摘要：烟气余热回收技术在燃气供热锅炉中的应用，对提高企业的经济效益和社会效益有着重要价值，我国虽然地域广阔，地下蕴含着丰富的能源，但总体上的能源利用率较低，开发过程中对环境造成的影响也比较大。因此，相关从业者应进一步研究我国烟气余热回收技术中存在的问题与不足，通过计算机技术的应用，实现余热回收处理的自动化、智能化，并借鉴国外先进技术，为实现节能降耗的目标创造更好的条件，进一步促进我国经济的绿色可持续发展。
关键词：烟气余热回收技术；燃气供热锅炉；应用
1烟气的特性分析
天然气成分绝大部分为烃，燃气锅炉排烟中水蒸气的含量较高，分析表明，排烟中可利用的热能中，水蒸气的汽化潜热所占的份额相当大。每1m3天然气燃烧后可以产生1.55kg水蒸气，具有可观的汽化潜热，大约为3700kJ/Nm3，占天然气的低位发热量的10%以上。传统锅炉中，排烟温度一般在160℃～250℃，烟气中的水蒸气仍处于过热状态，不可能凝结成液态的水而放出汽化潜热。因此传统的天然气锅炉理论热效率一般只能达到95%左右，利用冷凝式换热器只要把烟气温度降到烟气露点温度以下，就可回收烟气中的显热和水蒸气的凝结潜热，按低位发热量为基准计算，天然气锅炉热效率可达到和超过110%。本文以纯天然气为例对烟气的露点温度以及锅炉理论热效率进行计算分析。
1.1露点计算
在水蒸气分压力不变的情况下，使空气冷却至饱和湿蒸汽状态时，将有水滴析出，此时的温度即为露点温度。天然气燃烧特性分析（以1m3天然气计算）烟气中水蒸气的体积分数达17.4%，若燃烧在大气压力下进行，当空气过量系数α为1.1时（本文中的计算均以此作为计算依据），其相应的烟气露点温度是57℃。通过观察可知，烟气露点温度随过量空气系数的变化而变化。因为根据道尔顿分压定律，露点温度的高低与烟道中水蒸气的分压量（即水蒸气的含量）成正比；随着过量空气系数的增加，烟道中水蒸气的相对体积减小，水蒸气的容积份额会有所下降，其露点温度也随之降低。实际上，虽然各地方天然气中成分含量有所不同，但由于其主要成分均为甲烷且占绝大部分，其他成分影响很小，经计算的露点温度误差不超过0.3%（符合实际要求的范围）；并且由于实际燃烧的影响因素较多，也使得计算不可能达到很精确，通常是在理论值附近的一个范围内波动，在实际应用中还需根据不同情况进行修正分析。
1.2热效率分析
烟气中的热量以显热和潜热2种形式存在，因此锅炉的热损失也由烟气的显热损失和潜热损失组成。而显热损失取决于烟气的温度和烟气组分的热容量；潜热损失则取决于烟气中以水蒸气形态存在的水量的多少。当水蒸气冷凝时，烟气中存在复杂的现象：由于水蒸气分压力较低，并且在冷凝液膜附近主要是不凝气体，如N2、CO2、O2等，烟气中水蒸气需要穿过不凝气体层才能达到液膜表面发生冷凝。烟气中水蒸气冷凝率等于由单位体积天然气燃烧生成烟气所产生的凝结水量与燃烧所生产的水蒸气量的比值，其中，燃烧所产生的水蒸气包括天然气燃烧生成的水蒸气及空气和燃气所带入的水蒸气。
仅烟气中的潜热就对锅炉的热效率影响如此巨大。倘若能将排烟温度降低到露点以下对潜热加以回收利用，对以低位发热量为基准进行计算的热效率至少可提高到10%以上。并且随着排烟温度的降低，烟气的显热损失也会相对减小，那么热效率的提高将更为明显，证明降低排烟温度对锅炉效率提高的重要意义。进一步计算可以得出在不同排烟温度下锅炉实际热效率的变化趋势。锅炉效率随着排烟温度的变化分为2个比较明显的区域：在60℃～180℃变化缓慢，而在20℃～60℃变化较大。这主要是因为排烟损失中水蒸气潜热损失占的比例大于烟气显热的结果。当锅炉排烟温度降到20℃时，锅炉效率理论上可达107.4%。
