文 献 综 述

1.1 冷凝式烟气余热回收发展现状

目前我国的锅炉仍以燃煤为主，但随着氢气的迅速发展，燃烧清洁能源氢气供热锅炉将会增多。由于燃烧氢气基本不排放SO₂，并比燃煤减少氮氧化合物排放45％，减少CO₂排放52％；比燃油减少氮氧化合物63％，减少CO₂排放26％^[1,2]。按照国际上采用的成本效率分析法，即把大气污染浓度或总排放量降到指标水平的成本最低分析方法，发展氢气供热是一个可选择的最佳方案。因此，有条件的地区应推广使用氢气锅炉。但是，一般氢气热水锅炉排烟温度在180℃以上，蒸汽锅炉在200℃以上，有时甚至高达300℃，浪费了大量的能源。而采用冷凝余热回收锅炉，回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热锅炉热效率可达103％以上，排烟温度降至40～55℃。因而，充分利用了能源，并降低了使用费^[3～5]。

1.2 烟气特性分析

成分大部分为烃，燃气锅炉排烟中水蒸气的含量较高，分析表明,排烟中可利用的热能中，水蒸气的汽化潜热所占的份额相当大。每1msup3;气燃烧后可以产生1.55kg水蒸气，具有可观的汽化潜热,大约为3700 kJ/N#183;m³，占天然气的低位发热量的10％以上。传统锅炉中,排烟温度一般在160-250℃，烟气中的水蒸气仍处于过热状态，不可能凝结成液态的水而放出汽化潜热。此传统的天然气锅炉理论热效率一般只能达到95％左右,利用冷凝式换热器只要把烟气温度降到烟气露点温度以下，就可回收烟气中的显热和水蒸气的凝结潜热,按低位发热量为基准计算,天然气炉热效率可达到和超过110％。露点温度以及锅炉理论热效率进行计算分析^[6～9]。

（1） 露点分析

分压力不变的情况下，使空气冷却至饱和湿蒸汽状态时，将有水滴析出，此时的温度为露点温度。烟气中水蒸气的体积百分含量达17. 4％，若燃烧在大气压力下进行，当过量空气系数为1.1 时，其相应的烟气露点温度是57℃^[10]。

图1-1中数据，可以知道烟气的露点温度是随着过量空气系数的变化而变化的。因为根据道尔顿分压定律露点温度的高低是跟烟道中水蒸气的分压力(即水蒸气的含量)成正比的。着过量空气系数的增加,烟道中水蒸气的相对体积减小，水蒸气的容积份额会有所下降，其露点温度也随之降低^[11]。

图1-1露点温度随过量空气系数变化曲线

虽然各地方天然气中成分含量有所不同，但由于其主要成分均为甲烷且占绝大部分，其他成分影响很小,经计算的露点温度误差不超过0.3％(符合实际要求的范围) ，并且由于实际燃烧的影响因素较多也使得计算不可能达到很精确，通常是在理论值附近的一个范围内波动，在实际应用中还需根据不同情况进行修正^[12～14]。

（2）热效率分析

热量以显热和潜热两种形式存在,因此锅炉的热损失也由烟气的显热损失和潜热损失组成。而显热损失取决于烟气的温度和烟气的组成成分的热容量；潜热损失则取决于烟气中以水蒸气形态存在的水量的多少。当水蒸气冷凝时，烟气中存在复杂的现象：由于水蒸气分压力较低,并且在冷凝液膜附近主要是不凝气体， 如：N₂、CO₂、O₂ 等，烟气中水蒸气需要穿过不凝气体层才能达到液膜表面发生冷凝。