传统燃气锅炉节能技术现状

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了传统燃气锅炉节能技术现状范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

摘要：本文针对传统燃气锅炉能耗浪费及氮氧化物排放的问题，通过分析国内外燃气锅炉的发展现状及国内目前常用的锅炉烟气余热回收技术，并着重介绍了锅炉烟气余热回收的两种技术，直接接触冷凝式及间接接触冷凝式，为进一步研究传统燃气锅炉的节能换热技术，奠定了重要的理论基础。

关键词：燃气锅炉；节能；余热回收

1国内传统燃气锅炉发展现状

我国传统燃气锅炉中排烟温度一般在180℃以上，排出的烟气仍然具有很高的热能，这部分余热热能得不到利用而直接排出，导致了环境的污染，同时也造成了严重的能源浪费。排出的烟气携带着余热，余热资源利用率较低，特别是在烟气露点温度以下的部分。另外，我国近年来空气污染问题愈发严重，其中危害最大的雾霾现象的成因之一就是水蒸气因素，传统烟气直接排入大气中会致使大量的水蒸气排入大气，转变为景观污染，加剧雾霾现象。天然气的燃烧产物还含有氮氧化物，其不仅会危害自然环境，而且在光照的催化下会形成化学反应，产生的反应产物还会直接引发人们身体各部位器官的癌变。综上所述，传统大型燃气锅炉的进行节能减排优化设计研究，既提高了天然气利用率，又达到减少环境污染物排放的目的，体现了国家对资源可持续发展的战略要求，能够推动我国节能工作的顺利开展，也将获得更大的经济效益。

2国外传统燃气锅炉发展现状

国外燃气锅炉研发早，技术较为成熟，目前冷凝锅炉标准热效率普遍能达到（即平均热效率）94.5%。但是氮氧化物的排放问题提及较少，并且国外目前仍在大量投入研发燃气锅炉热节能改造，致力于锅炉的热效率、环保等方面的进一步完善改造，国外拥有众多前沿燃气锅炉改造技术理论，但是较为杂乱且多数将节能与降氮理论分开研究。美国自2012年以来，要求气体加热水锅炉的效率最小达到82%，而油加热水的锅炉效率则要求达到84%。决策者为了提高锅炉的热效率，实施安装冷凝式锅炉，这些冷凝式锅炉可改变最大热效能，典型不锈钢或铝质可以达到90%以上的燃料操作效率。提高热效率的原理在于冷凝锅炉利用了水蒸汽冷凝变为液态水时所排放的气体额外的热量，由此可知，通过适当条件下的运作，利用水蒸气的潜在热获得额外的一些废热，是冷凝式锅炉热效率比传统锅炉提升超过10%以上的原因所在。为了提高传统燃气锅炉的热效率，一些国外的锅炉制造商尝试增加锅炉的热交换器或改进锅炉的同流热交换器。传统燃气锅炉提高热效率的最优化关键点在于最小化二氧化碳的排放量、节省锅炉燃料资源以及降低设备的操作成本等。

