燃氣鍋爐熱效率分析

網址：www.chinazhongchuang.cn      更新時間：2017-01-10 14:32    瀏覽次數：：170次

　　本文中創鍋爐網小編首先介紹燃氣鍋爐的發展趨勢，然后對燃氣鍋爐的熱效率進行分析。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現煙氣余熱利用，提高鍋爐熱效率的特點，同時，也簡單論述了其他減少熱損失的措施。

　　關鍵詞：燃氣鍋爐;熱損失;熱效率;冷凝式鍋爐

　　1 燃氣鍋爐發展的趨勢

　　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，具體數據見表1。在世界能源由煤炭為主向油氣為主的結構轉變過程中，中國仍是世界上幾個能源以煤為主的國家之一。

　　表1 我國的能源消費結構

　　煤在開采和使用過程中，尤其在燃燒過程中的環保問題十分突出。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，對大氣造成污染。據有關報道，我國的大氣環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。城市空氣質量監測數據表明，煤在燃燒過程中排放的煙塵，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，所以很有必要開發使用一些清潔能源(如石油、天然氣、風能等)。

　　隨著我國經濟突飛猛進的發展，對天然氣和石油的消費需求將日益增長，大大促進了中小型燃氣鍋爐的發展。工業和民用鍋爐使用油質燃料和天然氣，不僅可以解決鍋爐燃煤和環境之間的突出矛盾，而且在經濟上也是可行的，有著十分廣闊的市場前景。

　　可以說發展燃氣鍋爐是環境保護和可持續發展的需要。現在在我國許多大城市，燃煤鍋爐已經被禁止使用，而燃氣鍋爐被越來越多的運用到生產生活中。

　　2 影響燃氣鍋爐熱效率的因素

　　燃氣鍋爐生產熱水或蒸汽的熱量主要來源于燃料燃燒生成的熱量。但是進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全部有效的利用于生產蒸汽與熱水，其中有一部分熱量會被損失掉。為了確定鍋爐的熱效率，就需要建立鍋爐熱量的收、支平衡關系。燃氣鍋爐在工作過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：額定蒸發量為1Ot/h，排煙溫度為200℃，天然氣消耗量為340m3/h。鍋爐實際運行熱效率在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所決定的，在不改變鍋爐本體時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

　　排煙熱損失是指經過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兩項。排煙溫度比環境溫度高很多，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等因素有關。在排煙量一定時，排煙溫度與鍋爐熱效率的關系見圖1[1];當排煙溫度一定時，排煙量越大，排煙損失就越大。當鍋爐在相同負荷，相同參數條件下產生相同的蒸汽時，排煙溫度及排煙量增加，就意味著產生相同質量的蒸汽所需要的燃料增加，從而造成鍋爐效率的下降。

　　燃料中的雜質會影響燃氣鍋爐排煙損失熱量。當燃料中含有水分時，水分蒸發轉變為水蒸氣使排煙量增大，同時帶走大量的汽化潛熱，從而加大了排煙損失熱量;同時，燃氣中常常還含有少量的惰性氣體，惰性氣體不參加反應，但是會影響反應過程的進行，降低反應的溫度;惰性氣體的排出也會加大排煙損失熱量。

　　燃燒方式的不同也會影響排煙損失熱量。擴散式燃燒和大氣式燃燒過程中，實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低又會造成不完全燃燒，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程中，由于一次空氣系數過低，在局部區域經常會發生燃料的不完全燃燒，這樣既浪費了資源，降低了反應強度，而不完全燃燒產生的CO等氣體又會對環境產生污染。在完全預混燃燒過程中，火燃傳播速度很高，能在很低的過量空氣系數(1.05～1.10)下達到完全燃燒[2]，幾乎不會出現燃料的不完全燃燒。

　　在鍋爐運行時，鍋爐爐墻、金屬構架及鍋爐范圍的汽水管道、集箱和煙風道等的表面溫度都比周圍空氣溫度高，就不可避免的將部分熱量散失于大氣中。其大小主要取決于鍋爐散熱表面積的大小、表面溫度和周圍空氣溫度等因素，同時還與水冷壁和鍋爐墻的結構，保溫層的性能和厚度有關。可以說，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100%的鍋爐。加設冷凝式換熱器可以實現對傳統鍋爐的升級，使其變為冷凝式鍋爐。可以說，將傳統鍋爐改造為冷凝式鍋爐是實現鍋爐熱效率大幅提高，實現資源高效利用的最佳途徑。所以，在此我們重點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，同時回收一定的水，還可以除去煙氣中的有害物質。熱效率隨著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系，隨著排煙溫度的降低，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溫度降低有很大的變化，當排煙溫度較高時，回收的潛熱很少，隨著排煙溫度的降低，回收的潛熱迅速增大，隨后又趨于穩定，從冷凝的角度來講，煙氣冷凝的難度隨煙氣溫度的降低而越來越大[4]，如圖3所示。

　　冷凝式鍋爐具有節能、節水、環保等優點，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%，同時許多國家還采取了嚴格的強制性措施來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售。我國應該加大冷凝式鍋爐的研發投入，進一步增大冷凝式鍋爐的推廣應用力度，以實現節能減排的目的。

　　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：通過給水和煙氣進行熱交換后，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換熱，從而使燃氣鍋爐高效節能(達10%以上)成為可能。但是由于省煤器無法將排煙溫度降低到更低的水平，無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，加快了反應的進行，同時，還減少了污染物的排放。可以說，煙氣再循環具有節能和環保雙重功效。

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