余熱利用效率提升分析

摘 要：近年來，隨著經濟建設的發展以及人們環保意識的強化，在一些工業制造過程中，小型燃煤鍋爐逐漸被取代。大多數城市燃油燃氣鍋爐已經成為鍋爐的首選，然而隨著油價的上漲以及能源利用率的提升，如何提高鍋爐的余熱效率對于工業發展以及節能減排來說是十分重要的。

關鍵詞：提升；余熱；利用效率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.050

1 燃油燃氣鍋爐余熱效率分析

當前燃油燃氣鍋爐由于其設計以及在運行效率上相比同等參數的燃煤鍋爐來說，能夠提高90%的余熱效率，可以用公式表示，燃油燃氣鍋爐的熱效率為：

通常傳統的燃氣燃油鍋爐排煙損失可以達到7%，其化學未完全燃燒熱損失為q3和機械未完全燃燒損失為q4+q3+q4，大概，可以達到0.5%，由于氣體燃燒之后幾乎不會產生任何的灰分，也沒有固體和液體燃料機械不完全燃燒的問題。因此針對燃氣鍋爐不會進入到機械未完全燃燒的熱損失中，因此其散熱損失為1.5%。在所有的熱量損失過程中占據比例較大的是排煙熱損失，當鍋爐熱效率較高時，其排煙熱損失可以達到總能量消耗的75%，因此對于燃油燃氣鍋爐來說，其主要的能源損失來自于排煙熱損失。

（1）從影響排煙熱損失的因素上來看，主要是煙氣的體積以及排煙溫度，通過研究發現，排煙溫度越高，則熱量損失越高，通常排煙溫度每提高十攝氏度時，其熱損失會增加1%，因此我們需要從一定程度上降低排煙溫度，進而能夠減少熱量的損失。而對于燃油燃氣鍋爐來說，選擇較高的排煙溫度，主要是由于燃料完全燃燒之后，其煙氣中存在大量水蒸氣，如果冷卻煙氣時可能會導致水蒸氣在受熱面臨和鍋爐附件中冷凝，可能會對相關設備成一定的腐蝕性，不利于鍋爐的安全和穩定運行。（2）除此之外，煙氣體積越大時，其熱損失也相應增加。影響煙氣體積的主要因素除燃料水分外，主要來自于爐膛過量空氣系數，從一定程度上降低過剩空氣系數，也可以減少能量損失。當空氣系數每降低0.1時，則煙氣能夠損失能量接近2.5%，也就是說我們可以通過控制過量空氣系數，進一步提高鍋爐的熱效率。

2 提升燃油燃氣鍋爐余熱效率的有效措施

（1）降壓運行。由于燃氣鍋爐目前主要運用于多個領域中，其壓力需要根據實際運行情況進行合理調整，也可以不在額定的壓力條件下完成運行。然而這種情況下通常采用的是蒸汽汽化潛熱，對于溫度要求較低，按照熱力學的知識，在標準大氣壓狀態下汽化潛熱，我們以鍋爐為例，其在制造過程中利用蒸汽，運行壓力為0.3mPa，能夠滿足日常生產需求，我們根據鍋爐運行壓力以及其排煙溫度的相關性進行分析時，如下表所示：

根據計算，相比于1.25MPa的額定壓力條件下，鍋爐降壓預警過程中其排煙溫度可以降低至75℃，當過量空氣系數為0.1時，鍋爐效率可以提高到2.5%，在額定負荷的情況下，每小時能夠為企業節約燃氣約15立方米，如果按照鍋爐每天用一小時的時間來計算，每年運行280天，則可以每年為企業節約42萬元的燃料費用。完成鍋爐的降壓之后，我們發現這對于鍋爐運行安全性不會產生任何影響，同時還能夠降低給水泵的工作壓力，合理配置給水配置，從理論上也能夠為水泵降低0.3千瓦的電功率。

（2）設置鍋爐省煤器。當前很多企業采用的是WNS的燃油燃氣鍋爐，采用的是三回程濕背式結構，由于這種結構沒有設置省煤器這一裝備導致排煙過程中會產生大量的余熱。在尾部煙道設置省煤器可以吸收引起中水蒸氣汽化的熱量，能夠使排煙溫度降低到煙氣露點，能夠吸收大量的余熱，回收余熱之后對于燃油燃氣鍋爐來說，主要存在兩種熱量，即顯熱和潛熱。在損失的熱能量中主要是以排煙熱為主，且煙氣中存在大量水蒸氣，是煙氣適量的攜帶者大約為60%左右，因此在煙氣回收余熱過程中，主要是水蒸氣的顯熱和潛熱，而不包括未凝結氣體的顯熱。在煙氣的顯熱中，回收量是從原設計排煙溫度降至回收之后，排煙溫度所釋放的潛熱，能夠被回收的余熱引起中水蒸氣的潛熱，在標準狀況下水蒸氣密度為0.8千克每立方米，其平均氣化的潛能達到2500KJ/K。

3 在余熱回收中需要注意的問題

從一定情況上來看，燃油燃氣鍋爐的排煙溫度能夠降到最低，甚至可以與外界環境溫度相似，這種情況下能夠使其獲得較高的熱效率，但在實際過程中由于排煙溫度低，會導致出現低溫腐蝕，因此也不能無限降低排煙溫度，需要確保鍋爐主要受熱的壁溫高于煙氣露點溫度。受熱面的機會和腐蝕性等這些問題，可以采取在凝結水接觸部件，利用防腐材料，比如不銹鋼等材料，在換熱器的傳熱時，回收煙氣的潛熱會伴隨水蒸氣凝結換熱。

針對煙氣陰力的問題，當考慮回收煙氣熱量，能夠提升鍋爐的使用效率時，由于采用了新的換熱裝置，會改變傳統的通風系統，使煙氣側部的流動阻力也將增加，由于排煙溫度降低，減少鍋爐的通風能力，因此需要在增加換熱器的情況下調整原有的通風系統，防止鍋爐由于通風不足，為能實現正常運行可以通過加大風機來解決這一問題。

4 小結

目前我們通過分析發現，在燃油燃氣鍋爐使用過程中，主要的熱損質來源于排煙損失。從其控制角度來看，可以使用加裝換熱裝置來回收煙氣中水蒸氣攜帶的汽化潛熱，以提升其余熱效率。在不同用汽條件下，可以降低運行壓力，提升使用效率，可以安裝新的換熱設備來回收水蒸氣汽化潛熱，但需要注意防腐性能，以及鍋爐原有的通風系統。

參考文獻：

[1]于澤忠，李俊.兩種不同煙氣余熱利用方式對機組效率的影響淺析[J].鍋爐制造，2017（02）：1-4.

[2]余琴仙.淺談提高隧道窯熱效率的幾種途徑[J].景德鎮陶瓷，2002，12（04）：11-12.

作者簡介：劉沖（1989-），男，陜西西安人，本科，助理工程師，研究方向：余熱利用。