燃气锅炉热效率分析

网址：www.chinazhongchuang.cn      更新时间：2017-01-10 14:32    浏览次数：：170次

　　本文中创锅炉网小编首先介绍燃气锅炉的发展趋势，然后对燃气锅炉的热效率进行分析。燃气锅炉热效率比燃煤锅炉高的多，但是这并不表明燃气锅炉的效率就不可以继续提高。接着分析了影响燃气锅炉热效率的主要因素，并讨论了冷凝式锅炉实现烟气余热利用，提高锅炉热效率的特点，同时，也简单论述了其他减少热损失的措施。

　　关键词：燃气锅炉;热损失;热效率;冷凝式锅炉

　　1 燃气锅炉发展的趋势

　　我国一次能源消费以煤炭、石油为主，天然气等清洁能源所占比重较小，具体数据见表1。在世界能源由煤炭为主向油气为主的结构转变过程中，中国仍是世界上几个能源以煤为主的国家之一。

　　表1 我国的能源消费结构

　　煤在开采和使用过程中，尤其在燃烧过程中的环保问题十分突出。主要是燃烧排放的烟气中，存在烟尘、硫氧化合物、氮氧化合物以及二氧化碳等有害物质，对大气造成污染。据有关报道，我国的大气环境以煤烟型污染为主，其中烟尘和酸雨的危害最大，使污染程度加重。城市空气质量监测数据表明，煤在燃烧过程中排放的烟尘，大大增加了空气中的总悬浮物。煤中的有害元素硫在燃烧排烟中以SO2形式存在，是酸雨的主要成分。酸雨对植物、水体及建筑物等都造成了非常大的危害。并且煤炭燃烧效率低，资源浪费严重，所以很有必要开发使用一些清洁能源(如石油、天然气、风能等)。

　　随着我国经济突飞猛进的发展，对天然气和石油的消费需求将日益增长，大大促进了中小型燃气锅炉的发展。工业和民用锅炉使用油质燃料和天然气，不仅可以解决锅炉燃煤和环境之间的突出矛盾，而且在经济上也是可行的，有着十分广阔的市场前景。

　　可以说发展燃气锅炉是环境保护和可持续发展的需要。现在在我国许多大城市，燃煤锅炉已经被禁止使用，而燃气锅炉被越来越多的运用到生产生活中。

　　2 影响燃气锅炉热效率的因素

　　燃气锅炉生产热水或蒸汽的热量主要来源于燃料燃烧生成的热量。但是进入燃气锅炉的燃料由于种种原因不可能完全燃烧放热，而燃烧放出的热量也不会全部有效的利用于生产蒸汽与热水，其中有一部分热量会被损失掉。为了确定锅炉的热效率，就需要建立锅炉热量的收、支平衡关系。燃气锅炉在工作过程中释放的热量主要包括.锅炉的有效利用热量、排烟损失热量、燃料不完全燃烧损失热量、锅炉散热损失热量。在热损失中排烟热损失所占的比重比较大，以SZS10-1.25-Q型燃气锅炉为例：额定蒸发量为1Ot/h，排烟温度为200℃，天然气消耗量为340m3/h。锅炉实际运行热效率在80%～85%，排烟温度为160℃～180℃，排烟损失为13.1%～15.8%，显然，排烟热损失是影响热效率的主要因素，也是很容易通过改造锅炉的换热设备而将其减小的;而其他各种热损失主要由锅炉本身特点所决定的，在不改变锅炉本体时各项数值是很难改变的，可以放在一起考虑。因此，对燃气锅炉的热平衡可以粗略的用下式表示：

　　Qr=Q1+Q2+Q3

　　式中Q——锅炉的输入热量，KJ/m3

　　Q1——锅炉有效输出热量，即锅炉的有效利用热量，KJ/m3

　　Q2——排烟损失热量，即排出烟气所带走的热量，KJ/m3

　　Q3——其他方面损失的热量，KJ/m3

　　2.1 排烟热量损失对燃气锅炉效率的影响

　　排烟热损失是指经过锅炉全部受热面后排入大气的烟气所带走的热量。排烟热损失包括高温烟气的显热和烟气中水蒸气的汽化潜热，影响其大小的主要因素是排烟温度及排烟量两项。排烟温度比环境温度高很多，一般天然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300V，烟气中含有大量的能源;排烟量的大小与送分量和漏风等因素有关。在排烟量一定时，排烟温度与锅炉热效率的关系见图1[1];当排烟温度一定时，排烟量越大，排烟损失就越大。当锅炉在相同负荷，相同参数条件下产生相同的蒸汽时，排烟温度及排烟量增加，就意味着产生相同质量的蒸汽所需要的燃料增加，从而造成锅炉效率的下降。

