關于天然氣鍋爐煙氣余熱回收技術的應用分析

朱冬峰

摘? 要：天然氣鍋爐運行過程中會產生大量水蒸氣并隨煙氣被排走，這些水蒸氣包含了大量熱量，任其排走將造成較為嚴重的能源浪費。因而隨著近年來天然氣鍋爐的廣泛應用，其煙氣余熱回收技術的研究與應用逐漸受到高度重視，并取得了良好成效，節約了大量能源和經濟成本。該文將簡單介紹天然氣鍋爐煙氣，分析其余熱回收相關理論，并就相應余熱回收技術的應用展開探討。

關鍵詞：天然氣鍋爐? 煙氣余熱? 回收技術應用

中圖分類號：TK11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）04（a）-0065-02

燃氣鍋爐作為最經濟的鍋爐設備，受到了社會大眾的普遍選擇。而燃氣鍋爐的燃料類型較為多樣，主要包括天然氣、城市煤氣、焦爐煤氣、液化石油氣、沼氣等。其中，天然氣鍋爐的環境污染影響較小，故而在我國節能減排發展戰略下逐漸受到大量應用。

1? 天然氣鍋爐煙氣余熱回收理論分析

1.1 露點溫度

對天然氣鍋爐煙氣余熱的回收而言，水蒸氣露點溫度越高，那么回收難度也就越低，回收效率往往也就越高。而露點溫度的高低與諸多因素有關，包括氣壓、水蒸氣體積分數等。在天然氣鍋爐煙氣中，維持水蒸氣的分壓力不變，那么其露點溫度則主要與過量空氣系數有關。以純天然氣作為研究對象，可以通過其燃燒情況探究其露點溫度與過量空氣系數之間的關系，并且得到該關系如圖1所示。通過觀察圖1，可以發現純天然氣露點溫度隨過量空氣系數的增加而降低。在天然氣鍋爐燃燒過程中，其使用的燃料雖然并非純天然氣，其中包含了一些雜質，但這些雜質對天然氣露點溫度的變化影響不大。因此針對天然氣鍋爐燃燒，可以直接對純天然氣露點溫度進行修正來得到其露點值。而且對鍋爐煙氣余熱回收來說，露點溫度越高越好，即過量空氣系數應當在大于1的同時越小越好。

1.2 熱效率

對鍋爐而言，其熱效率越高，那么意味著其對能源的利用率也就越高，同時其經濟性也就更好。天然氣鍋爐煙氣的余熱實際上包含有顯熱和潛熱，二者的回收利用率都會在很大程度上影響鍋爐熱效率。其中，潛熱即水蒸氣凝結成水所釋放的熱量，也就是凝結的水越多，其回收利用率越高;煙氣排放溫度越低，顯熱回收利用率越高。進一步分析煙氣潛熱回收利用率與鍋爐熱效率的關系，可以使用公式與公式進行聯合計算，并且發現隨著冷凝率的不斷提升，熱效率增加越多。而排氣溫度的降低，對天然氣鍋爐煙氣潛熱回收利用率的提升有著促進作用，即有利于鍋爐熱效率的提升。再結合排氣溫度對顯熱回收利用率的影響，可以得到鍋爐煙氣顯熱和潛熱回收在不同排氣溫度下對熱效率的影響關系。通過研究分析可以發現，排氣溫度降低會使得鍋爐熱效率提升，并且在溫度為60℃時存在明顯變化。當排氣溫度高于60℃時，只有顯熱被回收，故而熱效率增長緩慢;而在溫度低于57℃時，潛熱開始被回收，故而熱效率增長量隨溫度降低而快速增加。不過，要想讓排氣溫度降得越低，所需成本也就越高，同時技術難度也更大。

