具有相变换热的余热利用技术

  在使用过程中,气体燃料和液体燃料燃烧后的烟气中均含有10%以上的水蒸气,一直以来,为了避免水蒸气在尾部受热面产生冷凝造成尾部受热面的低温腐蚀,排烟温度一般在170℃以上。烟气中水蒸气所含的汽化潜热随烟气通过烟囱一同排入大气,造成了能源的大量浪费。

 

  以天然气为例,目前国内运行的传统燃气锅炉其排烟温度一般在150～250℃。燃烧后烟气中将生成约20%(体积份额)的水蒸气,理论上每立方米天然气燃烧可生成1.5kg水蒸气,而每千克的水蒸气在20℃完全冷凝释放的汽化潜热为2453kJ。这样,每立方米天然气燃烧生成的水蒸气将含有约3.6MJ的热量,相当于1kWh。如果能够回收烟气中的汽化潜热和物理显热,能源利用效率可以提高10%以上,同时,冷凝液还可以吸收烟气中的有害气体(SO2、NOx等)和微粒,具有良好的环保效果。长期以来,由于受燃气价格的影响,燃气装置特别是燃气锅炉的运行费用偏高,因此降低热损失,提高热效率也成为急需解决的问题。表4是把烟气温度从220℃降低到不同的温度后回收的显热和潜热热量以及热效率增益,复合换热节能的潜力是巨大的。

 

  目前相变换热烟气余热利用的途径主要还是集 中在冷凝式锅炉方面。所谓冷凝式锅炉主要是指通过冷凝锅炉烟气中的水蒸气,使其释放汽化潜热,降低排烟温度,减小排烟热损失,从而提高锅炉热效率的一种热交换设备。常规锅炉将烟气中大部分显热传递给水或蒸汽,而冷凝式锅炉不仅将更大一部分显热传递给水或蒸汽,而且还吸收了部分烟气中的水蒸气冷凝后释放的汽化潜热。因此冷凝锅炉充分利用了烟气的显热以及烟气中水蒸气的汽化潜热,将锅炉排烟损失降到最小,从而最大程度地利用了锅炉排烟中的热量。相对于常规锅炉,锅炉效率可提高10%以上,节能潜力相当可观。除了提高热能利用率外,烟气冷凝过程中,烟气中的气体组分被冷凝水吸收或者反应,使得排烟中有害气体SOx和NOx含量减少。随着人们节能和环保意识的增强,人们越来越重视烟气冷凝在节能和环保上的作用,冷凝式锅炉的发展十分迅速。