锅炉烟气余热回收工程研究分析.doc

锅炉烟气余热回收工程研究分析 摘要：本方案主要采用冷凝回收装置将锅炉所排放的烟气余热进行回收再利用。排放烟气中的余热将冷凝装置中的循环水予以加热，加热后的循环水作为纯水反渗透系统的原水，以提高反渗透系统的进水温度，减少纯水反渗透系统加热到所需水温所消耗的天然气的量，节约了天然气资源的使用， 创造了经济效益。同时，所产生的冷凝水吸收烟气中的污染物，减少了氮氧化物和二氧化碳的排放量，创造了环境效益。关键字：冷凝回收装置、烟气余热、天然气1.前言：燃气锅炉的冷凝回收装置发源于欧洲。德国、荷兰、英国、奥地利等国家于上世纪70年代，开发家用冷凝式锅炉，到80 年代末期到90年代初期，韩国率先将冷凝式锅炉应用在大中型工业锅炉上， 冷凝式锅炉除了具有传统锅炉的共性之外，更是制热机理的大胆革命与突破。在一些能源利用率较高的欧美国家，燃气冷凝式余热回收的热水锅炉其热效率高达103%以上，此外在烟气中的CO2和NOX等有害成份也大大降低，这对环保来说是非常有利的。在欧美等国，由于政府鼓励使用冷凝锅炉，所以需求量不断增加，冷凝锅炉的使用率瑞士60% ，荷兰50% ，德国20% ，奥地利(20%) ，英国(15%) 。而我国锅炉冷凝回收装置的使用才刚刚起步，目前，我国政府大力倡导清洁生产节能减排政策，烟气冷凝回收装置作为燃气锅炉最为有效的节能减排手段，可以为用户节约燃料，同时减少污染物排放，为我国建设和谐的节约型社会做出贡献。锅炉供暖不仅应用于生活设施，也适用于企业生产，比如印刷电路板制造行业对水质要求高，生产过程中需要使用大量的高纯水，高纯水的制作核心系统是反渗透系统，反渗透膜的透水性能受水温影响较大，膜孔会随水温的变化而扩大或缩小。冬季膜孔收缩，出水量降低，为保证生产需要对反渗透系统原水进行加热，需要消耗大量天然气，大大提高了制水成本。采用锅炉烟气余热回收装置将锅炉排放烟气中的潜热和显热加以回收，用于加热纯水制作反渗透系统中的原水，以提高反渗透系统进水温度，减少供暖所需热量，节约天然气使用量，降低生产制作纯水成本。2.冷凝装置回收锅炉烟气余热原理：天然气燃烧排放热量分析：烟气的排放所带出的热量主要有烟气排放所带的显热和水蒸气过热所带的潜热。天然气主要成分为烷烃类有机化合物，含在天然气中的氢(H)在锅炉内部燃烧时与氧结合成水。生成的水从燃烧时产生的热量(高位发热量)中吸收约10%的气化热而变成水蒸汽，称为潜热，与排出的烟气一道排出。其中烟气排放所携带的显热约带走天然气所产热量的10左右。利用高效的冷凝换热器来吸收锅炉尾部排烟中的显热和水蒸汽凝结所释放的潜热，从而达到提高锅炉热效率的目的。冷凝装置安装在锅炉的烟道的竖直烟管上，冷凝器采用折流式不锈钢铝翅片， 吸收排放烟气中所携带的热量，将此热能传到其内部的循环水中，将水加热。同时，经过冷凝后的过热水蒸气会被冷却为冷凝水，可以使烟气中的CO2、NOX 溶解，以减少有害气体的排放。热效率：是指送入锅炉的全部热量中被有效利用的百分数。由于一般锅炉的燃料在燃烧后排烟温度还相当高，烟气中的水蒸气不可能凝结下来。因此，工程计算中通常采用低位发热量作为计算依据。即燃气的高位发热量-汽化热(潜热)= 低位发热量低位发热量（PCI）：是指标准状态下1m3天然气完全燃烧后放出全部热量中扣除水蒸气的气化潜热后所得到的热量。高位发热量（PCS）：是指标准状态下1m3天然气完全燃烧后冷却至原始基准温度时放出的全部热量，其中包括燃烧产物中水蒸气冷却凝结放出的气化潜热。总结：由上述示意图可以看出，理论上，安装冷凝回收系统后锅炉的燃烧效率可以由原来的90提高到104，热效率可以提高14，可以节约天然气的使用量10左右。3.余热回收应用于纯水制作系统经济效益：纯水制作反渗透系统，反渗透膜的工作温度一般以2030 为宜，水温在1530 内，水温每提高1，透水量约增加3% 。冬季水温较低，天津地区冬季水温最低可达2左右，当水温很低时， 膜孔回收缩，透水率明显下降，以设计产水量为20m3/h 的反渗透系统为例，水温在20 时产水20m3/h ，当水温降至2时，产水量仅为12 m3/h 左右，不能满足生产需求，且因水温过低，反渗透系统承受压力较大，严重影响反渗透系统的使用寿命。