　　燃料中的杂质会影响燃气锅炉排烟损失热量。当燃料中含有水分时，水分蒸发转变为水蒸气使排烟量增大，同时带走大量的汽化潜热，从而加大了排烟损失热量;同时，燃气中常常还含有少量的惰性气体，惰性气体不参加反应，但是会影响反应过程的进行，降低反应的温度;惰性气体的排出也会加大排烟损失热量。

　　燃烧方式的不同也会影响排烟损失热量。扩散式燃烧和大气式燃烧过程中，实际一次空气系数都比理论一次空气系数大，从而增大了排气量和排烟热损失;如果一次空气系数过低又会造成不完全燃烧，增加了气体不完全燃烧热损失。

　　2.2 其他方面热量损失对燃气锅炉效率的影响

　　其他方面的热量损失包括气体不完全燃烧热损失、锅炉本体散热损失等，与排烟热损失相比要小很多。

　　扩散式燃烧和大气式燃烧过程中，由于一次空气系数过低，在局部区域经常会发生燃料的不完全燃烧，这样既浪费了资源，降低了反应强度，而不完全燃烧产生的CO等气体又会对环境产生污染。在完全预混燃烧过程中，火燃传播速度很高，能在很低的过量空气系数(1.05～1.10)下达到完全燃烧[2]，几乎不会出现燃料的不完全燃烧。

　　在锅炉运行时，锅炉炉墙、金属构架及锅炉范围的汽水管道、集箱和烟风道等的表面温度都比周围空气温度高，就不可避免的将部分热量散失于大气中。其大小主要取决于锅炉散热表面积的大小、表面温度和周围空气温度等因素，同时还与水冷壁和锅炉墙的结构，保温层的性能和厚度有关。可以说，这种损失是不可避免的。

　　3 提高燃气锅炉效率的措施

　　冷凝式锅炉是将烟气中的水蒸气冷凝成水，回收其汽化潜热用于锅炉，使热效率达到或超过100%的锅炉。加设冷凝式换热器可以实现对传统锅炉的升级，使其变为冷凝式锅炉。可以说，将传统锅炉改造为冷凝式锅炉是实现锅炉热效率大幅提高，实现资源高效利用的最佳途径。所以，在此我们重点介绍冷凝式锅炉的节能状况。

　　在锅炉排烟热损失中，水蒸气所携带的热损失占排烟热损失的55%～75%[3]，如果将排烟温度降到烟气冷凝温度以下，通过回收利用水蒸气潜热，可以很有效地降低排烟热损失，提高锅炉热效率。冷凝式锅炉排烟温度可降至40℃～50℃以下，可以冷凝烟气中部分水蒸气，回收水蒸气的汽化潜热，同时回收一定的水，还可以除去烟气中的有害物质。热效率随着水蒸气的冷凝量的增加而增大。从图2可以看出，烟气温度和烟气中液气比的关系，随着排烟温度的降低，液气比在增加(即冷凝水的增多)。

　　冷凝式锅炉回收的热能包括高温烟气的显热和水蒸气的汽化潜热。回收的显热随着烟气温度的降低变化不是很大;而回收的水蒸气的汽化潜热则随着温度降低有很大的变化，当排烟温度较高时，回收的潜热很少，随着排烟温度的降低，回收的潜热迅速增大，随后又趋于稳定，从冷凝的角度来讲，烟气冷凝的难度随烟气温度的降低而越来越大[4]，如图3所示。

　　冷凝式锅炉具有节能、节水、环保等优点，这种锅炉在国外应用已相当广泛，在欧美等国，由于政府鼓励使用冷凝式锅炉，需求量不断增加，冷凝锅炉的使用率方面瑞士60%，荷兰50%，德国20%，奥地利20%，英国15%，同时许多国家还采取了严格的强制性措施来推广使用冷凝式锅炉。我国冷凝式锅炉的使用还很少，甚至市面上都很少有冷凝式锅炉的销售。我国应该加大冷凝式锅炉的研发投入，进一步增大冷凝式锅炉的推广应用力度，以实现节能减排的目的。

　　其他的降低锅炉热损失，提高热效率的方法也有很多。

　　省煤器：通过给水和烟气进行热交换后，提高了给水温度，降低了烟气温度，提高了锅炉效率。还可以利用烟气加热参与燃烧的气体等，燃料与烟气能在很小的传热温差下换热，从而使燃气锅炉高效节能(达10%以上)成为可能。但是由于省煤器无法将排烟温度降低到更低的水平，无法大量回收水蒸气的汽化潜热。

　　有的燃气锅炉采取了烟气再循环系统，将部分尾部烟气送入炉膛重新参加燃烧，既利用了部分余热，这部分余热加热了参与反应的燃料和空气，加快了反应的进行，同时，还减少了污染物的排放。可以说，烟气再循环具有节能和环保双重功效。

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