淺談冷凝燃?xì)忮仩t利用的低碳節(jié)能

沈穎++屠小斌

摘 要：邁入21世紀(jì)，燃?xì)馐侨澜缧枨笤鲩L最快的主要能源，按照國家“穩(wěn)定東部、發(fā)展西部、開拓海域、西氣東輸”的總體規(guī)劃，我國燃?xì)猱a(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入一個嶄新的時代。然而隨著燃?xì)獾睦?，對全球氣候的影響巨大。全球氣候變化是人類迄今面臨的最重大的環(huán)境問題。近幾年來我國對環(huán)境問題越來越重視，節(jié)能減排力度越來越大，天然氣作為清潔能源的優(yōu)點(diǎn)也日益突出。該文結(jié)合天然氣特點(diǎn)及冷凝余熱原理，闡述了冷凝燃?xì)忮仩t利用的低碳節(jié)能。

關(guān)鍵詞：冷凝燃?xì)忮仩t 低碳 節(jié)能

中圖分類號：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（a）-0097-01

21世紀(jì)人類面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)就是全球氣候變暖，解決氣候變化問題的根本措施是減少溫室氣體的人為排放。中國作為世界上最大的碳排放國，同時也是對世界環(huán)境高度負(fù)責(zé)任的國家，利用新型的燃?xì)夤?jié)能設(shè)備，減少溫室氣體的排放，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為一種必然的選擇。

天然氣具有潔凈、高效、儲量豐富、價格穩(wěn)定等特點(diǎn)，但天然氣剩余可采儲量有限，如何合理利用是首要問題。燃?xì)庾鳛槿剂先紵?，在產(chǎn)生效率提供動力的同時，排放出大量的余（廢）熱。余（廢）熱的回收利用，是現(xiàn)代城市能源合理利用規(guī)劃中不可忽視的，具有重大經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益。目前，余（廢）熱的利用方式很多，如冷凝燃?xì)忮仩t，它把排煙溫度降低到50～70℃，充分回收了煙氣中的顯熱和水蒸汽的凝結(jié)潛熱。

1 凝結(jié)潛熱概念

所謂顯然是指純物質(zhì)在不發(fā)生相變和化學(xué)反應(yīng)的條件下，因溫度的改變而吸收或放出的熱叫顯熱。潛熱是指在溫度保持不變的條件下，1kg物質(zhì)在從某一個相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€相的相變過程中所吸入或放出的熱量。同種物質(zhì)在溫度相同、方向相反的相變過程中所吸入或放出的潛熱，其量值必相等，如汽化潛熱總是等于凝結(jié)潛熱。

鍋爐燃料完全燃燒后其煙氣被冷卻至原始溫度，而其中的水蒸氣以凝結(jié)水狀態(tài)排出時所放出的熱量稱為燃?xì)飧邿嶂担魵馊詾檎羝麪顟B(tài)時所放出的熱量稱為燃?xì)獾蜔嶂?。傳統(tǒng)鍋爐中，排煙溫度一般在160～250 ℃，煙氣中的水蒸汽仍處于過熱狀態(tài)，不可能凝結(jié)成液態(tài)的水而放出汽化潛熱。鍋爐熱效率是以燃料低位發(fā)熱值計(jì)算所得，未考慮燃料高位發(fā)熱值中汽化潛熱的熱損失。因此傳統(tǒng)鍋爐熱效率一般只能達(dá)到87%～91%。而冷凝燃?xì)忮仩t，把排煙溫度降低到50～70 ℃，充分回收了煙氣中的顯熱和水蒸汽的凝結(jié)潛熱，提升了熱效率，冷凝水還可以回收利用，從而節(jié)約能量。

燃料的高熱值在數(shù)值上大于其低熱值，差值為水蒸氣的汽化潛熱，燃料種類不同燃燒后水蒸氣在煙氣所占的比例也不同。天然氣含氫元素的比例比較大，燃燒產(chǎn)生煙氣中的水蒸氣的含量就大，其汽化潛熱占低位發(fā)熱量10%左右。一般鍋爐燃料燃燒后，排煙還具有相當(dāng)高的溫度，煙氣中的水蒸氣仍以過熱的狀態(tài)存在，不可能凝結(jié)成水而釋放出汽化潛熱，所以，通過技術(shù)手段將水蒸氣中的汽化潛熱利用起來將提高鍋爐的燃燒效率，進(jìn)而提高燃?xì)饫眯?，?jié)省能量。