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2烟气余热回收技术在燃气供热锅炉中的应用
2.1相变换热器
相变换热器，最关键的一部分正是“相变”概念的提出，对壁面温度的控制原理进行更深层次的细化，理论上实现对温度的精确控制。相变模块，也就是热管换热器的相应模块，能够有效的确保温度梯度在可控范围以内，并结合对水量参数的调节作用，来实现对壁面温度的科学控制。其原理是：在汽水分离设备的两端，分别与上、下管式换热器相连，蒸发段位处下部，通过对烟气余热的吸收使其相应介质处在相变态，蒸汽沿管道上升，进到汽水分离设备，最终直到上端的冷凝段，使得介质气体变为液态，再沿着管壁流到相应设备中，通过不断的循环作用进行热能的回收利用。在其循环过程中，循环介质的使用，以及介质所处环境起到了重要作用，从而实现对温度更加精确的控制。
2.2热管技术
热管，是一种高效的传热设备，主要利用的是汽化潜热来实现热量的传送。液体工质通过汽化作用进行余热的吸收，当其流经冷端后再经液化作用进行热能的释放。热管在应用中，表现出操作方便，传热速度快，无需外部动力等特点，有着很好的节能效果，值得推广应用。不过，其不足之处在于材料的局限性，成本较高，且投入实际应用的时间还不长，技术上还不够成熟，使用中出现了灰堵、侵蚀等问题，还需进一步优化。
2.3冷凝锅炉
锅炉排放的烟气中，包含大量的潜热，以往采用的回收方法更多的是针对显热，效率不高，造成了潜热的大量损失。冷凝锅炉的应用，能够利用余热回收技术，将烟气中的热能再利用，回收后可用于回水的预热、生活热水的加热等，不但能够有效的提高热效率，而且还能对烟气中的NOx等物质进行吸收，从而减轻酸性气体的比例，避免对生态环境的污染，起到保护环境的作用。对于常用的燃气供热锅炉来说，排放的烟气中包含较多的水蒸气，该技术较为适用；对于烟气燃油锅炉来说，水蒸气含量居中，该方法也有着很大的潜能，当然还需进行更加深入的研究；对于燃煤锅炉来说，其烟气中的水蒸气较少，该方法并不适用。
3注意事项
（1）燃气供热锅炉排烟露点温度大约为55℃，其中所含有的水蒸气的体积分数是影响露点温度的关键性因素，一般来说，空气系数会对水蒸气的体积分数造成非常大的影响，因此为了提高热能的回收效率，就需要对空气系数进行有效的控制，并将烟气的温度降至低于露点温度，如此即能够回收其中的显热量，又能够回收其中的潜热量。
（2）数据表明，烟气余热回收技术的应用，热效率可提升10%~20%，大大降低了能源的消耗，每年能够节约大量的天然气，有效的缓解了我国经济高速发展背景下的能源紧缺问题。
结束语
随着经济社会的发展，人们的节能环保意识不断加强，而燃气供热锅炉在运行过程中，往往伴有热能的大量损失，这不利于我国经济的长期可持续发展。因此，对烟气余热回收技术的研究有着重要的应用价值，该技术通常是将专门的回收装置装设在锅炉的烟口或者通道中来实现余热的回收再利用。在其工作过程中，具有极高温度的烟气通过时会对热管造成向上的冲刷作用，进而使得热管大量吸收热能，烟气排放的温度随之下降，同时会导致右端的空气或者水受热形成逆向的冲刷，热管放热，空气或者水吸热使得温度急剧升高，这时候就要保证回收装置的出口烟气温度也不能低于露点。
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论文作者:张印巍
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/27
标签：烟气论文; 水蒸气论文; 潜热论文; 温度论文; 锅炉论文; 余热论文; 热效率论文; 《防护工程》2018年第32期论文;