因此，需要对反渗透系统的原水进行加热，以保证出水满足生产需求。因反渗透膜会逐渐被水中的污染物所污染，导致产生率逐渐下降，为了保证反渗透系统产水达到20 m3/h ，往往需要将水温提高到30 ，如此，每天需要消耗大量的热量。在采暖系统中，冷凝器的进出水管与纯水系统的原水罐连接成一个旁通回路，形成一个与锅炉冷凝回收装置连通的闭合回路。两台冷凝回收装置工程改造总投资为16 万元，加装冷凝回收装置后年可节约燃气资金约10，07 年公司使用天然气58m3，全年可节约天然气总量约58m3，全年可节约天然气费用16.2 万元，用一年时间即可收回成本。所安装的冷凝回收装置的循环泵流量为11m3/h， 冷凝器中循环水温升高6，一套制水能力为20 m3/h 的纯水系统，每小时水温升高约3，即节约了水温升高3的热能，减少了天然气的使用量。烟气温度由200 降低到70，1 立方米天然气燃烧可吸收物理显热1600KJ ，水蒸气冷凝率约为50 ，吸收气化潜热1850KJ ，总计吸收热量为3450KJ 。约是天然气低位发热总量（1 立方米天然气完全燃烧可产生约35500 KJ 的热量）的10 ，理论上可以节省天然气燃料10 。取80% 烟气进入冷凝余热回收装置，可以提高热能利用率8% 以上，节省天然气燃料近10% 。按07 年天然气燃烧使用量为58 m3 计算，年节省成本16.2 万元。4.冷凝装置回收烟气余热的环境效益天然气燃料主要是由碳(C)和氢(H)两元素结合而成的化合物，能保持完全燃烧，因其不含硫成份，所以不产生在低温条件下腐蚀金属的硫酸(H2SO4)和亚硫酸(H2SO3)，是一种清洁的燃料。天然气的主要成份为CH4(甲烷90%) 、C2H6(乙烷6.8%) 、C3H8 (丙烷2.5%)、C4H10(丁烷1%) 、N2 (氮气0.3%)。天然气与燃重油或轻油相比对环境污染相对小一些，它是一种清洁燃料。但燃烧时生成的CO2、NOx 对环境产生了影响。一般情况下，天然气燃烧排烟中含CO2 含量约为10-12%；NOx 含量约为6080ppm，这些有害气体促成酸雨产生或温室效应，诱发大气臭氧层的破环或影响臭氧生成。使用冷凝余热回收锅炉时，对这一环境污染有极大的缓解。含在燃气中的氢(H)在锅炉内部燃烧时与空气中的氧结合成水。生成的水从燃烧时产生的热量(高位发热量)中吸收约10%的气化热而变成水蒸汽，与排出的烟气一道排出。(冬季水蒸汽与冷空气相遇而凝结，从烟囱观察到冒白烟应是这个原因。)所排出的主要污染物的CO2、NOx 可以溶解在冷凝结露的水中，反应如下：CO2+H2OH2CO3 NOx+H2OHNO2+HNO3 在上式中可以看出：CO2和NOx在冷凝余热回收锅炉的尾部烟道中与冷凝结露的H2O结合生成对应的酸，并随着凝结水从排放管排出。从而烟气中的有害成份CO2和NOx含量大大减少,CO2约减少40%， 含量由原来的12%下降至6-7%;NOx约减少至20ppm。酸性的冷凝水排出时需进行中和处理：H2CO3+Ca2+OH-CaCO3+H2O HNO3+Ca2+OH-Ca(NO3)2+H2O 可以设置一中和池，将冷凝水排放到中和池中，定期检查中和池的PH值。每立方米天然气燃烧产生的烟气量约10.3m3 ，约12.5公斤，其中CO2所占比例为10 ，为1.25公斤，07年使用天然气原料58万m3，共排放CO2量725吨，采用冷凝回收装置后，每年减少CO2排放量约40 ，即可减排CO2 290吨。天然气燃烧所排放的NOX浓度约为70mg/m3 ，07年锅炉共排放废气量为744万标立方米，共排放NOX量520.8公斤。采用冷凝回收装置后，每年减少NOX排放量约70，即可减排NOX364.5公斤。5.推广前景：安装两套冷凝装置总共投入费用16万元，年可节约成本16.2万元，1年的时间即可回收成本。设备的使用寿命为25年，因此，锅炉烟气冷凝回收装置具有较高的经济价值。同时，可减少NOX、CO2的排放量，起到了很大的环境效益，节约了天然气资源的使用量，体现了社会效益。此项工程的实施实现了经济效益、环境效益和社会效益的有机统一。充分响应了当前国家大力推崇的节能减排政策，尤其国家制定了十一五减排计划中SO2的削减10% 的目标，很多燃煤型锅炉面临改燃气型，为了能够更好的节