燃气锅炉在各个领域得到广泛应用,目前在供热系统中,有10%左右的潜热尚未被开发和利用,如何有效回收烟气余热及包含的水分,对提高锅炉热效率具有非常大的实用价值。有效对烟气余热进行回收,在提高锅炉热效率的同时可减少排放污染,对提高经济效益和节约能源具有重要意义。

 

 

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燃气锅炉烟气余热回收基础理论

甲烷是天然气的主要成分,其中的氢含量很高,在燃烧之后产生大量的烟气,烟气中存在部分硫化物、碳化物和氮化物,排烟过程中会带走大量的余热,其中包括水蒸气的汽化潜热,排烟损失是燃气锅炉的主要热损失。如何将这部分余热加以利用,提高锅炉热效率是燃气锅炉行业需要深入探讨研究的课题。

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燃气锅炉烟气余热回收发展历程

2.1早期技术

在早期阶段,燃气锅炉烟气余热回收主要是加热助燃锅炉回水或者助燃空气,但在温度影响下,传热温差小,导致对传热的受热面积要求比较大,在空间与经济性的限制下,只有一部分烟气能够被回收,还有大量的烟气产生的余热并没有被利用。

2.2冷凝式技术

冷凝技术是在原有烟气余热回收基础上,通过回收装置将锅炉中排放的水蒸气潜热和显热进行回收。我国的烟气冷凝技术发展时间较短,伴随环保节能要求的持续强化,烟气冷凝技术得到广泛重视,相对于西方发达国家,我国的技术研究仅局限在冷凝技术热交换器方面,仍依靠西方理论技术实施操作,国内并未成熟的商业化技术。

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燃气锅炉烟气余热回收应用策略

3.1换热器回收技术

热换器是烟气余热回收技术中被广泛采用的一种形式,选择适合的热换器是回收技术的关键步骤,主要分为间接接触方式和直接接触方式两种。

(1)间接接触式换热器。此种方式对换热后的水质情况不会产生影响,在进行热交换过程中水和烟气不直接接触,由于冷凝水中的酸会对设备产生腐蚀,要求间接接触式换热设备具有很高的抗腐蚀性,同时,由于结构的复杂性,对安装空间的要求也比较大。

(2)直接接触式换热器。直接接触式余热回收热换器的传热系数较大,不容易受到空间的影响,热传递系数比较高,热量回收的能力强,同时,在过程中对设备有一定的清洗效果,对热换器设备的抗腐蚀性也没有很高要求。

3.2热泵回收技术

天然气锅炉余热回收要求供热中的回水温度比烟气露点温度低,如果高于烟气露点温度,可以采用热泵设备对余热回收加以利用,热泵可采用电压缩式和吸收式两种,其中吸收式的应用更为广泛,但是吸收式的成本较高,需要较大的设备放置空间。吸收式热泵回收烟气余热分为封闭式与开放式两种,两种方式都可以提高换热效率,避免设备出现腐蚀问题,将烟气中的热量和冷凝之后的潜热全部回收。

3.3燃气锅炉烟气回收设备

装置燃气锅炉回收装置可分为接触式、间壁式和蓄热式三种,接触式烟气回收一般以水为主要的介质,水与烟气直接接触,把烟气中的温度降低到露点温度以下,实现吸收烟气热量的目的。间壁式余热回收是用间壁把介质分割开,设备体积大,对钢材的消耗量也较大,目前,更多利用不锈钢的材质作为换热面,以提高设施的抗腐蚀性。间壁式换热中也包含了热管换热方式,以其可靠性、高导热性得到普遍应用,缺点是成本比较高,不具备抗腐蚀性。蓄热式换热器是通过填料和介质的能量储存,使热量在两种流体之间传递,被广泛应用在大型的燃气锅炉预热过程中,但如果燃气锅炉全部采取这种方式回收余热,成本太大,蜂窝陶瓷材料的利用,有效减低成本支出,使设备结构更加紧凑。

3.4冷凝式锅炉烟气余热回收技术

直接接触冷凝式一般将水作为介质,烟气和水份在接触时交换热量,实现显热和潜热交换,过程中对烟气排放还发挥净化作用,直接接触冷凝式可以将排放烟气的热量基本上都吸收利用,实现污染物零排放的效果,具有提高热效率,成本降低,回收时间短、安装维护便捷等优点。间接接触冷凝式一般适用于工业锅炉中,可以有效降低排烟温度,提高锅炉效率,具备换热能力高,远程传热,传热能力更为安全可靠。

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燃气锅炉烟气余热回收中的问题分析

在烟气余热回收过程中,除了对热量充分利用之外,还要重视其中涉及到的相关其它技术问题,包含烟气冷凝中产生的酸性物质处理,烟气排放问题、设施设备防腐问题等。

4.1排放烟气的问题

燃气锅炉在烟气冷凝回收之后,通过烟囱进行排放,具体排放情况受地点和环境条件的影响,会出现无法顺利排出的情况,需要利用设备、技术将烟气排放出去,目前采用最多的是烟气再热的方式,就是利用把冷凝烟气和旁通支路进行结合的方法。

4.2处理冷凝液体

烟气经过冷凝回收之后,其中的水蒸气在过程中被冷却,产生冷凝液体具有很大的酸性。对冷凝液体的处理方法一般有通过添加药剂进行处理,利用土壤进行吸收和相应进行稀释的方法。处理后的液体大都排放到市政管网中,在一定程度上造成水资源浪费。冷凝液体可以通过酸碱中和后进入集水设备中,在通过水处理系统,利用到不同的领域。

4.3设施设备抗腐蚀问题

燃气锅炉烟气余热回收过程中,产生的腐蚀情况会影响回收设施的使用寿命,解决这个问题有两种方法,第一是抗腐蚀的材料进行代替,在常规设备上利用新型材料进行镀膜,提高抗腐蚀效果的同时,提高设备传热性能。第二是在进行冷凝工作之前,进行相应的净化处理,减少酸性物质的排放,在回收循环水中添加含有碱性的药剂,发挥出抗腐蚀的效果。

4.4烟气净化问题

烟气净化主要是控制其中的硫和硝两种化学物质,通常采用的方法有催化与非催化两种还原法、吸附法、吸收法等。这些方法在实践利用中取得了一定的成效,但仍存在材料消耗大和成本高的问题。因此,开发出效率更高、成本更低的净化技术非常重要,具体实施过程要结合实际情况进行对比,选择合适的净化手段。

4.5优化匹配和系统集成问题

燃气锅炉烟气余热回收技术,要求把回水问题低于烟气的露点问题,低温供热系统可以提高回收效果,但中高温采暖设施,适合热泵技术进行烟气回收。目前,集中供热系统都是在末端装置回收装备,对烟气排放形成阻碍的同时,也加大维修的难度,解决办法是在管道中设置旁通装置。

 

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