2? 天然氣鍋爐煙氣余熱回收技術的應用

2.1 冷凝式煙氣余熱回收技術

冷凝式煙氣余熱回收技術的原理在于降低鍋爐排氣溫度并使其低于露點，達到回收煙氣顯熱與潛熱的目的。在實際應用該技術時，通常是直接在鍋爐排氣系統處假裝冷凝式交換機，在回收煙氣余熱之后，通過交換機內部結構將熱量傳遞到熱網回水，然后再將加熱后的回水直接用于供暖或者傳導回天然氣鍋爐進一步加熱。該回收技術很早就被廣泛應用于天然氣鍋爐之中，并且通常能夠提升10%左右的熱效率。不過時至今日，該技術的應用依舊還存在一些不可忽視的缺陷與不足。首先，對部分工業鍋爐系統而言，其排氣溫度本身就較高，同時回水溫度也偏高。當回水重新進入天然氣鍋爐后，更會導致排氣溫度難以得到充分降低，從而使得煙氣余熱回收效果實際上并不明顯。其次，冷凝式煙氣余熱回收技術在大規模鍋爐系統及大型鍋爐中應用時，其成本會大幅增加，安裝難度也更大，難以充分發揮該技術的經濟性優勢。

2.2 熱管式煙氣余熱回收技術

熱管式煙氣余熱回收技術的原理在于直接使用傳熱效率高的熱管作為傳導介質，從而將鍋爐排氣位置的熱量傳遞到指定位置，并對熱網回水進行加熱。隨后，回水可直接用于供熱或返回天然氣鍋爐之中。熱管式回收技術是近年來受到廣泛關注的天然氣鍋爐余熱回收技術，這是因為熱管傳熱效率極高，可以實現中遠距離傳熱，同時其體積通常也較小，能夠在有利于工程安裝。不過就目前來看，該技術還無法得到廣泛應用。這是因為熱管成本極高，目前還難以在大規模鍋爐系統中廣泛應用。與此同時，熱管在在工業中的應用時間偏短，還需要經過一定時間的探索才能逐漸成熟，只有在其技術成熟之后，才有可能大規模應用于現代工業之中。

2.3 相變式煙氣余熱回收技術

相變式煙氣余熱回收技術的核心原理就在于利用相態變化來進行換熱，從而實現余熱回收。在實際使用相變換熱器時，鍋爐排出的延期在換熱器上會凝結成液態水，形成一層水膜。這層水膜會將凝結放出的熱傳遞給換熱器壁，進而有效實現換熱。由于水蒸氣凝結釋放的熱量極大，并且水的傳熱系數遠遠大于空氣的傳熱系數，實際傳熱效果也極佳。該技術的優勢極為明顯，包括傳熱穩定，能夠實現遠距離高效傳熱，裝置體積較小等。不過該技術也有著較為明顯的缺陷，那就是水蒸氣與鍋爐煙氣中的雜質混合會具有酸性，從而腐蝕設備，嚴重影響鍋爐系統的安全與穩定。不過在近年來，符合相變換熱技術逐漸成熟，該技術將一根根獨立的熱管構造成整體熱管，通過預熱空氣的方式來解決低溫腐蝕問題，同時也能利用“相變段”來調控避免溫度，具有極大的應用前景。

3? 結語

隨著天然氣鍋爐在我國的廣泛使用，其煙氣余熱回收技術越來越受重視。該文對天然氣鍋爐煙氣余熱的冷凝式、熱管式及相變式回收技術的應用情況進行了簡單探討，但愿能夠為我國天然氣鍋爐熱效率的提高起到些許促進作用。在天然氣鍋爐熱效率提高之后，其能源利用率與經濟性也將得到一定提高，再加上天然氣鍋爐自身的環保特性，可以進一步推動我國節能減排戰略的實施與發展。

參考文獻

[1] 楊石，顧中煊，羅淑湘，等.我國燃氣鍋爐煙氣余熱回收技術[J].建筑技術，2014，45（11）：976-980.

[2] 孫方田，趙金姊，付林，等.基于吸收式換熱的燃氣鍋爐煙氣余熱回收技術的節能效益分析[J].建筑科學，2016， 32（10）：59-64.

[3] 胡杰鋒.天然氣鍋爐煙氣余熱回收技術及應用研究[J]. 節能，2018，427（4）：64-66.

[4] 李鋒，付林，趙璽靈，等.天然氣鍋爐房煙氣余熱深度回收工程案例[J].煤氣與熱力，2015，35（11）：1-6.