冷凝式燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收量計(jì)算方法初探

吳研志 唐學(xué)英

（1天津市聯(lián)合環(huán)保工程設(shè)計(jì)有限公司 天津 300191 2天津麗茂源松節(jié)能技術(shù)有限公司 天津 300392）

1 引言

冷凝式燃?xì)忮仩t在進(jìn)行余熱回收時(shí)，冷凝式換熱器排煙溫度低于水蒸汽露點(diǎn)溫度，煙氣中部分水蒸汽會發(fā)生冷凝而釋放大量汽化潛熱，并作為輸出熱量被鍋爐有效吸收。由于現(xiàn)階段計(jì)算鍋爐熱效率是以燃料的低位發(fā)熱量為基礎(chǔ)，即燃料的水份汽化潛熱不作為輸入熱量，導(dǎo)致鍋爐有效吸收熱量大于輸入熱量，故冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率通常大于100%。

針對已運(yùn)行的冷凝式燃?xì)忮仩t，可借助監(jiān)測手段測量其煙氣余熱回收量的大小；但是對于實(shí)施“煤改氣”技術(shù)改造、履行節(jié)能審查、編制可行性研究報(bào)告等前期咨詢需進(jìn)行節(jié)能潛力分析時(shí)，僅能通過定量計(jì)算的方法測算煙氣余熱回收量。本文以天然氣的燃燒計(jì)算為基礎(chǔ)，初步探索冷凝式燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收量的計(jì)算方法。

2 過程推導(dǎo)

（1）天然氣成分計(jì)算

天然氣主要成分包括甲烷CH4、乙烷C2H6、丙烷C3H8、丁烷C4H10、H2、N2、O2、CO、CO2、H2S 等，不同氣源所含成分及其體積分?jǐn)?shù)均有所不同。為便于計(jì)算，本文不同成分體積分?jǐn)?shù)以其化學(xué)式表示，單位為%。

（2）煙氣量計(jì)算計(jì)算

天然氣燃燒后的煙氣成分主要包括二氧化碳CO2、二氧化硫SO2、水蒸汽H2O、氮?dú)釴2以及過量空氣，實(shí)際煙氣量應(yīng)為各組分體積的總和。

①理論空氣量

②三原子氣體體積

③水蒸汽體積

理論水蒸汽體積

上式中，參照《天然氣水含量與水露點(diǎn)之間的換算》（GB/T22634-2008）：

實(shí)際水蒸汽體積

⑥實(shí)際煙氣量

燃?xì)馊紵螅傻膶?shí)際煙氣量應(yīng)為三原子氣體體積、實(shí)際水蒸汽體積、實(shí)際氮?dú)怏w積以及過量氧體積之和。即，

（3）冷凝換熱器進(jìn)口排煙焓計(jì)算

冷凝式燃?xì)庥酂徨仩t排煙末級進(jìn)入冷凝式換熱器，煙氣溫度由160~180℃降至40~60℃，除回收煙氣余熱外，同時(shí)吸收了煙氣中水蒸汽釋放的汽化潛熱。在計(jì)算此部分余熱量過程中，需用到冷凝換熱器進(jìn)口實(shí)際排煙焓、冷凝換熱器出口實(shí)際排煙焓以及排煙不同狀態(tài)的水蒸汽焓。

煙氣理論焓值應(yīng)為各組成成分焓值的總和。即，

當(dāng)α＞1時(shí)，煙氣中除了理論煙氣外，還有過量空氣，則實(shí)際排煙焓應(yīng)為理論排煙焓加上過量空氣焓。即，

（4）冷凝換熱器出口排煙冷凝水量及其焓值計(jì)算①t1時(shí)，冷凝換熱器進(jìn)口排煙水蒸汽量

注：飽和水蒸汽比容可查閱《水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表》。③t1時(shí)，冷凝換熱器進(jìn)口實(shí)際排煙焓t2時(shí)，冷凝換熱器出口理論空氣焓煙氣冷凝余熱回收總計(jì)t2時(shí)，冷凝換熱器出口排煙冷凝水量

（5）冷凝換熱器出口排煙焓計(jì)算

①t2時(shí)，冷凝換熱器出口排煙冷凝水體積

煙氣理論焓值應(yīng)為各組成成分焓值的總和。即：

（6）煙氣冷凝余熱回收熱量計(jì)算

冷凝式燃?xì)庥酂徨仩t排煙在末級冷凝換熱器中可回收余熱量應(yīng)為煙氣余熱回收熱量及煙氣冷凝水汽化潛熱之和。

①煙氣余熱回收熱量

3實(shí)際案例

某項(xiàng)目進(jìn)行節(jié)能評估與審查時(shí)，其燃?xì)忮仩t排煙溫度為160℃（即t1=160℃），鍋爐未設(shè)置冷凝式換熱器。節(jié)能報(bào)告分析提出，通過在燃?xì)忮仩t加裝冷凝式換熱器，可進(jìn)一步提高煙氣余熱回收利用程度。

已知條件：

氣源為陜北氣，成分為CH496.32%、C2H60.6%、C3H80.08%、C4H100.01%、CO22.23%、H20.04%、N20.72%；過量空氣系數(shù) α=1.1；冷凝換熱器排煙溫度t2=50℃；鍋爐燃?xì)庀牧緽=49.50萬Nm3/a。

表1 冷凝式換熱器余熱回收量計(jì)算表

經(jīng)計(jì)算，該燃?xì)忮仩t加裝冷凝式換熱器后，共計(jì)回收余熱1756.82GJ/a，折合 59.94tce（1756.82GJ×0.03412GJ/tce），相當(dāng)于節(jié)約天然氣實(shí)物量4.94萬Nm3/a（59.94tce÷12.143萬Nm3/tce），即節(jié)省天然氣消耗約9.98%。

結(jié)語

“十三五”期間，我國以推進(jìn)煤改氣、煤改電，鼓勵(lì)利用可再生能源、天然氣、電力等優(yōu)質(zhì)能源為手段，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化；新增“煤改氣”工程用氣450億立方米以上，替代燃煤鍋爐18.9萬整噸。通過上述計(jì)算分析，針對燃?xì)忮仩t推廣冷凝余熱回收技術(shù)，既降低了運(yùn)行成本，又達(dá)到了節(jié)能增效、保護(hù)環(huán)境的雙重作用。

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

[2]韓三飛,張爭光,王政偉.燃?xì)忮仩t冷凝余熱回收效率分析計(jì)算[J].常州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2013,25(2).

[3]吳味隆等.鍋爐及鍋爐房設(shè)備（第四版）[M]：中共建筑工業(yè)出版社,2006.