燃氣鍋爐熱效率分析
網(wǎng)址：www.sdsbxny.com 更新時(shí)間：2017-01-10 14:32 瀏覽次數：：170次
本文中創(chuàng )鍋爐網(wǎng)小編首先介紹燃氣鍋爐的發(fā)展趨勢，然后對燃氣鍋爐的熱效率進(jìn)行分析。燃氣鍋爐熱效率比燃煤鍋爐高的多，但是這并不表明燃氣鍋爐的效率就不可以繼續提高。接著(zhù)分析了影響燃氣鍋爐熱效率的主要因素，并討論了冷凝式鍋爐實(shí)現煙氣余熱利用，提高鍋爐熱效率的特點(diǎn)，同時(shí)，也簡(jiǎn)單論述了其他減少熱損失的措施。
關(guān)鍵詞：燃氣鍋爐;熱損失;熱效率;冷凝式鍋爐
1 燃氣鍋爐發(fā)展的趨勢
我國一次能源消費以煤炭、石油為主，天然氣等清潔能源所占比重較小，具體數據見(jiàn)表1。在世界能源由煤炭為主向油氣為主的結構轉變過(guò)程中，中國仍是世界上幾個(gè)能源以煤為主的國家之一。
表1 我國的能源消費結構
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資源種類(lèi) |
所占比例 |
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煤炭 |
70% |
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石油 |
21% |
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天然氣 |
3% |
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核能 |
1% |
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水力等 |
5% |
煤在開(kāi)采和使用過(guò)程中，尤其在燃燒過(guò)程中的環(huán)保問(wèn)題十分突出。主要是燃燒排放的煙氣中，存在煙塵、硫氧化合物、氮氧化合物以及二氧化碳等有害物質(zhì)，對大氣造成污染。據有關(guān)報道，我國的大氣環(huán)境以煤煙型污染為主，其中煙塵和酸雨的危害最大，使污染程度加重。城市空氣質(zhì)量監測數據表明，煤在燃燒過(guò)程中排放的煙塵，大大增加了空氣中的總懸浮物。煤中的有害元素硫在燃燒排煙中以SO2形式存在，是酸雨的主要成分。酸雨對植物、水體及建筑物等都造成了非常大的危害。并且煤炭燃燒效率低，資源浪費嚴重，所以很有必要開(kāi)發(fā)使用一些清潔能源(如石油、天然氣、風(fēng)能等)。
隨著(zhù)我國經(jīng)濟突飛猛進(jìn)的發(fā)展，對天然氣和石油的消費需求將日益增長(cháng)，大大促進(jìn)了中小型燃氣鍋爐的發(fā)展。工業(yè)和民用鍋爐使用油質(zhì)燃料和天然氣，不僅可以解決鍋爐燃煤和環(huán)境之間的突出矛盾，而且在經(jīng)濟上也是可行的，有著(zhù)十分廣闊的市場(chǎng)前景。
可以說(shuō)發(fā)展燃氣鍋爐是環(huán)境保護和可持續發(fā)展的需要。現在在我國許多大城市，燃煤鍋爐已經(jīng)被禁止使用，而燃氣鍋爐被越來(lái)越多的運用到生產(chǎn)生活中。
2 影響燃氣鍋爐熱效率的因素
