關于冷凝式燃氣鍋爐的節能與環保特性的分析

摘 要：天然氣鍋爐相比燃煤鍋爐雖然在環保方面優勢突出，但其排出的煙氣中存在大量潛熱的水蒸氣，造成不可忽視的熱損失，所以人們嘗試通過應用冷凝式燃氣鍋爐，使其在保持天然氣鍋爐的環保性的同時，節能效果更加突出，在此背景下，文章針對冷凝式燃氣鍋爐的節能和環保特性兩方面展開研究，為冷凝式燃氣鍋爐的推廣應用做出貢獻。

關鍵詞：冷凝式燃氣鍋爐；節能；環保特性

前言

冷凝技術是現階段我國主要應用的燃氣鍋爐節能技術之一，可以有效的提升燃氣鍋爐的效率，冷凝式燃氣鍋爐就是利用冷凝式換熱器將燃氣鍋爐排煙中含有的水蒸氣凝結，進而使鍋爐熱效率提升的同時，燃氣鍋爐排煙對環境的污染程度降低，在實踐中人們發現，此類燃氣鍋爐的應用，會使燃氣鍋爐的熱效率提升近15%，可見廣泛應用冷凝式燃氣鍋爐在提升能源利用率方面的重要意義。

1 冷凝式燃氣鍋爐的節能特性

1.1 冷凝式燃氣鍋爐熱效率計算方法

目前冷凝式燃氣鍋爐的熱效率主要通過正平衡測量法和反平衡測量法計算獲取，前者在明確輸入和輸出熱量的基礎上，利用公式 ×100計算獲取，其中，B代表燃料量、hcs和hjs分別代表工質出口和進口的焓值、G代表工質的流量、Qr代表燃料的低位發熱量[1]。后者是在明確各類燃燒產物熱損失和鍋爐散熱損失的基礎上，利用100· -q2-q3-q4，對鍋爐熱效率進行計算的方法，其中Q高和Q低分別代表高位和低位的發熱量，q2、q3、q4分別代表排煙、散熱、燃料未完全燃燒所產生的熱損失，此方法的應用范圍相對較廣泛。現階段我國廣泛應用的冷凝式燃氣鍋爐的q4、q3均在0.5%以下，而排煙出口處的一氧化碳含量在1000ppm以下，按照以上兩種計算方法[2]。可以發現，決定目前我國冷凝式燃氣鍋爐節能效果的因素主要是排煙過程中產生的熱損失，所以在研究冷凝式燃氣鍋爐的節能特性時主要針對其排煙熱損失進行。

1.2 影響冷凝式燃氣鍋爐節能特性的因素

1.2.1 燃氣種類

由于目前在冷凝式燃氣鍋爐中應用的燃氣包括天然氣、液化氣等多種類型，各種燃氣在成分、發熱量等方面的特性決定其在燃燒過程中對空氣的需求量和產物存在差異，按照燃燒化學反應式CmHn+（m+ ）O2=mCO2+ H2O+Q，在常規情況下，燃氣中H元素含量與其節能效果之間會具有較顯著的正相關性[3]。但冷凝式燃氣鍋爐在燃燒天然氣的過程中會產生相比其他種類鍋爐更多的水蒸氣，占煙氣容積18%至25%，使煙氣露點溫度相比更高，進而加大高位和低位發熱量的差額，使煙氣中存在的50%至79%的熱量被排煙中的水蒸氣攜帶，冷凝式燃氣鍋爐通過冷凝器可以直接利用水蒸氣攜帶的熱量，使鍋爐達到節能效果。

1.2.2 排煙溫度

常規燃氣鍋爐在燃燒過程中，排煙溫度和過量空氣系數分別在250攝氏度和1.15以下，此時其熱效率可以達到90%左右，而冷凝式燃氣鍋爐在應用的過程中，其熱效率會提升到98%甚至105%，這與冷凝式燃氣鍋爐的露點溫度相比更低具有密切的關系，露點溫度的大小與煙氣中水蒸氣的含量之間具有較明顯的正相關性。通常情況下燃氣鍋爐的煙氣露點溫度在55至60攝氏度之間，如果冷凝式燃氣鍋爐的露點溫度在58.2攝氏度時，排煙處煙氣溫度比其小，冷凝式燃氣鍋爐會直接將煙氣中含有的水政其冷凝，是水蒸氣中存在的潛熱和被汽化的水蒸氣中存在的潛熱被直接回收利用，達到節能的效果，如果在冷凝式燃氣鍋爐的露點溫度在58.2攝氏度時，排煙處煙氣溫度比其大，冷凝式燃氣鍋爐會通過冷凝器中相比煙氣換熱系數導熱系數更突出的換熱螺紋管對流過的煙氣進行冷凝，同樣達到節能的效果，不過此時的冷凝過程相比更加復雜。