2 冷凝燃?xì)忮仩t的工作原理

排煙溫度是鍋爐的基本參數(shù)之一，選擇較低的排煙溫度可以降低鍋爐的排煙損失，有利于提高鍋爐的熱效率。冷凝燃?xì)忮仩t通過一定的裝置將鍋爐燃燒后排放的熱煙氣（一般在140℃左右）中的能量進(jìn)行回收，經(jīng)回收后的排煙溫度只有60℃左右，這樣熱效率大概提高了10%左右，自然就節(jié)約了大約10%的燃?xì)?，同時在能量回收過程中，還能夠降低有害氣體的排放，減少環(huán)境污染。冷凝鍋爐就是利用高效的煙氣冷凝余熱回收裝置來吸收鍋爐尾部排煙中的顯熱和水蒸氣凝結(jié)所釋放的潛熱，以達(dá)到提高鍋爐熱效率及節(jié)能的目的。

例如供暖面積約13萬平方米的某小區(qū)，采用4臺2噸常壓鍋爐一次水循環(huán)系統(tǒng)供暖方式，即鍋爐熱水直接送至散熱器，散熱器回水直接送回鍋爐重新加熱至出水溫度。冷凝式余熱鍋爐就是指在傳統(tǒng)鍋爐系統(tǒng)中加裝煙氣余熱冷凝回收裝置，煙氣余熱冷凝回收裝置被串聯(lián)安裝在鍋爐的排煙管上，節(jié)流散熱器一部分回水進(jìn)入到煙氣余熱冷凝回收裝置，利用煙氣的冷凝余熱量加熱這部分回水至與鍋爐出水一樣的溫度，然后與鍋爐出水混合再進(jìn)入系統(tǒng)。加裝該裝置前，這4臺熱水鍋爐的排煙溫度均達(dá)250 ℃以上，加裝該裝置后，這4臺鍋爐的排煙溫度達(dá)80～90 ℃，流經(jīng)煙氣余熱冷凝回收裝置的鍋爐回水溫度由39 ℃上升到52 ℃。

3 冷凝燃?xì)忮仩t低碳節(jié)能效果分析

當(dāng)無冷凝回收裝置的普通鍋爐燃燒天然氣時，如果鍋爐的熱效率按燃料低熱值計(jì)算為90%時，采用冷凝燃?xì)忮仩t采用冷凝式余熱回收裝置，將排煙溫度降到30～50 ℃，其熱效率則會提高到107%左右。在燃料的耗量不變的情況下，供熱系統(tǒng)的回水越低，冷凝式余熱回收裝置回收的熱量就越多，鍋爐的熱效率就越高，節(jié)能也就越多。

某市供暖共耗天然氣40億立方米。若供暖鍋爐房全部安置煙氣冷凝余熱回收裝置，可節(jié)約約3億立方米天然氣，回收約2600萬立方米冷凝水，減少約3000萬噸CO2排放量。并且，煙氣冷凝過程中，煙氣在換熱壁面遇冷凝結(jié)成細(xì)小的水滴，首先成珠狀凝結(jié)，繼而聚成大水滴或細(xì)小水流。在這一過程中，煙氣中的NOX與水反應(yīng)，生成亞硝酸及硝酸水溶液，進(jìn)入冷凝液中以液態(tài)形式排出，冷凝液對煙氣中有害氣體的凈化作用一定程度上降低了污染物的排放，減少了對周圍環(huán)境的污染。而煙氣冷凝水經(jīng)過處理后可以作為中水使用，如鍋爐補(bǔ)水、灌溉用水、洗澡用水等，從而使冷凝水得到廣泛利用。這樣既能節(jié)約水資源、又能做到低碳環(huán)保。

對于冬季使用鍋爐提供熱能的水環(huán)式水源空調(diào)，其供熱熱水溫度為25 ℃，采用冷凝式鍋爐可比普通熱水鍋爐節(jié)約一定的運(yùn)行費(fèi)用。以100萬kcal/h（418.4萬千焦每小時）鍋爐為例，普通鍋爐天然氣耗量為126.5Nm3/h（天然氣低熱值為35564KJ/Nm3），冷凝式鍋爐天然氣耗量為110Nm3/h，如果鍋爐每天運(yùn)轉(zhuǎn)10個小時，采暖周期為100天的話，采用冷凝式鍋爐每年可節(jié)約天然氣為（126.5-110）×10×100=16500Nm3，以天然氣價2.2元計(jì)，每年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用為16500×2.2=36300元=3.63萬元。

4 結(jié)語

利用天然氣網(wǎng)絡(luò)的民用、商用城市燃?xì)饫淠接酂嵯到y(tǒng)，最容易實(shí)現(xiàn)全能源、全資源的優(yōu)化利用。天然氣成為世界各國包括中國向低碳能源過渡時期最重要的一次能源，而冷凝燃?xì)忮仩t利用體現(xiàn)出的低碳節(jié)能必將冷凝式燃?xì)忮仩t推向更廣闊的市場。

參考文獻(xiàn)

[1] 華賁.天然氣在中國向低碳能源過渡時期的關(guān)鍵作用[J]天然氣工業(yè)，2011（1）：94-98.

[2] 吳軍.我國利用天然氣發(fā)展分布式能源技術(shù)的探討[J]化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2005（4）：4-7.endprint