燃氣鍋爐生產(chǎn)熱水或蒸汽的熱量主要來(lái)源于燃料燃燒生成的熱量。但是進(jìn)入燃氣鍋爐的燃料由于種種原因不可能完全燃燒放熱，而燃燒放出的熱量也不會(huì )全部有效的利用于生產(chǎn)蒸汽與熱水，其中有一部分熱量會(huì )被損失掉。為了確定鍋爐的熱效率，就需要建立鍋爐熱量的收、支平衡關(guān)系。燃氣鍋爐在工作過(guò)程中釋放的熱量主要包括.鍋爐的有效利用熱量、排煙損失熱量、燃料不完全燃燒損失熱量、鍋爐散熱損失熱量。在熱損失中排煙熱損失所占的比重比較大，以SZS10-1.25-Q型燃氣鍋爐為例：額定蒸發(fā)量為1Ot/h，排煙溫度為200℃，天然氣消耗量為340m3/h。鍋爐實(shí)際運行熱效率在80%～85%，排煙溫度為160℃～180℃，排煙損失為13.1%～15.8%，顯然，排煙熱損失是影響熱效率的主要因素，也是很容易通過(guò)改造鍋爐的換熱設備而將其減小的;而其他各種熱損失主要由鍋爐本身特點(diǎn)所決定的，在不改變鍋爐本體時(shí)各項數值是很難改變的，可以放在一起考慮。因此，對燃氣鍋爐的熱平衡可以粗略的用下式表示：
Qr=Q1+Q2+Q3
式中Q——鍋爐的輸入熱量，KJ/m3
Q1——鍋爐有效輸出熱量，即鍋爐的有效利用熱量，KJ/m3
Q2——排煙損失熱量，即排出煙氣所帶走的熱量，KJ/m3
Q3——其他方面損失的熱量，KJ/m3
2.1 排煙熱量損失對燃氣鍋爐效率的影響
排煙熱損失是指經(jīng)過(guò)鍋爐全部受熱面后排入大氣的煙氣所帶走的熱量。排煙熱損失包括高溫煙氣的顯熱和煙氣中水蒸氣的汽化潛熱，影響其大小的主要因素是排煙溫度及排煙量?jì)身棥Ｅ艧煖囟缺拳h(huán)境溫度高很多，一般天然氣熱水鍋爐排煙溫度在180℃以上，蒸汽鍋爐在200℃以上，有時(shí)甚至高達300V，煙氣中含有大量的能源;排煙量的大小與送分量和漏風(fēng)等因素有關(guān)。在排煙量一定時(shí)，排煙溫度與鍋爐熱效率的關(guān)系見(jiàn)圖1[1];當排煙溫度一定時(shí)，排煙量越大，排煙損失就越大。當鍋爐在相同負荷，相同參數條件下產(chǎn)生相同的蒸汽時(shí)，排煙溫度及排煙量增加，就意味著(zhù)產(chǎn)生相同質(zhì)量的蒸汽所需要的燃料增加，從而造成鍋爐效率的下降。
燃料中的雜質(zhì)會(huì )影響燃氣鍋爐排煙損失熱量。當燃料中含有水分時(shí)，水分蒸發(fā)轉變?yōu)樗魵馐古艧熈吭龃螅瑫r(shí)帶走大量的汽化潛熱，從而加大了排煙損失熱量;同時(shí)，燃氣中常常還含有少量的惰性氣體，惰性氣體不參加反應，但是會(huì )影響反應過(guò)程的進(jìn)行，降低反應的溫度;惰性氣體的排出也會(huì )加大排煙損失熱量。
燃燒方式的不同也會(huì )影響排煙損失熱量。擴散式燃燒和大氣式燃燒過(guò)程中，實(shí)際一次空氣系數都比理論一次空氣系數大，從而增大了排氣量和排煙熱損失;如果一次空氣系數過(guò)低又會(huì )造成不完全燃燒，增加了氣體不完全燃燒熱損失。
2.2 其他方面熱量損失對燃氣鍋爐效率的影響
其他方面的熱量損失包括氣體不完全燃燒熱損失、鍋爐本體散熱損失等，與排煙熱損失相比要小很多。
擴散式燃燒和大氣式燃燒過(guò)程中，由于一次空氣系數過(guò)低，在局部區域經(jīng)常會(huì )發(fā)生燃料的不完全燃燒，這樣既浪費了資源，降低了反應強度，而不完全燃燒產(chǎn)生的CO等氣體又會(huì )對環(huán)境產(chǎn)生污染。在完全預混燃燒過(guò)程中，火燃傳播速度很高，能在很低的過(guò)量空氣系數(1.05～1.10)下達到完全燃燒[2]，幾乎不會(huì )出現燃料的不完全燃燒。
