淺談燃氣鍋爐煙氣余熱利用示范項目

李曉芳

（烏魯木齊熱力工程設計研究院新疆烏魯木齊830000）

淺談燃氣鍋爐煙氣余熱利用示范項目

李曉芳

（烏魯木齊熱力工程設計研究院新疆烏魯木齊830000）

針對大型燃氣鍋爐房的鍋爐回收尾氣中的顯熱以及水蒸氣氣化潛熱，將尾氣溫度降低至35℃以下。本文就燃氣鍋爐煙氣余熱利用進行探討。

氣化潛熱 霧霾 余熱利用 減排

一、前言

資源節(jié)約和環(huán)境保護是我國的基本國策，“十二五”規(guī)劃《綱要》提出，2012年新疆烏魯木齊大范圍的煤爐改燃氣爐采暖工程為全國帶了個好頭，全國各地城市都在積極倡導和實施煤改燃氣工程，以減少城市污染和霧霾天氣，隨著改燃力度的增加，雖然新技術在不斷應用，但城市霧霾還是越來越嚴重，霧霾天氣是否與冬季運行的燃氣鍋爐大量排出水蒸氣有關？這在業(yè)界也受到一定懷疑。另外，燃氣價格的持續(xù)走高，直接對供熱單位的運行成本造成壓力，因此，如何進一步的節(jié)能減排，熱企及廠家也在積極探討和研究。

二、應用背景

熱水燃氣鍋爐在使用過程中，10蒸噸負荷，約對外釋放煙氣9 000 Nm3/H～9 500 Nm3/H，根據(jù)相關熱力計算，不同排煙溫度下，每10蒸噸負荷尾氣對外帶走的熱量（即鍋爐排煙熱損失）見表1。

表1　不同排煙溫度下的排煙熱損失

從上表可以看出，在通常情況下，鍋爐排煙熱損失是驚人的，如果我們能回收煙氣中的余熱，用于加熱熱網(wǎng)回水，可以大大節(jié)省天然氣耗量，使企業(yè)能源成本下降，帶來經(jīng)濟效益的同時，也積極響應國家節(jié)能減排政策，帶來積極的政治效益。

三、燃氣鍋爐尾氣余熱分析

鍋爐熱效率是以燃料低位發(fā)熱值計算所得，未考慮燃料高位發(fā)熱值中汽化潛熱量的熱損失。因此傳統(tǒng)鍋爐熱效率一般只能達到87％～91％。而通過煙氣冷凝回收裝置，把排煙溫度降低到60℃～70℃，可充分回收煙氣中的顯熱和水蒸氣的凝結(jié)潛熱。

燃氣鍋爐的燃料是天然氣，主要成分是CH4，因此燃燒后的煙氣中會含有大量的氣態(tài)H2O，占煙氣比例的約17％，當煙氣溫度降低時，尾氣中的水蒸氣飽和濕度也隨之降低；當溫度降低至55℃以下時，燃氣鍋爐尾氣中的水蒸氣隨之冷凝出，同時釋放大量的汽化潛熱（每冷凝出1kg水，相當于釋放2 400 kJ熱量）。見圖1。

圖1　烏魯木齊地區(qū)尾氣溫度-飽和濕度對應圖

下面均按鍋爐10蒸噸出力進行計算。

燃氣鍋爐單位煙氣產(chǎn)量：12.01Nm3/Nm3天然氣

每10蒸噸燃氣鍋爐煙氣總產(chǎn)量：774×12.01=9 303 Nm3/h

1MPa的飽和蒸汽焓值為2 780 kJ/kg，那么煙氣的熱焓大約相當于于1.6 t蒸汽的熱焓，約占消耗燃氣高位發(fā)熱量的7.8％。這一比例，遠大于鍋爐散熱損失、燃氣不完全燃燒損失在總熱量中的比例，因此，需要充分利用煙氣的余熱。見表2。

表2　不同排煙溫度的煙氣焓值

排煙20℃～60℃時，氣態(tài)H2O發(fā)生凝結(jié)時，大量潛熱就被釋放出來。當排煙溫度從140℃降低到30℃時，可以得到1 MW的余熱，同時會凝結(jié)大量的水，煙氣中的潛熱大部分得到回收；當煙氣溫度降低至30℃，整套供熱系統(tǒng)熱效率較排煙溫度150℃提高14％，在同等負荷下，節(jié)省天然氣耗量12％。