3燃气锅炉节能技术研究现状

3.1冷凝换热技术

目前，大多数国内的燃煤电厂和部分大型燃气锅炉设备均采用湿法脱硫技术进行烟气处理，烟气经过会含有大量的水蒸气，水蒸气遇冷凝结，再排入大气环境，造成了空气污染现象的恶化，另外排出的水蒸气一般温度过高，这部分热量没有被利用直接排入大气造成直接的热量浪费。此外，经过湿法脱硫技术中的电除尘，大部分的颗粒物会被去除，但是仍然无法完全去除微细颗粒物。湿式烟气换热原理。燃气锅炉的烟气经过湿法脱硫设备后，其排烟中含有大量水蒸气，呈现饱和状态，温度达到50℃左右。处理之后的烟气在经过冷凝换热后，因为与较低温度的换热管壁接触，产生凝结，会在管壁表面形成一层冷凝液膜。另外设备内部还会由于存在不凝结的气体，而在烟气和冷凝液膜间形成不凝结的气体边界层。冷却水与烟气将在管壁、不凝结的气体边界层和冷凝的液膜之间不断进行换热。湿式烟气换热技术中放热量计算公式如下：烟气冷凝放热量：dQc=hf(Tg-Ti)dA(1)冷凝的液膜与烟气潜热放热量：dQconv=KGrlnPg-P/(Pg-PvdA)(2)冷却水与冷凝液膜间换热量：dQ=hc(Ti-Tw)dA(3)利用脱硫设备处理后的烟气，虽然气质得到了改善，但是仍然无法避免水蒸气排出的能量和水资源浪费问题。这个问题，冷凝换热技术可以完全解决，利用该技术可以将高温水蒸气凝结继而回收这部分水资源，回收的这部分水资源量可以通过烟气含水量的入口和烟气含水量出入口差值来表示为：N=V1ρ1-V2ρ2(4)式中：V1表示烟气入口体积流量，m3/h；ρ1表示入口处水蒸气的密度，kg/m3；V2表示烟气出口的体积流量，m3/h；ρ2表示水蒸气入口的密度，kg/m3。谭厚章等人通过对传统燃气锅炉的研究改造发现，传统燃气锅炉节能优化改造主要在于提高烟气潜热回收率、增设水蒸气循环利用装置以及气体除尘装置，他们对煤粉锅炉的系统性能进行的深入研究，之后通过系列高功率机组进行了锅炉潜热、节水和除尘的试验工程，最后研发出了集热量回收、水蒸气回收循环和烟气除尘效果于一体的湿式相变凝聚系统，经过系列试验表明，该系统在任何正常运行的工况下都能达到很好的目标效果，系统在最优的运行工况下，除尘效率最高达到了71.11%，相较于同等运行工况下的传统锅炉，系统排烟温度降幅达最大达到了2.87℃，烟气热量的回收最大达到了3.49MW和3.59MW，回收的排烟中携带水量达到4.32t/h。和传统锅炉相比较，冷凝式锅炉不仅炉体相对较高，而且排出的烟气温度可以得到大幅度降低。不仅能够高效的节约燃料气，而且减少了不必要的热能浪费，还可以一定程度的净化烟气，去除有害物质。

