燃气锅炉燃烧过程中余热回收利用研究

燃气锅炉燃烧过程中余热回收利用研究

丘嘉铨 ,汪炳炎 ,黄文琪

厦门烟草工业有限责任公司福建省厦门市，361022

摘要：我国发展迅速，环境污染问题日益突出，工业锅炉作为高耗能、高排放的设备，其节能减排问题正引起国内相关行业的广泛关注。天然气作为清洁能源正逐渐取代煤油作为锅炉燃料，在工业生产中得到广泛应用。但在锅炉运行过程中，客观存在燃气不完全燃烧的问题，不仅无助于节能环保，而且严重影响锅炉的安全运行。

关键词：燃气锅炉燃烧过程中余热回收利用研究

引言

我国能源结构正向清洁低碳方向发展，天然气与动力设备快速发展，提高燃气锅炉的热效率变得更加迫切，其中锅炉余热利用是其中最重要的一项有效的方法。研究表明，锅炉烟气温度降低15-20℃，锅炉热效率可提高1%。由于燃气锅炉的烟气中水蒸气的体积分数通常为15%～19%，因此燃气锅炉由于烟气中的水蒸气含量高，含尘量非常低。回收的烟气热不仅包括烟气热，还包括水蒸气冷凝后释放的蒸发热，余热回收效益更加明显，同时水蒸气冷凝液吸收了部分烟气中的气体，起到保护环境的作用。

1燃气锅炉烟气余热回收再利用技术

1.1相变换热器的相变技术

相变换热器最突出的特点体现在“相变”理论上，它是对壁温控制机理的更详细表达，从理论层面对低温腐蚀控制的更令人信服的表征。相变换热器中的闭环模块，即通过对燃气锅炉的热管换热器进行整体设计，使热管换热器的温度梯度始终保持在同一范围内，幅度很小改变。当隐藏模块相变发生时，相变换热器会根据锅炉的运行模式调整水量参数的采集，为提高壁温控制精度提供可靠依据。实际运行中的相变换热器一般作为循环平均质量与介质所处方式的传递总和，可以不断提高壁温控制的精度。

1.2冷凝锅炉

燃气锅炉烟气中的水蒸气具有很大的热能利用价值，传统的烟气利用方式只能回收烟气表面的大量热量，而不能回收蒸汽中潜在的热能，导致蒸汽中的大量潜热没有得到充分利用，给锅炉热效率的提高留下了很大的空间。冷凝式锅炉余热回收装置在常规燃气锅炉上的应用，不仅保证了烟气中显热的有效利用，而且蒸汽中的大量潜热应用于回水。余热锅炉系统，可满足人们取暖生活用水和给锅炉补水的需要。锅炉热效率的提高伴随着烟气中的氮氧化物吸收到冷凝液中，从而可以显著降低烟气中酸性气体的比例，减少大气污染。因此，基于燃气锅炉烟气中存在大量水蒸气的特点，使用燃气锅炉余热回收装置具有很高的适用性。烟气中水蒸气总比例为燃料的锅炉也具有很大的应用潜力。但仍需结合燃油锅炉的工作原理和设计特点进行深入研究。燃煤锅炉由于烟气中水蒸气的比例低，不适合该技术。

1.3利用热循环泵回收余热技术

该技术是采用空冷热泵与蒸汽相结合的组合技术，是一种分级余热回收，将冷却后的烟气释放到热泵中，再加热，充分利用蒸发器热源进行回收废热。这是一种新型高效传热制剂，利用蒸发热传递能量，液态制冷剂吸收烟气热量后，到达冷端会释放大量热量，热管具有诸多优点，体积小、效率高、过程运行无需额外能源等特点，因此该技术具有很好的市场前景。但由于使用的材料比较稀缺，而且这种工艺制作的行业也比较复杂，导致热管市场价格偏高，行业没有广泛应用，不能长期使用，技术上已经足够成熟，在包括灰堵、露点腐蚀等多项技术问题上，还有待解决，因此该技术的生产和使用还需要进一步的研究和探讨。

