浅谈燃气锅炉烟气余热利用示范项目

李晓芳

（乌鲁木齐热力工程设计研究院新疆乌鲁木齐830000）

浅谈燃气锅炉烟气余热利用示范项目

李晓芳

（乌鲁木齐热力工程设计研究院新疆乌鲁木齐830000）

针对大型燃气锅炉房的锅炉回收尾气中的显热以及水蒸气气化潜热，将尾气温度降低至35℃以下。本文就燃气锅炉烟气余热利用进行探讨。

气化潜热 雾霾 余热利用 减排

一、前言

资源节约和环境保护是我国的基本国策，“十二五”规划《纲要》提出，2012年新疆乌鲁木齐大范围的煤炉改燃气炉采暖工程为全国带了个好头，全国各地城市都在积极倡导和实施煤改燃气工程，以减少城市污染和雾霾天气，随着改燃力度的增加，虽然新技术在不断应用，但城市雾霾还是越来越严重，雾霾天气是否与冬季运行的燃气锅炉大量排出水蒸气有关？这在业界也受到一定怀疑。另外，燃气价格的持续走高，直接对供热单位的运行成本造成压力，因此，如何进一步的节能减排，热企及厂家也在积极探讨和研究。

二、应用背景

热水燃气锅炉在使用过程中，10蒸吨负荷，约对外释放烟气9 000 Nm3/H～9 500 Nm3/H，根据相关热力计算，不同排烟温度下，每10蒸吨负荷尾气对外带走的热量（即锅炉排烟热损失）见表1。

表1　不同排烟温度下的排烟热损失

从上表可以看出，在通常情况下，锅炉排烟热损失是惊人的，如果我们能回收烟气中的余热，用于加热热网回水，可以大大节省天然气耗量，使企业能源成本下降，带来经济效益的同时，也积极响应国家节能减排政策，带来积极的政治效益。

三、燃气锅炉尾气余热分析

锅炉热效率是以燃料低位发热值计算所得，未考虑燃料高位发热值中汽化潜热量的热损失。因此传统锅炉热效率一般只能达到87％～91％。而通过烟气冷凝回收装置，把排烟温度降低到60℃～70℃，可充分回收烟气中的显热和水蒸气的凝结潜热。

燃气锅炉的燃料是天然气，主要成分是CH4，因此燃烧后的烟气中会含有大量的气态H2O，占烟气比例的约17％，当烟气温度降低时，尾气中的水蒸气饱和湿度也随之降低；当温度降低至55℃以下时，燃气锅炉尾气中的水蒸气随之冷凝出，同时释放大量的汽化潜热（每冷凝出1kg水，相当于释放2 400 kJ热量）。见图1。

图1　乌鲁木齐地区尾气温度-饱和湿度对应图

下面均按锅炉10蒸吨出力进行计算。

燃气锅炉单位烟气产量：12.01Nm3/Nm3天然气

每10蒸吨燃气锅炉烟气总产量：774×12.01=9 303 Nm3/h

1MPa的饱和蒸汽焓值为2 780 kJ/kg，那么烟气的热焓大约相当于于1.6 t蒸汽的热焓，约占消耗燃气高位发热量的7.8％。这一比例，远大于锅炉散热损失、燃气不完全燃烧损失在总热量中的比例，因此，需要充分利用烟气的余热。见表2。

表2　不同排烟温度的烟气焓值

排烟20℃～60℃时，气态H2O发生凝结时，大量潜热就被释放出来。当排烟温度从140℃降低到30℃时，可以得到1 MW的余热，同时会凝结大量的水，烟气中的潜热大部分得到回收；当烟气温度降低至30℃，整套供热系统热效率较排烟温度150℃提高14％，在同等负荷下，节省天然气耗量12％。

烟气冷凝回收装置在提高锅炉热效率的同时，可产生副产品-冷凝水。众所周知，冷凝水相当于蒸馏水，没有硬度，是极好的锅炉软化水来源，脱硫天然气由于组分纯净，燃烧灰尘少、PH值呈中性或弱酸性，生成的冷凝水在简单处理后即可作为锅炉补水。节约了锅炉软化水成本、减轻了工人劳动强度、减小了工业排放，因此可取得可观的经济和社会效益。

四、烟气余热回收原理

天然气主要成分是CH4，因此燃烧后的烟气中会含有大量的水蒸气，当烟气温度降至55℃左右时，烟气中水蒸气随之冷凝，同时释放大量的汽化潜热。水蒸气总体潜热量约为燃气低位热值的11％，因此降低排烟温度，使烟气中水蒸气冷凝，可以提高天然气利用效率，天然气利用效率随排烟温度的变化曲线见图2。

图2　天然气利用效率随排烟温度的变化曲线

国内目前采用设置有烟气冷凝器、燃气吸收式热泵回收烟气余热两种类型，都可以降低排烟温度，提高燃气利用效率，节省锅炉房燃气用量。随着烟气中水蒸气的冷凝，能够降低排入大气中的水蒸气，冷凝水经过处理后可以回收利用，同时减少氮氧化物、二氧化硫和一氧化碳的排放。

五、余热回收工程案例

乌鲁木齐某热力公司燃气锅炉房为2012年新建项目，2012年锅炉房安装三台SZS58-1.6/130/70-YQ热水燃气锅炉。锅炉房主要设备情况及调查统计数据见表3。锅炉厂家配备了烟气余热回收装置，但无法使燃气锅炉排烟温度降到35℃。

1.对燃气锅炉房现状设备1#2#3#炉的调查情况。见表3。

表3　燃气锅炉房现状设备1#2#3#炉调查情况

根据锅炉房筹建办提供的2013年—2014年采暖季的运行记录，将2013年—2014年度运行记录归纳如下，见表4。

表4　2013年—2014年度运行记录

根据运行记录，锅炉厂家配备的烟气余热回收装置，正常运行时只能将烟气温度降至100℃以下。

2.改造后方案选型。见表5。

表5　改造后方案选型

3.节能量。本项目锅炉总容量174 MW，预计一年采暖季可节省天然气511.2万m3，根据综合能耗计算通则GBT2589-2008，气田天然气折算为标煤系数为1.2 143千克标准煤/m3，折合成标煤为6 207 t；节约燃气费为700.35万元；每燃烧1 m3天然气约产生1.8 kg冷凝水，预计一年采暖季可回收冷凝水为10.05万吨（冷凝水凝结率按65％计算），合计水费为22.35万元。

六、结束语

通过本项目的实施，回收烟气中的余热，用于加热热网回水及燃烧空气，将烟气温度降低至露点温度以下，对提高锅炉的综合热效率作用非常有利，同时可大大节省天然气的耗量，使企业能源成本下降。在高能源利用的今天对解决企业的经济负担具有重大的意义。

［1］燃油燃气锅炉房设计手册（第二版）.

［2］2014年全市重点建设项目实施方案.乌党办发【2014】9号文件.

［3］乌鲁木齐市供热能源结构调整实施方案.2009，12.

［4］乌鲁木齐市供热发展“十二五”规划.

［5］乌鲁木齐市清洁能源供热方式研究.2009，11.

［6］国家现行的有关规范、规程、标准、规定等.