随着天然气工业的迅速发展,以此种清洁能源为燃料的锅炉逐渐增多。与燃煤相比,燃烧天然气虽然排放的二氧化硫及氮氧化物的含量很少,减轻了对环境的压力,但燃烧后产生的大量水蒸气随高温烟气排放到环境中,造成了能量的严重浪费。目前,传统燃气锅炉的排烟温度一般高于150℃,不仅有一部分显热被浪费,更有大量的水蒸气潜热被浪费。如果能将这部分热量利用起来,降低排烟温度,将大大提高锅炉效率。通常锅炉的排烟温度每升高15℃,锅炉的排烟热损失会增加1%。人们已经意识到余热回收的重要性,并进行了一系列的烟气余热回收技术研究,目前的余热回收技术有以下三种:1、采用冷凝式锅炉;2、常规锅炉加装余热回收装置;3、烟气再循环。其中,采用冷凝式锅炉和常规锅炉加装余热回收装置这两种方式使用较多,烟气再循环方式使用较少。
1、冷凝式锅炉
冷凝式锅炉是指能够从锅炉排放的烟气中吸收水蒸气所含的气化潜热的锅炉。冷凝式锅炉在设计思想上与传统锅炉有很大的不同。冷凝式锅炉必须具有冷凝式热交换受热面,采用高性能的外壳保温和密封材料。用低温水将锅炉的排烟温度降到烟气冷凝温度以下,使烟气中呈过热状态的水蒸气凝结成水,放出气化潜热,把这一部分的热量回收仍利用与锅炉。按照燃料低位发热量为基准计算,整体效率可比传统的锅炉高出10%-17%。排烟温度可降至50℃-70℃。冷凝式锅炉不仅节省能源,而且在冷凝烟气中的水蒸气的同时,可以除去烟气中的有害物质。
由于整体型冷凝式锅炉烟道结构和阻力变化较大,需要增加较大的风机功率;冷凝液在炉内产生,需采取防腐措施;燃烧器在性能匹配上也与非冷凝式锅炉不同,因此通常整体性冷凝式锅炉的成本比常规锅炉高。
2、常规锅炉加装余热回收装置
目前针对燃气锅炉烟气余热回收的技术,主要集中在采用加装冷凝换热器、空气预热器和吸收式热泵等来降低排烟温度。
(1)加装冷凝式换热器
常规燃气锅炉加装冷凝式换热器,烟气降温过程中存在相变过程,开始发生相变的温度即为烟气的露点。高于露点时,锅炉供热效率的提高是靠烟气降温所释放的显热实现的。当烟气温度低于露点后,锅炉供热效率的提高是靠水蒸气冷凝释放潜热实现,此时烟气温度的降低对锅炉供热效率的提高,影响较为显著。
只有当热网回水温度低于20~30℃时,使用冷凝式换热器才会有好的效果。对于一般的供暖系统,尤其是区域供热系统,其热网回水温度远高于此值。因此,直接利用热网回水降低烟气温度是非常受限的。这一原因也严重制约了冷凝式锅炉在供热领域的推广使用。
(2)加装空气预热器
在供暖期,空气温度一般均远低于烟气的露点,因此,采用空气预热器成为回收烟气余热的途径之一。但空气预热器的缺点在于当烟气温度降至露点以下时,烟气侧发生了相变,而空气侧并没有发生相变。因此,空气只能带走烟气放热的小部分。
另外,也可采用烟气-水换热器和空气预热器组合的方式进行烟气余热回收,利用烟气-水换热器回收高温烟气段的显热,利用空气预热器回收中低温烟气段的潜热和显热。
(3)采用吸收式热泵
将吸收式热泵用于燃气锅炉的烟气余热回收技术,并用直接接触式换热代替常规的间壁式换热。吸收式热泵在天然气等高温热源的驱动下制取低温冷水,锅炉的烟气作为吸收式热泵的低温热源同低温冷水进行直接接触式换热,由于冷水的温度较低,因此,烟气的温度可以降至25℃甚至更低。该技术突破了热网回水温度的限制,可应用于回水温度较高的供热系统中。
采用该系统回收余热,减少了天然气的耗量,相应地也减少了污染物的排放量。
3、烟气再循环
有的锅炉采取了烟气再循环系统,将部分尾部烟气送入炉膛重新参加燃烧,既利用了部分余热,又可降低NOx的生成量,具有节能和环保双重功效。
以上无论是选着哪种烟气余热回收,都会提高锅炉利用效率,以及为企业带来一定的经济效应。