1.4热管优化技术

热管是燃气锅炉余热回收装置中的重要组成部件，该部件的主要功能是对汽化潜能进行能量传递。因此，对燃气锅炉余热回收再利用，可从提高热管的热传递效率出发，降低热管传递过程中造成的热损失。热管的体积较小，但是热管的传热原理表明，热管具有较高的传热效率，是实现锅炉节能的重要途径。为有效提高热管的热传递效率，可从优选热管材料、优化组合热管换热器形式入手。如组合后的换热器中一半热管对空气进行加热，另一半热管则用以加热热水。通过实践观察发现，经过如此改造后的热管排烟温度显著降低，锅炉效率明显提升。

2燃气锅炉烟气余热回收过程中的关键性问题

2.1烟气排放问题

由于在冷凝排放之后，烟气的温度一直都在不断的降低，而工作人员需要在这个时候对温度进行控制，因为如果烟气的温度过低的话，很有可能会影响烟气的回收利用率。因此，在余热的回收设备之中安装对温度进行监督和调控的设备，保证在冷凝的过程之中烟气的温度不会过高。

2.2冷凝液处理问题

热泵技术采用的是将热量在不同物体之间就行传递的方法，它的工作原理和一般都制冷设备一样，需要消耗一定量的外界环境的能量，热泵技术能够回收的锅炉烟气的温度在100~200℃，根据不同的工作原理可以分为压缩式和吸收式，二者具有不同的特点，压缩式的热泵优点是体积小、高效率，大但是同时它也需要消耗大量的能量，吸收式热泵与其相比虽然耗费外界的能量比较低，但体积较大，在锅炉烟气回收过程中，热泵设备可以与冷凝设备进行联合使用。

2.3烟气净化问题

如果余热回收设备之中出现严重的腐蚀现象，不仅会对余热回收的效率造成影响，而且还有降低余热回收设备的使用寿命。所以，在完成了日常的余热回收工作之后应该由这也得工作人员对余热回收设备进行相关的防腐处理，在一般环境下，对于锅炉余热回收设备的防腐处理方法主要有两种，一种是对设备的外壳进行定期的检查和更换。一般情况下，燃气排暖炉的温度在55℃左右，所以在工作的时候要对影响先治疗露点温度的关键作用因素——烟气里的水蒸气的体积分数，也就是说需要对空气的系数进行严格的把控，使烟气的温度被控制在露点温度以下。

3燃气锅炉节能措施

燃气锅炉除了从烟气回收利用角度可以提高锅炉热效率外，仍有其他的节能措施可以采取，为整个锅炉房的能源效率提高打下基础。

3.1热补偿方式

直埋管道热补偿尽量采用自然补偿，在三通、分支和弯头等应力集中处若不能满足应力条件时选用补偿器，补偿器采用直埋型轴向波纹管补偿器，要求波纹管补偿器具有双向补偿及自稳定能力和可靠的抗失稳结构。补偿器许用疲劳寿命不低于1000次。

3.2采用专用的燃烧器

特点是燃气与空气在涡旋型的蜗壳腔内已充分混合，可使燃料都在受控制的比率下与空气完全混合。喷出后形成一个较大的扩散角，形成一个心形类的火焰图形。心形火焰中心内部就是一个回流区，将锅炉内的高温烟气重新压折回燃料混合物出口，加速点火和燃烧程序，这样火焰不会很长，炉膛的设计比较自由，可以完全适应火焰的形状，充满度好，从而使得炉膛内部温度很高，火焰较为集中，所有的火焰都聚在炉膛内，使充入炉膛内的燃料全部燃尽，火焰紧凑，内部平均温度高。

结语

对传统燃气锅炉采用余热回收再利用技术处理后，可进一步减少对能源的消耗与浪费，有效缓解我国能源紧缺的问题。虽然我国的能源相对来说较为丰富，但是对能源的利用率却非常低，并且能源的使用过程给环境带来了不同程度的破坏。因此，要深入分析影响燃气锅炉烟气回收再利用的问题，合理利用现代化信息、计算机等先进技术，不断提升余热回收装置自动化控制水平，并不断创新与优化余热回收技术，促进我国经济、环境协调发展。

参考文献

［1］徐生荣.降低燃气锅炉排烟热损失方法探讨［J］.能源研究与利用，2002(2)：35-37.

［2］田靖，肖益民.浅谈锅炉烟气余热回收技术及其工程应用［J］.制冷与空调（四川），2013(6)：552-555.

［3］李慧君，林宗虎.燃气锅炉烟气余热回收实验分析［J］.工业锅炉，2004(6)：1-4.