在鍋爐運行時(shí)，鍋爐爐墻、金屬構架及鍋爐范圍的汽水管道、集箱和煙風(fēng)道等的表面溫度都比周?chē)諝鉁囟雀撸筒豢杀苊獾膶⒉糠譄崃可⑹в诖髿庵小Ｆ浯笮≈饕Q于鍋爐散熱表面積的大小、表面溫度和周?chē)諝鉁囟鹊纫蛩兀瑫r(shí)還與水冷壁和鍋爐墻的結構，保溫層的性能和厚度有關(guān)。可以說(shuō)，這種損失是不可避免的。
3 提高燃氣鍋爐效率的措施
冷凝式鍋爐是將煙氣中的水蒸氣冷凝成水，回收其汽化潛熱用于鍋爐，使熱效率達到或超過(guò)100%的鍋爐。加設冷凝式換熱器可以實(shí)現對傳統鍋爐的升級，使其變?yōu)槔淠藉仩t。可以說(shuō)，將傳統鍋爐改造為冷凝式鍋爐是實(shí)現鍋爐熱效率大幅提高，實(shí)現資源高效利用的最佳途徑。所以，在此我們重點(diǎn)介紹冷凝式鍋爐的節能狀況。
在鍋爐排煙熱損失中，水蒸氣所攜帶的熱損失占排煙熱損失的55%～75%[3]，如果將排煙溫度降到煙氣冷凝溫度以下，通過(guò)回收利用水蒸氣潛熱，可以很有效地降低排煙熱損失，提高鍋爐熱效率。冷凝式鍋爐排煙溫度可降至40℃～50℃以下，可以冷凝煙氣中部分水蒸氣，回收水蒸氣的汽化潛熱，同時(shí)回收一定的水，還可以除去煙氣中的有害物質(zhì)。熱效率隨著(zhù)水蒸氣的冷凝量的增加而增大。從圖2可以看出，煙氣溫度和煙氣中液氣比的關(guān)系，隨著(zhù)排煙溫度的降低，液氣比在增加(即冷凝水的增多)。
冷凝式鍋爐回收的熱能包括高溫煙氣的顯熱和水蒸氣的汽化潛熱。回收的顯熱隨著(zhù)煙氣溫度的降低變化不是很大;而回收的水蒸氣的汽化潛熱則隨著(zhù)溫度降低有很大的變化，當排煙溫度較高時(shí)，回收的潛熱很少，隨著(zhù)排煙溫度的降低，回收的潛熱迅速增大，隨后又趨于穩定，從冷凝的角度來(lái)講，煙氣冷凝的難度隨煙氣溫度的降低而越來(lái)越大[4]，如圖3所示。
冷凝式鍋爐具有節能、節水、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，這種鍋爐在國外應用已相當廣泛，在歐美等國，由于政府鼓勵使用冷凝式鍋爐，需求量不斷增加，冷凝鍋爐的使用率方面瑞士60%，荷蘭50%，德國20%，奧地利20%，英國15%，同時(shí)許多國家還采取了嚴格的強制性措施來(lái)推廣使用冷凝式鍋爐。我國冷凝式鍋爐的使用還很少，甚至市面上都很少有冷凝式鍋爐的銷(xiāo)售。我國應該加大冷凝式鍋爐的研發(fā)投入，進(jìn)一步增大冷凝式鍋爐的推廣應用力度，以實(shí)現節能減排的目的。
其他的降低鍋爐熱損失，提高熱效率的方法也有很多。
省煤器：通過(guò)給水和煙氣進(jìn)行熱交換后，提高了給水溫度，降低了煙氣溫度，提高了鍋爐效率。還可以利用煙氣加熱參與燃燒的氣體等，燃料與煙氣能在很小的傳熱溫差下?lián)Q熱，從而使燃氣鍋爐高效節能(達10%以上)成為可能。但是由于省煤器無(wú)法將排煙溫度降低到更低的水平，無(wú)法大量回收水蒸氣的汽化潛熱。
有的燃氣鍋爐采取了煙氣再循環(huán)系統，將部分尾部煙氣送入爐膛重新參加燃燒，既利用了部分余熱，這部分余熱加熱了參與反應的燃料和空氣，加快了反應的進(jìn)行，同時(shí)，還減少了污染物的排放。可以說(shuō)，煙氣再循環(huán)具有節能和環(huán)保雙重功效。