1.2.3 過量空氣系數

過量空氣系數的大小與煙氣體積之間具有較顯著的正相關性，所以在其不斷增加的過程中，必然導致露點溫度隨著水蒸氣分壓力的不斷縮減而下滑，使冷凝式燃氣鍋爐的冷凝效果受到影響。通常情況下，過量空氣系數為1.15情況下，對應的露點溫度就是58.2攝氏度，在過量系數超過1.15的情況下，露點溫度會逐漸低于58.2攝氏度，使出口處煙氣溫度小于露點溫度的概率不斷縮減，這對冷凝器直接汽化水蒸氣，利用水蒸氣攜帶潛熱的效果會產生消極影響[4]。

除上述影響因素外，在冷凝式燃氣鍋爐應用的過程中，冷凝器的性能等因素也會對其節能性產生影響，所以在具體應用冷凝式燃氣鍋爐的過程中，要想充分利用其節能特性，要對各方面影響因素綜合考慮和協調。

2 冷凝式燃氣鍋爐的環保特性

由于燃氣鍋爐中使用的燃氣，在燃燒后會產生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、硫化物、粉塵、碳氫化合物等對空氣產生嚴重污染的氣體和粉塵，所以在用冷凝式燃氣鍋爐替代傳統燃氣鍋爐的過程中，要有意識的對其環保特性進行優化。冷凝式燃氣鍋爐在應用的過程中，可以直接利用冷凝器在煙氣中產生大量的水蒸氣，是其和煙氣中含有的各種有害物質進行傳熱、傳質等理化反應，使這些有害砌體由氣態轉化成液態，進而被有效的收集，并傳輸至相應的處理廠集中的處理，這不僅可以使燃氣燃燒過程中產生的有害物質不能直接的向空氣排放，降低了有害氣體對空氣的污染和破壞，而且在燃氣鍋爐應用的過程中，可以社區專項的脫硫工藝，降低了企業在設備成本方面的投入，所以冷凝式燃氣鍋爐在環保方面的效果也極為突出。在實踐中人們發現，在排氣溫度在25至40攝氏度，而空氣過量系數在1至1.4之間的情況下，可以使排除煙氣中一氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫的體積濃度分別縮減1.58×10-6至5.82×10-6m3/m3、1.19×10-6至2.92×10-6m3/m3、36×10-6至103×10-6m3/m3、1270×10-6至4591×10-6m3/m3，而且具體的環保效果會隨著水蒸氣溫度的變化和空氣過量系數的變化上下浮動；在排氣溫度在25至40攝氏度，而空氣過量系數在1至1.4之間的情況下，排除煙氣中一氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫的體積濃度的縮減與水蒸氣的吸收也具有一定的關系，通常情況下，一氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫的吸收率會分別達到8.6%、2.0%、0.107%和100%，這進一步證實冷凝式燃氣鍋爐在環保方面的有效性。現階段人們常識將燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、燃油鍋爐和冷凝式燃氣鍋爐的環保特性進行對比，但結合各方面的研究成果均體現出冷凝式燃氣鍋爐在環保方面的競爭優勢，為冷凝式燃氣鍋爐的推廣應用創造了條件。

3 結束語

通過上述分析可以發現，冷凝式燃氣鍋爐既具有傳統燃氣鍋爐在環保方面的優勢，又可以彌補燃氣鍋爐在熱損失方面的缺陷，與可持續發展戰略和環境保護的要求高度一致，所以在工業生產的過程中應有意識的推廣應用。

參考文獻

[1]周帥.燃氣鍋爐煙氣余熱冷凝回收研究與應用[D].山東大學，2012. [2]柳鵬飛.高效節能型冷凝式鍋爐的研究與開發[D].大連理工大學，2012.

[3]陳燁強.淺析冷凝式燃氣鍋爐節能減排[J].低碳世界，2016，16：226-227.

[4]宋丹丹，俞增盛.冷凝式節能器在燃氣鍋爐余熱回收中的應用[J].上海節能，2015，05：269-272.