燃氣鍋爐煙氣余熱冷凝回收研究與應用

虞 甫

中國石化達州天然氣凈化有限公司 四川 達州635000

引言

近年來,我國城市化進程不斷深入,在一定程度上增加了能源消耗量和污染排放量,節能減排政策的重要性日漸突出。天然氣作為清潔型能源的一種,其應用范圍也越來越廣泛。然而,天然氣的燃燒產物含有大量水蒸氣和冷凝潛熱,如果排煙溫度較高,會導致能源嚴重浪費[1]。因此,研究和探索高效回收燃氣鍋爐煙氣余熱方法已經迫在眉睫,這不僅是提高燃氣鍋爐供熱效率的必然需求,也是緩解天然氣供熱成本增加與環保需求提高之間矛盾的有效措施。

一、燃氣鍋爐煙氣余熱冷凝回收技術

(一)常規冷凝式回收技術。常規冷凝式回收技術通常有整體型和分離型兩種。二者在應用過程中,都需要通過燃氣鍋爐一次網回水與煙氣展開間接換熱。具體來說,在燃氣鍋爐實際運行并達到一定負荷后,較高溫度的一次網回水與煙氣間接接觸,不能充分發揮潛熱作用,只能回收其中一部分余熱。但隨著燃氣鍋爐降低運行負荷,一次網回水以及排煙溫度也會逐漸下降,此時如果降到露點溫度以下,就能夠充分回收煙氣中的冷凝潛熱。但結合供暖季實際情況進行分析,由于常規是冷凝回收技術在實際應用過程中容易受到一次網回水限制,所以應用率并不高。

(二)降低冷卻劑溫度回收技術。以上提到,常規冷凝式回收技術之所以應用率不高,是因為一次網回水溫度較高,在短時間內無法將煙溫降低到煙氣露點溫度下。而通過降低冷卻劑溫度回收技術,能夠有效解決這一問題。在實際應用過程中,可以利用低溫冷卻劑代替一次網回水,并回收煙氣潛熱及顯熱。現階段,這種技術應用范圍越來越廣泛,常見的技術有電熱泵技術和吸收式熱泵技術兩種,兩種技術均是利用熱泵技術制造低溫冷卻劑,并將其與煙氣進行換熱,從而是煙氣冷凝并釋放潛熱。

(三)提高煙氣露點溫度回收技術。眾所周知,燃燒鍋爐煙氣露點溫度和水蒸氣體積分數以及分壓力呈正比關系,所以通過提高煙氣露點,能夠有效回收煙氣余熱。以下介紹兩種常見的露點溫度提升方式:第一種增加燃燒空氣氧濃度。顧名思義,就是通過增加空氣中氧氣濃度,達到降低空氣系數的目標,為天然氣充分燃燒奠定良好基礎,從而提高燃氣鍋爐供熱效率[2]。第二種增加燃燒空氣含濕量。在實際應用過程中,可以在空氣中通過直接接觸方式增加水蒸氣,以此提高露點溫度,這種技術能夠將煙氣余熱全部回收。

二、燃氣鍋爐煙氣余熱冷凝回收技術的實際應用

(一)常規冷凝式回收技術具體應用。該技術在實際應用過程中,需要在燃氣鍋爐煙氣出口管道增加間接式換熱器,盡可能不改變鍋爐本體狀態。如此會使一次網回水從熱站出來后,經過間接式換熱器與煙氣換熱,在應用該技術時,煙氣余熱回收量能夠直接受到冷凝式余熱回收換熱器換熱量的影響。通常情況下,針對常規燃氣鍋爐,需要先計算換熱器換熱面積,而后核算不同進口參數的回收與熱量,接下來計算年度煙氣余熱回收量,從而得出供暖季燃氣節約量。所以在應用該技術時,需要合理選擇換熱器,為了提高換熱效率,可以采用逆流換熱方式[3]。

(二)降低冷卻劑溫度回收技術具體應用。上問提到,該技術在實際使用過程中,需要通過熱泵技術制造低溫冷卻劑,使其與煙氣換熱,所以本文針對較為常見的吸收式熱泵技術展開詳細分析。吸收式熱泵能夠有效解決常規冷凝式回收技術一次網回水溫度較高技術,并且能夠提高煙氣余熱吸收量。例如:直燃式溴化鋰水溶液吸收式熱泵是現階段較為常見的技術之一,共由三個部分組成,第一部分為供回水部分,在燃氣鍋爐運行過程中,一次網回水會經過冷凝器吸熱溫升,而后返回燃氣鍋爐并重新加熱。第二部分為直接接觸換熱,能夠使煙氣與噴淋水直接接觸,并升高溫度,而后經過蒸發器釋放熱量,重新與煙氣換熱。第三部分為吸收式熱泵技術內部循環。在選擇吸收式熱泵過程中,為了能夠保證其與煙氣接觸能夠產生低溫噴淋水,需要科學計算出熱泵蒸發器吸收熱量以及冷凝器釋放熱量。

(三)提高煙氣露點溫度回收技術具體應用。提高煙氣露點溫度回收技術是建立在冷凝式預熱回收系統基礎上發展而來的,以下本文將針對空氣加濕直接和間接煙氣冷凝余熱回收技術進行分析[4]。與傳統煙氣冷凝技術相比,該技術能夠在一次網回水溫度較高情況下吸收潛熱,主要原理是通過增加空氣濕度,能夠提高煙氣中水蒸氣分壓力,從而提高煙氣露點。

結束語

綜上所述,本文針對常規冷凝式回收技術、降低冷卻劑溫度回收技術、提高煙氣露點溫度回收技術實際情況及具體應用展開分析,這三種技術均能夠有效回收燃氣鍋爐煙氣冷凝預熱回收量,可以充分提高燃氣鍋爐供熱效率,同時降低能源損耗,到達節能減排目標。但在實際應用過程中,三種技術在經濟性、環保性、節能性方面仍然存在一定差異,需要綜合分析三個方面,結合燃氣鍋爐不同的供熱負荷大小,針對性選擇煙氣冷凝回收技術,有效提高燃氣鍋爐運行效率。