能被我們所再回收的能量里，水蒸氣所帶有的潛熱是重要的部分。另一方面，鍋爐每燃燒單位體積的天然氣，就能形成1.6Kg左右的水蒸氣，而這些水蒸氣中具有的可回收潛熱量又是單位體積天然氣燃燒發熱總量的1/10。在以往所使用的燃氣鍋爐時，尾氣排放溫度通常為160℃以上。而此溫度下很難對水蒸氣中的潛熱更為有效的回收利用。因此，以往所使用的燃氣鍋爐，其熱效率通常不會超過95%。而通過安裝冷凝換熱器，采用相應的手段，使煙氣自身的溫度減少至露點溫度，可以有效的對尾氣里所存在的顯熱及潛熱加以回收利用，能極大地改善燃氣鍋爐自身運行的熱效率。

2.1 露點溫度

所謂的露點溫度，指的是在保持相應尾氣分壓固定時，采取措施讓尾氣冷卻并達到飽和溫蒸汽的情況，同時伴隨著水滴的液化，這一溫度值我們就稱為露點溫度。而露點溫度又與空氣的過量系數有很大的關系。我們結合道爾頓的關于分壓研究成果可以看出，煙氣里水蒸汽所占有的分壓值與相應的煙氣露點溫度是呈現正比例關系的。其數學表達式為PH2O/PY=VH2O/VY。而在空氣過量系數不斷提升的過程中，煙氣里所含有的水蒸氣比例會逐漸的降低，而相應的體積比例也會逐漸減少，導致露點溫度會逐漸減小。我國不同地區所使用的天然氣存在一定的差異性，但總的來說天，然氣中幾乎為甲烷氣體，相對而言其余的組成并不會帶來多大的影響，而所得到的露點溫度也不存在太大的差異性。但是，在不同的實際應用中，由于燃氣的燃燒過程所影響的因素要復雜，基本上與理論數值存在一定的偏差。因此，應當按照燃氣燃燒的實際而實時的調整。

2.2 熱效率

在燃氣鍋爐所形成的煙氣里，其包含的熱量通常以顯熱以及潛熱的方式體現出來。所以，相應的熱效率也和顯熱利用率以及潛熱利用率有著直接的關聯。對于顯熱利用率來說，其大小直接和煙氣所具有的溫度以及所含有的物質有關聯。而對于潛熱利用率來說，其大小直接和煙氣里所含有的水蒸氣量值有關聯。在煙氣中，相應的水蒸氣發生冷凝現象過程時，會對煙氣自身的狀況造成大的影響。而且大多數的煙氣中水蒸汽所具有的分壓值要小。同時，處于相應的冷凝壁周圍的大部分為氮氣、二氧化碳氣體以及氧氣等這些不凝結的氣體，而如果水蒸氣要完成冷凝過程，就需穿透這層阻礙才可以完成。相應的熱效率計算公式為：

η=（Q+Ha+Hg+φVhρhr-Hf）/Q

其中：

Q代表的是燃氣所具有的低位發熱值；

Ha代表的是空氣位于鍋爐入口處具有的焓值；

Hg代表的是燃氣位于鍋爐入口處具有的焓值；

Hf代表的是排除的煙氣所具有的焓值；

φ代表的是煙氣中水蒸氣所具有的冷凝效率；

hρ代表的是標況下水蒸氣自身的密度值；

r代表的是氣化過程中所具有的潛熱值；

Vh代表的是標況中煙氣所含有的水蒸氣體積值。

由上式我們能夠看出，煙氣所具有的潛熱會對整個系統的熱效率有非常大的改變。而所排放的尾氣中自深的溫度越小，相應的顯熱利用率就會增加，也會使熱效率得到增加的效果，也體現出了減少煙氣自身溫度會在很大程度上有利于系統熱效率的改善。

3 改善冷凝換熱效率的技術分析

3.1 直接冷凝技術

在此技術中，將水經由相應的噴嘴，而采用逆流的方法進到煙氣里。由于水吸收煙氣中的部分熱量，而蒸發并讓其達到飽和狀態而完成冷凝。如果在保證所噴入進去的水量能夠讓煙氣溫度降至露點溫度時，煙氣中水蒸氣也會冷凝而釋放出潛熱。同時，所加入的水也隨著溫度的升高而流出系統外。采用這種冷凝技術可以實現和煙氣的直接作用，沒有端差的存在，也更利于一些溫差相對不大的熱傳遞工藝。由于未采取相應的熱傳面裝置，因此避免了產生污垢、熱阻的問題，可以達到相對大的熱效率值。由于水是直接噴入式的，煙氣與水體能夠直接的傳熱，不必再設置金屬導熱裝置，不僅有利于熱量的傳遞，也讓設備變得更加簡單，利于成本的控制。當煙氣經過冷卻后，其排出溫度幾乎與工質所具有的溫度值一致，能夠實現顯著的降溫效果。并且水在和相應的煙氣接觸過程中，能對煙氣進行一定的清洗，避免積塵問題的發生，使得系統的排放的氣體更為清潔，對于環境保護也具有顯著的意義。

3.2 間接接觸冷凝技術

此技術中，將相應的工質通過設置于煙氣里的相應管路，采取不與煙氣直接導熱的方式，對煙氣進行冷卻處理，而相應的工質獲得一定的熱量流出系統。間接冷凝系統中，所采用的傳熱裝置通常包含管式以及板式兩種。而依照差異的工質流通空間結構，又能劃分成管里煙氣冷凝裝置、管外煙氣冷凝裝置熱管裝置以及毛細泵熱管裝置等。

4 結語

和其他的能源相比而言，天然氣具有相對清潔排、污量低等特點，而且在鍋爐的實際運行中也較易將系統進行冷凝改造，有利于系統熱效率的增加。而在冷凝技術的選用中，可采取冷凝系統繁多，要按照各個系統的實際運行狀況，以及不同的鍋爐系統所具有的特點，而選取相對適宜、高效、經濟的措施與技術，以實現鍋爐系統熱效率的最大化目標。

[參考文獻]

[1] 吳佳蕾，王隨林，石書強等.大型燃氣鍋爐煙氣冷凝余熱深度回收技術方案與節能潛力分析[J].暖通空調.2016（03）.

[2] 于興江，伍小磊，張擁軍等.基于多臺冷凝式鍋爐的給水系統的優化設計[J].能源工程.2016（01）

[3] 楊俊.冷凝鍋爐熱效率分析及應用探討[J].資源節約與環保.2015（06）.