燃气锅炉烟气余热利用的途径及技术要点概述

燃气锅炉烟气余热

利用的途径及技术要点

燃气锅炉排出的烟气中含有大量余热，目前的燃气锅炉都安装有烟气余热回收装置，但一般都是利用锅炉回水与烟气进行热交换，只回收了烟气中的部分显热。因燃气锅炉烟气中水蒸汽占比较大，且水蒸汽的汽化潜热较大，人们为了提高燃气的利用率，把目光投向了烟气冷凝潜热回收技术。

本文通过对燃气锅炉烟气的特点进行分析，结合烟气余热回收装置的方式，明确烟气余热回收的技术思路，对锅炉房的节能降耗，降低运行成本提供一些参考。

一、烟气组成及热能分析

烟气中烟气温度变化所引起的热量转移为显热，水蒸汽所含的汽化潜热为潜热，也就是水在发生相变时，所释放或吸收的热量。烟气中水蒸汽的体积含量在15-20%左右，潜热可占天然气的低位发热量的10.97%左右。

从此数据可以看出，潜热占排烟热损失的比重是很大的。而利用潜热，必须要把烟气温度降低到水蒸汽露点温度以下，使烟气中的水分由气态变为液态，从而释放烟气潜热，才能实现。

二、烟气中水蒸汽露点温度的确定

烟气中水蒸汽的体积含量在15-20%之间，露点温度一般为

54-60ºC之间。如天然气中含有H2S，烟气中还会有SO X。SO X会与烟气中的水蒸汽结合形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽的酸露点温度要比水露点温度要高。所以会使烟气中水蒸汽露点提高。一般烟气中含量愈多，酸露点温度愈高。由于酸露点温度计算复杂且实际烟气组分变化较大，所以在实际应用中采用酸露点分析仪实测一定工况下的酸露点温度。一般烟气SO X含量在0.03%左右时，露点温度可按58-62ºC左右估算。

当烟气温度低于露点温度时，烟气中水蒸汽开始凝结，烟温低于露点温度愈大，水蒸汽的凝结率也愈大。凝结率愈大，潜热回收比例也愈大。所以为提高烟气余热回收效率，与烟气进行换热的冷媒温度低于露点温度多些，才能确实做到冷凝换热。按表1估算，烟气余热回收装置的出口烟温一般低于露点温度20-30ºC，才可使水蒸汽凝结率达到70-80%。

三、烟气余热利用方式

锅炉排出的烟气经过与冷媒的换热，实现烟气余热的回收。但烟气余热属于低位热能，所以它的利用方式就有一定的限制，首先冷媒温度足够低，其次冷媒循环量足够大，可吸收烟气大部分余热，且热量能被有效利用。下面，我们对几类余热换热及利用方式进行一些分析。

1、烟气/供热系统回水。利用供热系统循环水与烟气进行热交换，把烟气余热直接进入供热系统的循环水，实现余热回收。但此种方式受到系统回水温度的限制，不可能使烟温降的更低。一般来说，供热系统的一次供回水设计温度为130/70ºC，实际运行系统回水也有55-60ºC，所以烟气温度也只能降到70ºC左右，它只能回收烟气中的显热。可回收烟气显热的50-60%左右，可提锅炉高热效率3-5%。

2、烟气/冷空气。燃烧系统供风一般都取自室外，在燃气锅炉的燃烧机送风系统上加装空予器，使烟气与冷空气进行换热，可以提高送风温度，改善燃气燃烧工况，提高炉膛温度，对锅炉各受热面的传热是有利的。冷空气一般按室外平均计算温度（-5.3ºC）估算。虽然冷空气的温度很低，但由于空气热容较小，且空气量受天然气燃烧理论空气量限制，它所能吸收的热量是有限的。如燃烧每立米天然气约需空气9.6 m3，空气的定压热容1.29KJ/ m3.ºC，把9.6 m3空气温度提高到30 ºC左右,所需热量为404 KJ。仅占烟气潜热的12%。

此种方式可与第一种方式结合应用，在锅炉回水冷却烟气后，使烟气温度降低到70 ºC左右,然后再利用冷空气与烟气换热，把烟气温度再降低到50 ºC左右。此种方式最为简单易行，只需安装烟气换热器，不需增加动力设备。是一种投资最小的组合方式。

3、烟气/厂房供热系统回水。我们可把锅炉房厂房供热系统做成一个单独的系统，以烟气作为热源，通过换热装置与烟气进行换热，采用直供方式为厂房供热，系统供回水温度可为75/50ºC 左右。烟气温度可降到50ºC左右，但此种方式烟气中水蒸汽凝结率不高，潜热未被充分利用。但显热已大部被利用（约2/3）。此种方式的好处是节能效果明显直观，易于人们接受。不足之处是如锅炉房厂房供热系统较小，不能充分利用烟气余热。

4、烟气/生活热水。生活热水的供水温度一般为40ºC左右，进水一般为10ºC左右，但此种方式的不足点是生活热水负荷与供热负荷不同步，造成烟气中余热不能被连续、稳定的吸收利用。不适合大型锅炉房且生活热水负荷较小的情况下应用。

与此种方式类似，也可用供热系统补水吸收烟气余热，但在系统补水量较小，而锅炉房容量较大的情况下，系统补水不能全部利用烟气余热。

5、烟气/吸收式热泵系统

吸收式热泵系统从原理上来说就是一套制冷机组，由驱动动力驱动制冷剂进行制冷循环，在制冷循环的蒸发端（吸热）通过一个独立的冷水循环与烟道上的烟冷器进行热交换，以吸收烟气

中的热量。在制冷循环的冷凝端（放热）与供热水循环系统或其它冷媒进行热交换，以释放烟气中的热量。

吸收式热泵系统基本由制冷机组、蒸发端换热器、冷凝端换热器、冷水循环泵及管路系统、烟冷换热器组成，制冷机组需要有驱动动力（电或热源）驱动，冷水系统循环也需要动力。

制冷机组可使冷水系统的冷水出水温度达到5-20ºC（具体温度可由系统参数确定），所以可使烟气温度降到很低，做到烟气余热的深度回收。

但吸收式热泵系统初始投资大，制冷循环的运行维护成本也较高，且因设备较多较复杂，对运行管理的要求也比较高。

最后，再谈几点在确定技术方案时需考虑的问题：

1、不管任何一种方案，都会在烟道上增加换热装置，都会增加烟道阻力，也就是说要增加鼓风机电耗，如烟气余热回收装置换热面积太大，烟气阻力增加太大，甚至需要更换鼓风机或增加引风机。

2、排烟温度不是越低越好，烟温越低，锅炉排烟阻力越大，消耗电能也越多。燃气锅炉烟囱高度一般较低，如烟温太低，也不利于烟气排出烟囱后的扩散，不利于锅炉房范围内的环境。

3、烟气换热器的腐蚀问题，烟气在温度降低后，存在液态水分，且因硫分的存在，此部分水为弱酸性。还有燃气燃烧时过量空气的存在，烟气中也含有氧气，与烟气及冷凝水接触的换热面会发生氧化、腐蚀。所以与烟气接触的换热面，最好选用耐低温