3.2直接接触冷凝式与间接接触式换热技术

（1）直接接触冷凝式。冷凝换热的基本原理是排烟和水直接接触进行换热，换热的过程中，低温的水经过烟气加热雾化喷淋，与烟气接触进而换热，在此过程中烟气温度降低，直至露点温度以下，水蒸气因凝结放热，这样既回收了烟气余热又利用了水分。燃气锅炉对于烟气余热的回收利用中，水蒸汽和烟气接触，因此对于热网水和烟气直接进行换热并不适用，一般情况下，吸收式热泵往往结合直接接触式换热器进行应用，排出的烟气和吸收式热泵产出的低温水经过换热器后排出，低温水被加热升温后再次进入吸收式热泵，降温后再次进入换热器，另外设备的腐蚀问题依靠在换热器内增设自动加药装置，并对低温水及设备的关键部分进行相应的防腐处理。法国人R．Guilletde在传统的锅炉的改造方面提出了接触式喷淋填料塔装置，该装置现在也被经常用于电厂中。该方法主要是在传统的锅炉当中增设首填料塔，锅炉内排出的高温水蒸汽不再直接排入大气，而是用于锅炉自用燃料-锅炉进风时的预热，预热后的水蒸气再次通过填料塔进行喷淋降温，锅炉排出的这部分高温蒸汽相当于进行了两次降温处理，烟气温度的降幅最高可以达到120℃。高宏伟等人在进行燃气锅炉烟气余热换热实验研究时，研发了DCC-HRS能源回收技术。研究表明，在该种换热结构中，绝大部分锅炉排放的烟气余热能被循环水吸收，同时烟气在洗涤过程中还溶解了SO2、NOx、TSP，既充分回收了烟气热量又达到了净化气体污染物的效果。DCC-HRS系统加热冷水，可以使冷水温度达到60℃左右，热量不足的部分可以采用原加热系统来加热，这种方式既做到了小工作量、设备小巧便捷，同时改善了水蒸气冷凝后产生白烟现象。综上可知，直接接触换热技术的优势在于可以较好的进行锅炉排烟热量的回收，效果显著，并且能高效的进行水蒸气的循环利用，但该技术同样存在问题，当排烟温度低于其露点时，会形成凝结水，因为凝结水中含有腐蚀性物质，则会因为生成了高腐蚀性冷凝液，而对设备使用寿命造成影响，形成了该技术在实际应用中的一大难题。（2）间接接触式换热技术。间接接触式换热技术主要分为列管式换热器和板式换热器。管式换热器的工作原理为：采用由“管、壳”典型列管换热器，烟气热量通过管子的内外壁进行接触、换热进而实现热量的传递。板式换热器的工作原理：非对称式板式换热器由一系列不锈钢板片组成，水蒸气通过换热器的内部流动时充分接触换热器的内部水，从而进行了烟气热量的传递和吸收。该方式的技术特点为：①换热效率高，热损失小；②结构紧凑，面积小，重量轻；③在相同损失压力下，换热系数高于比列管式3~5倍，热回收率高达90%以上。这种板式换热器的优势在于传热换热效率高，但是不能大型化。李东等人进行锅炉传热研究时发现，将毛细泵环（CPL）应用于传统燃气锅炉的传热器改造中，在传热器的蒸发器内增设该设备，能够直接影响锅炉排烟余热的回收效果。CPL由于自身特有的属性，其在温差极为接近的情况下仍然可以产生较好的传热功能，此研究结果对于燃气锅炉传热器的改造方面具有推动型的作用。毕喜柱等人在燃气锅炉的节能研究中发现，为了最大程度节能优化燃气锅炉，可以同时改进燃气锅炉的换热装置和热管换热器的组合形式。在其实验中，燃气锅炉的换热装置采用了涡街技术，将换热器改进为高效的涡街换热器，并且加倍提高排烟气两侧的对流换热系数；对于热管换热器的改造方面，改变了之前传统锅炉采用的单一加热方式，转变为同时加热空气和热水的组合形式。改造之后的燃气锅炉，在同等工况下，锅炉的排烟温降最高时可以达到155℃，锅炉的效率最优条件下提高了6%以上。综上所述，间接接触和直接接触换热技术的不同点在于，间接接触式其换热效率较高，运行更为平稳可靠，传热系数较高，相较于传统燃气锅炉，传热的能力得到了大大的提升；另一方面，直接接触式换热器的优势在于，对于烟气的回收率较高，烟气中的有害杂质物能较好地吸收，而且更节能，更环保，该种方式的换热器，在烟气余热回收方面更为有效，但是对于换热器的改造我们应该清楚，任何一种改造方式都存在利弊。例如，直接接触式的换热器因为回收的水质为酸性，无法进行再循环利用，导致水资源的浪费。因此对于燃气锅炉的改造我们要根据工程实际正确的选择两种换热器，尽量降低设备冷凝造成的热量损失以及最大化的提高燃气锅炉的供热效率。

4结论

通过以上分析，可得出如下结论：（1）对于锅炉烟气余热回收技术中的介质换热过程，其核心技术问题仍是高效传热技术。（2）间接接触式其换热效率较高，运行更为平稳可靠，传热系数较高，相较于传统燃气锅炉，传热的能力得到了大大的提升。（3）相较于直接式接触换热技术，间接接触技术当前发展较为成熟，但是对于烟气潜热回收效果有限。（4）直接接触换热技术的优势在于可以较好的进行锅炉排烟热量的回收，效果显著，并且能高效的进行水蒸气的循环利用，但因为回收的水质为酸性，无法进行再循环利用，导致了水资源的浪费。

作者:李美莹 申思 张媛 单位:西安思源学院