煙氣冷凝回收裝置在提高鍋爐熱效率的同時，可產(chǎn)生副產(chǎn)品-冷凝水。眾所周知，冷凝水相當于蒸餾水，沒有硬度，是極好的鍋爐軟化水來源，脫硫天然氣由于組分純凈，燃燒灰塵少、PH值呈中性或弱酸性，生成的冷凝水在簡單處理后即可作為鍋爐補水。節(jié)約了鍋爐軟化水成本、減輕了工人勞動強度、減小了工業(yè)排放，因此可取得可觀的經(jīng)濟和社會效益。

四、煙氣余熱回收原理

天然氣主要成分是CH4，因此燃燒后的煙氣中會含有大量的水蒸氣，當煙氣溫度降至55℃左右時，煙氣中水蒸氣隨之冷凝，同時釋放大量的汽化潛熱。水蒸氣總體潛熱量約為燃氣低位熱值的11％，因此降低排煙溫度，使煙氣中水蒸氣冷凝，可以提高天然氣利用效率，天然氣利用效率隨排煙溫度的變化曲線見圖2。

圖2　天然氣利用效率隨排煙溫度的變化曲線

國內(nèi)目前采用設置有煙氣冷凝器、燃氣吸收式熱泵回收煙氣余熱兩種類型，都可以降低排煙溫度，提高燃氣利用效率，節(jié)省鍋爐房燃氣用量。隨著煙氣中水蒸氣的冷凝，能夠降低排入大氣中的水蒸氣，冷凝水經(jīng)過處理后可以回收利用，同時減少氮氧化物、二氧化硫和一氧化碳的排放。

五、余熱回收工程案例

烏魯木齊某熱力公司燃氣鍋爐房為2012年新建項目，2012年鍋爐房安裝三臺SZS58-1.6/130/70-YQ熱水燃氣鍋爐。鍋爐房主要設備情況及調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表3。鍋爐廠家配備了煙氣余熱回收裝置，但無法使燃氣鍋爐排煙溫度降到35℃。

1.對燃氣鍋爐房現(xiàn)狀設備1#2#3#爐的調(diào)查情況。見表3。

表3　燃氣鍋爐房現(xiàn)狀設備1#2#3#爐調(diào)查情況

根據(jù)鍋爐房籌建辦提供的2013年—2014年采暖季的運行記錄，將2013年—2014年度運行記錄歸納如下，見表4。

表4　2013年—2014年度運行記錄

根據(jù)運行記錄，鍋爐廠家配備的煙氣余熱回收裝置，正常運行時只能將煙氣溫度降至100℃以下。

2.改造后方案選型。見表5。

表5　改造后方案選型

3.節(jié)能量。本項目鍋爐總?cè)萘?74 MW，預計一年采暖季可節(jié)省天然氣511.2萬m3，根據(jù)綜合能耗計算通則GBT2589-2008，氣田天然氣折算為標煤系數(shù)為1.2 143千克標準煤/m3，折合成標煤為6 207 t；節(jié)約燃氣費為700.35萬元；每燃燒1 m3天然氣約產(chǎn)生1.8 kg冷凝水，預計一年采暖季可回收冷凝水為10.05萬噸（冷凝水凝結(jié)率按65％計算），合計水費為22.35萬元。

六、結(jié)束語

通過本項目的實施，回收煙氣中的余熱，用于加熱熱網(wǎng)回水及燃燒空氣，將煙氣溫度降低至露點溫度以下，對提高鍋爐的綜合熱效率作用非常有利，同時可大大節(jié)省天然氣的耗量，使企業(yè)能源成本下降。在高能源利用的今天對解決企業(yè)的經(jīng)濟負擔具有重大的意義。

［1］燃油燃氣鍋爐房設計手冊（第二版）.

［2］2014年全市重點建設項目實施方案.烏黨辦發(fā)【2014】9號文件.

［3］烏魯木齊市供熱能源結(jié)構調(diào)整實施方案.2009，12.

［4］烏魯木齊市供熱發(fā)展“十二五”規(guī)劃.

［5］烏魯木齊市清潔能源供熱方式研究.2009，11.

［6］國家現(xiàn)行的有關規(guī)范、規(guī)程、標準、規(guī)定等.