随着人类社会的发展以及新的能源种类的不断出现,能源的利用量及利用方式也随之发生了变化。我国的能源结构的较大特点是 以煤为主,占到四分之三以上。其较大问题是 给环境带来严重的污染。随着西部气田的开发,天然气这种高热值(11000kcal/m³)清洁能源将要被广泛应用,同时被称为未来新能源的天然气水化合物(M·6H20,M代表天然气)在将来也会被大量应用,其储量为天然气的数百倍。在消费方面,世界各国的天然气所占能源年消费量的比率不断增加。以日本为例,其天然气消费每年都在增加,1990~1998年增加37%,而煤、石油所占消费能源的比率在下降;另外消费大户是 美国、欧共体。随着经济的不断发展,在未来几年中,我国虽然仍以燃煤为主,但煤炭在能耗中所占的比例将逐渐下降,同时燃油、燃气的比例将大幅增加,与之配套设备的需求也将大规模增加。
以天然气为燃料的锅炉除尘器,排有放的烟气具相当高的温度(150~250℃),其内含有水蒸气约19%(容积成份),是 烟气热量的主要携带者,这部分热量应加以回收。冷凝式燃气锅炉就是 在燃气非 冷凝式锅炉的基础上,在烟道内增加了回收烟气中水蒸气汽化潜热的凝结换热器。在回收余热、提高锅炉效率的同时,凝结液对于烟气中的酸性氧 化物也起到了吸收作用,保护了环境。目前,凝结式燃气锅炉容量都比较小,主要用于居民生活。随着西气东输,用于发电的大容量凝结式燃气锅炉必将得以应用,因而,冷凝式锅炉将具有广阔的应用前景。
一、冷凝式锅炉的几种型式
与常规锅炉一样,冷凝式锅炉也有很多种分类方法。现按结构扼要介绍常用的冷凝式锅炉型式。
1、整体型冷凝式锅炉
整体型冷凝式锅炉的特点是 在锅炉内部实现烟气中水蒸气的冷凝,主要有两级换热器和倒置燃烧器两类。两级换热器的冷凝式锅炉分为辐射换热器和对流冷凝换热器。换热器直接接受火焰辐射,处于高温环境;第二级换热器在下降烟道中,烟气与冷凝流动方向相同,易于冷凝液排泄。倒置燃烧器冷凝式锅炉只有换热器。上部主要接受辐射热,下部以对流换热为主。燃烧器在上部,烟气自上而下流动,冷凝液与烟气流动方向相同,类似两级换热器的第二级。
整体型冷凝式锅炉脱硫除尘器对锅炉本体改造较大,烟道结构和阻力变化较大,需要增加较大的风机功率;冷凝液在炉内产生,要求耐腐蚀换热面;燃烧器在性能匹配上明显与非 冷凝式锅炉不同。通常整体型冷凝式锅炉的成本是 常规锅炉的1.6~2倍。
2、分离型冷凝式锅炉
目前较大容量的整体型冷凝式锅炉较少,通常采用分离式结构,将烟气中水蒸气冷凝部分在锅炉外实现,类似燃煤锅炉的省煤器装置,称为烟气冷凝热能回收装置,即:
常规锅炉+烟气冷凝热能回收装置=分离式冷凝锅炉
烟气冷凝热能回收装置分为直接接触换热型和间接换热型。直接接触型,喷淋室与锅炉烟道相连,喷淋水阶梯式下落,与烟气逆流运动,进行热量交换,热能回收率很高,同时可高效除尘及吸收有害物质。
但是 ,此类装置回收的热能品质较低,凝结水含酸性,使用受到限制;混合换热装置长期与酸性喷淋水接触,易腐蚀,一般要采用铸铁、铝合金、耐酸钢材或塑料进行制造。
二、冷凝式锅炉及应用现状
如果燃气锅炉的排烟温度降低到足够低的水平,那么烟气中呈过热状态的水蒸气就会凝结而放出汽化潜热,使烟气中水蒸气的汽化潜热得以回收利用的锅炉称为冷凝式锅炉。
世界上首台冷凝式锅炉1979年诞生于荷兰,1980年开始应用于实际工程中。由于其明显的节能与环保效益,自20世纪80年代起,在北美和欧洲得到迅速发展,20世纪90年代初开始在英国、德国和法国广泛应用。锅炉增设各种型式热交换器,以利用烟气中水蒸气冷凝时放出的汽化潜热。这样,由于在供热系统中广泛使用冷凝式锅炉使燃料消耗量大大减少,节约了能源。大量的实验结果表明,当燃用天然气时,锅炉的保养工作量很少,热效率可提高10%~15%。
国外冷凝式供热锅炉脱硫除尘器的生产与应用已具有一定的规模。荷兰1995年共有230万台用于住宅;法国2000年在全部供热锅炉中冷凝式占一半以上;俄罗斯1993年已开始批量生产;而我国目前尚无冷凝式锅炉的生产厂家。因此,对冷凝式锅炉的研制与应用应给予足够的重视。
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