关于天然气锅炉烟气余热回收技术的应用分析

朱冬峰

摘  要：天然气锅炉运行过程中会产生大量水蒸气并随烟气被排走，这些水蒸气包含了大量热量，任其排走将造成较为严重的能源浪费。因而随着近年来天然气锅炉的广泛应用，其烟气余热回收技术的研究与应用逐渐受到高度重视，并取得了良好成效，节约了大量能源和经济成本。该文将简单介绍天然气锅炉烟气，分析其余热回收相关理论，并就相应余热回收技术的应用展开探讨。

关键词：天然气锅炉  烟气余热  回收技术应用

中图分类号：TK11                                  文献标识码：A                          文章编号：1672-3791（2019）04（a）-0065-02

燃气锅炉作为最经济的锅炉设备，受到了社会大众的普遍选择。而燃气锅炉的燃料类型较为多样，主要包括天然气、城市煤气、焦炉煤气、液化石油气、沼气等。其中，天然气锅炉的环境污染影响较小，故而在我国节能减排发展战略下逐渐受到大量应用。

1  天然气锅炉烟气余热回收理论分析

1.1 露点温度

对天然气锅炉烟气余热的回收而言，水蒸气露点温度越高，那么回收难度也就越低，回收效率往往也就越高。而露点温度的高低与诸多因素有关，包括气压、水蒸气体积分数等。在天然气锅炉烟气中，维持水蒸气的分压力不变，那么其露点温度则主要与过量空气系数有关。以纯天然气作为研究对象，可以通过其燃烧情况探究其露点温度与过量空气系数之间的关系，并且得到该关系如图1所示。通过观察图1，可以发现纯天然气露点温度随过量空气系数的增加而降低。在天然气锅炉燃烧过程中，其使用的燃料虽然并非纯天然气，其中包含了一些杂质，但这些杂质对天然气露点温度的变化影响不大。因此针对天然气锅炉燃烧，可以直接对纯天然气露点温度进行修正来得到其露点值。而且对锅炉烟气余热回收来说，露点温度越高越好，即过量空气系数应当在大于1的同时越小越好。

1.2 热效率

对锅炉而言，其热效率越高，那么意味着其对能源的利用率也就越高，同时其经济性也就更好。天然气锅炉烟气的余热实际上包含有显热和潜热，二者的回收利用率都会在很大程度上影响锅炉热效率。其中，潜热即水蒸气凝结成水所释放的热量，也就是凝结的水越多，其回收利用率越高;烟气排放温度越低，显热回收利用率越高。进一步分析烟气潜热回收利用率与锅炉热效率的关系，可以使用公式与公式进行联合计算，并且发现随着冷凝率的不断提升，热效率增加越多。而排气温度的降低，对天然气锅炉烟气潜热回收利用率的提升有着促进作用，即有利于锅炉热效率的提升。再结合排气温度對显热回收利用率的影响，可以得到锅炉烟气显热和潜热回收在不同排气温度下对热效率的影响关系。通过研究分析可以发现，排气温度降低会使得锅炉热效率提升，并且在温度为60℃时存在明显变化。当排气温度高于60℃时，只有显热被回收，故而热效率增长缓慢;而在温度低于57℃时，潜热开始被回收，故而热效率增长量随温度降低而快速增加。不过，要想让排气温度降得越低，所需成本也就越高，同时技术难度也更大。

2  天然气锅炉烟气余热回收技术的应用

2.1 冷凝式烟气余热回收技术

冷凝式烟气余热回收技术的原理在于降低锅炉排气温度并使其低于露点，达到回收烟气显热与潜热的目的。在实际应用该技术时，通常是直接在锅炉排气系统处假装冷凝式交换机，在回收烟气余热之后，通过交换机内部结构将热量传递到热网回水，然后再将加热后的回水直接用于供暖或者传导回天然气锅炉进一步加热。该回收技术很早就被广泛应用于天然气锅炉之中，并且通常能够提升10%左右的热效率。不过时至今日，该技术的应用依旧还存在一些不可忽视的缺陷与不足。首先，对部分工业锅炉系统而言，其排气温度本身就较高，同时回水温度也偏高。当回水重新进入天然气锅炉后，更会导致排气温度难以得到充分降低，从而使得烟气余热回收效果实际上并不明显。其次，冷凝式烟气余热回收技术在大规模锅炉系统及大型锅炉中应用时，其成本会大幅增加，安装难度也更大，难以充分发挥该技术的经济性优势。

2.2 热管式烟气余热回收技术

热管式烟气余热回收技术的原理在于直接使用传热效率高的热管作为传导介质，从而将锅炉排气位置的热量传递到指定位置，并对热网回水进行加热。随后，回水可直接用于供热或返回天然气锅炉之中。热管式回收技术是近年来受到广泛关注的天然气锅炉余热回收技术，这是因为热管传热效率极高，可以实现中远距离传热，同时其体积通常也较小，能够在有利于工程安装。不过就目前来看，该技术还无法得到广泛应用。这是因为热管成本极高，目前还难以在大规模锅炉系统中广泛应用。与此同时，热管在在工业中的应用时间偏短，还需要经过一定时间的探索才能逐渐成熟，只有在其技术成熟之后，才有可能大规模应用于现代工业之中。

2.3 相变式烟气余热回收技术

相变式烟气余热回收技术的核心原理就在于利用相态变化来进行换热，从而实现余热回收。在实际使用相变换热器时，锅炉排出的延期在换热器上会凝结成液态水，形成一层水膜。这层水膜会将凝结放出的热传递给换热器壁，进而有效实现换热。由于水蒸气凝结释放的热量极大，并且水的传热系数远远大于空气的传热系数，实际传热效果也极佳。该技术的优势极为明显，包括传热稳定，能够实现远距离高效传热，装置体积较小等。不过该技术也有着较为明显的缺陷，那就是水蒸气与锅炉烟气中的杂质混合会具有酸性，从而腐蚀设备，严重影响锅炉系统的安全与稳定。不过在近年来，符合相变换热技术逐渐成熟，该技术将一根根独立的热管构造成整体热管，通过预热空气的方式来解决低温腐蚀问题，同时也能利用“相变段”来调控避免温度，具有极大的应用前景。

3  结语

随着天然气锅炉在我国的广泛使用，其烟气余热回收技术越来越受重视。该文对天然气锅炉烟气余热的冷凝式、热管式及相变式回收技术的应用情况进行了简单探讨，但愿能够为我国天然气锅炉热效率的提高起到些许促进作用。在天然气锅炉热效率提高之后，其能源利用率与经济性也将得到一定提高，再加上天然气锅炉自身的环保特性，可以进一步推动我国节能减排战略的实施与发展。

参考文献

[1] 杨石，顾中煊，罗淑湘，等.我国燃气锅炉烟气余热回收技术[J].建筑技术，2014，45（11）：976-980.

[2] 孙方田，赵金姊，付林，等.基于吸收式换热的燃气锅炉烟气余热回收技术的节能效益分析[J].建筑科学，2016， 32（10）：59-64.

[3] 胡杰锋.天然气锅炉烟气余热回收技术及应用研究[J]. 节能，2018，427（4）：64-66.

[4] 李锋，付林，赵玺灵，等.天然气锅炉房烟气余热深度回收工程案例[J].煤气与热力，2015，35（11）：1-6.