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    冷凝式燃氣鍋爐的工作原理和特點

    文章作者:藝能鍋爐   發布時間:2017-09-03
    對現有傳統燃油燃氣鍋爐進行煙氣冷凝余熱回收改造的途徑是對燃油燃氣鍋爐增加冷凝式換熱器。

    與傳統鍋爐相比,冷凝式燃氣鍋爐裝有冷凝式換熱器,將排煙溫度降至煙氣露點以下。而傳統鍋爐的尾部受熱面如空氣預熱器和省煤器等,為了防止低溫腐蝕,煙氣出口溫度遠遠高于煙氣中水蒸氣的露點溫度,水蒸氣不會發生冷凝,從而無法回收煙氣中水蒸氣的潛熱。傳統鍋爐的尾部受熱而一方而排煙溫度過高,煙氣中大量顯熱未得到回收,同時煙氣中水蒸氣不會發生冷凝,水蒸氣的潛熱也無法利用,因而排煙熱損失巨大。而冷凝式燃氣鍋爐設計煙氣出口溫度低于煙氣中水蒸氣的冷凝溫度,水蒸氣冷凝放出汽化潛熱,可以大幅提高換熱器回收的熱能。同時冷凝式燃氣鍋爐煙氣中的水蒸氣冷凝以后,會溶解部分NOx、CO2,從而減少NOx、CO2等空氣污染物的排放,具有良好的環保效益。
      冷凝式燃氣鍋爐具有如下特點:
      (1)冷凝式換熱器材質多變
      對現有傳統燃油燃氣鍋爐進行煙氣冷凝余熱回收改造的途徑是對燃油燃氣鍋爐增加冷凝式換熱器。對于燃燒重油、渣油等燃料的鍋爐,由于煙氣中含有大量的NOx和SOx等酸性氣體,若使用冷凝式換熱器將排煙溫度降低到水蒸氣的露點溫度以下,大量的冷凝水和煙氣中的酸性氣體混合產生具有腐蝕性的酸性溶液,會對換熱器產生腐蝕,冷凝式換熱器在材質上要求要比普通換熱器高的多,經常采用具有較強防腐能力的制造材料,因其制造材料價格較普通碳鋼價格高很多,因此換熱器制造成本較高。
      常用的防腐材料有鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體一鐵素體雙相不銹鋼、蒙乃爾合金等。鋁和鋁合金材料對冷凝液的抗腐蝕性能也較好,但在使用中會在換熱器表面產生很多的銹痕和難溶鹽。銅的抗腐蝕性能雖然較鋁差,但是不容易形成銹痕,因而銅及銅合金被廣泛應用。另外也有用塑料作為換熱器材料的,其性效果良好。在歐洲,冷凝式換熱器用于   氣鍋爐己經有40多年的使用歷史,已有多家間壁式換熱器和直接接觸式換熱器生產廠家,將陶瓷、玻璃、金屬甚至塑料等材料應用到冷凝式換熱器中并且技術正在逐漸得到完善。
      目前國內使用的   氣經過脫硫處理,   氣含硫量極低,煙氣中SOx含量較少,因此普通不銹鋼材質的冷凝式燃氣鍋爐也被應用。熱管式換熱器和翅片管式換熱器由于換熱系數高,因而本文也討論了熱管換熱器和翅片管式換熱器作為冷凝式換熱器的可行性,并設計冷凝式換熱器用于工程實例。
      (2)節能效果好
      非冷凝式鍋爐為防露點腐蝕等,其排煙溫度一般為170℃以上,在這樣的排煙溫度下煙氣中水蒸氣處于過熱,鍋爐的熱效率以燃氣的低位發熱量Qdw計算一般為η80%~90%。在冷凝式鍋爐中,排煙溫度降低到50℃以下,充分回收利用煙氣的顯熱和水蒸氣的冷凝熱,使燃氣鍋爐熱效率提至η=100%~110%。
      鍋爐煙氣在冷凝式換熱器中降溫到露點時,煙氣中的水蒸氣開始結露冷凝,并釋放出汽化潛熱,煙溫降至越低,凝水量就越多,可以被回收利用的潛熱量也會越來越大。當煙氣溫度由于被冷卻越來越低時,水蒸氣的分壓力也會越來越小,此時煙氣露點變得   低,水蒸氣冷凝放熱變得困難。
      煙氣中水蒸氣的含量與燃料的成分以及鍋爐的排煙溫度密切相關。   氣等有機氣態燃料中H元素含量大,產生的水蒸氣量多,燃料的高、低位發熱量差值   大,液態燃料和液態燃料依次減小,可供回收的汽化潛熱依次減少?;诖嗽?,燃氣、燃油鍋爐改造為冷凝式鍋爐的余熱回收效果較好。冷凝式換熱器內低溫流體溫度越低,可以使鍋爐的排煙溫度降至越低,同時水蒸氣冷凝液越多,可以回收的顯熱和潛熱量越多,鍋爐熱效率提高數值越大。
      (3)良好的環保效益
      燃料在燃燒后產生了NOx、SOx等酸性氣體和CO2等溫室氣體,直接排放到大氣中會對環境產生嚴重的污染。尤其是容量小,效率低的鍋爐,各種污染物直接排放,造成嚴重的環境問題。
      安裝冷凝水換熱器后,煙氣中水蒸氣被冷凝,很多的污染物會溶于冷凝下來的水中,從而減少了直接排放到大氣環境中的各種污染物,減弱對環境的污染。根據德國一項統計,在漢堡市某小區原使用普通燃油鍋爐供熱,后將其改造為4臺總產熱量3.7MW的帶有鉻鎳鋁合金鋼冷凝式換熱器的燃氣鍋爐,不僅供暖成本降低,排入大氣的污染物也大幅減少,使用冷凝式鍋爐或對傳統燃氣鍋爐安裝冷凝式換熱器的環保效益突出。
      對現有燃氣鍋爐安裝冷凝式換熱器進行煙氣余熱回收,能夠顯著提高城市節能、環保水平。2008年我國   氣消費量為812.94億立方米,大量   氣用于燃氣鍋爐生產熱水、蒸汽等導熱工質。目前國內所使用的燃氣鍋爐,考慮鍋爐制造成本及低溫腐蝕等因素,設計排煙溫度一般在150℃以上,鍋爐效率為80%~90%。將現有的傳統   氣工業鍋爐改造為冷凝式鍋爐將會產生很大的節能效果。
      目前比較成熟的冷凝式換熱器主要可以分為接觸型冷凝換熱器和間壁式冷凝換熱器。接觸型冷凝換熱器由于煙氣和循環水直接接觸,因而具有換熱系數高、熱阻小、結構緊湊、經濟性好的優點。但同時因煙氣中的水蒸氣冷凝后直接進入循環水中,循環水的衛生狀況較差,在使用過程中很多需要再設置二次回路進行換熱,使系統變得復雜。間壁型冷凝換熱器中循環水和煙氣不直接接觸,雖然換熱系數較上述接觸型換熱器小,但衛生條件良好,水蒸氣冷凝后方便進行集中處理。

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