摘要：為了降低燃氣鍋爐的排煙溫度、提升燃氣鍋爐的熱效率，可采用間接接觸式換熱器或直接混合式換熱器實現(xiàn)煙氣余熱深度回收。分別介紹了這兩種技術(shù)的特點，并以河南某電廠為例，詳細計算了設(shè)置直接混合式換熱器前后的煙氣參數(shù)，計算結(jié)果表明，該技術(shù)對煙氣余熱回收有顯著成效，但冷凝液的高腐蝕性是推廣中的一大難題。引言：隨著我國優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推進節(jié)能減排政策，燃氣鍋爐正在取代燃煤鍋爐在城市生活、生產(chǎn)供熱中的得到廣泛應(yīng)用，提高天然氣利用水平也逐漸成為能源環(huán)境工程領(lǐng)域的一個重要課題。天然氣燃燒后的煙氣中含有體積分數(shù)達15％～20％的水蒸汽，排煙溫度一般在150℃以上，燃氣輪機配套的余熱鍋爐的排煙溫度一般也可達到80℃，大量水蒸汽的汽化潛熱得不到利用，隨煙氣排出，損失巨大。眾所周知，燃氣鍋爐的熱效率提升途徑主要體現(xiàn)在降低排煙熱損失q2、化學不完全燃燒損失q3，和散熱損失q5。常規(guī)排煙溫度的燃氣鍋爐，其排煙熱損失q2一般為5％一8％，化學不完全燃燒損失q3，一般為0.5％，散熱損失q5一般為1％～3％。由于燃氣沒有固體顆粒的機械不完全燃燒現(xiàn)象，則排煙熱損失占整個效率損失的比例約70％～80％。國外早在20世紀70年代就已經(jīng)研制出并運行排煙溫度為40—50℃左右的冷凝式燃氣鍋爐。所謂“冷凝式燃氣鍋爐”就是采用冷凝式煙氣換熱器將燃氣鍋爐排煙中的水蒸汽冷凝回收，以達到提高鍋爐效率、降低污染排放的燃氣鍋爐。由于燃氣鍋爐所用燃料中絕大部分為烴，其排煙中水蒸汽含量較高(遠遠大于煤燃料)，回收排煙中大量的煙氣顯熱和水蒸汽潛熱，可提高鍋爐效率10％～15％，數(shù)量相當可觀。為回收煙氣中的余熱，可采用間接接觸式換熱技術(shù)和直接混合式冷凝技術(shù)。

1、間接接觸式換熱技術(shù)

1.1熱管式間接換熱技術(shù)熱管式換熱器的工作原理為：采用由“管殼、吸液芯和端蓋”組成的典型熱管換熱器，使熱管內(nèi)的吸液一端蒸發(fā)，另一端冷凝，往復(fù)循環(huán)實現(xiàn)煙氣熱量的吸收與傳遞。其技術(shù)特點為：①結(jié)構(gòu)簡單，換熱效率相對其他間接換熱節(jié)能技術(shù)高；②在傳遞相同換熱量條件下，換熱器的金屬消耗量小于其他形式的間接換熱器；③換熱流體通過換熱器時的阻力損失比其他間接式換熱器的小，動力消耗??；④換熱元件相互獨立，對冷熱流體間的隔離和換熱影響小；⑤可方便調(diào)整冷熱側(cè)換熱面積比，有效避免腐蝕性氣體的露點腐蝕。

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熱管式節(jié)能器的實質(zhì)是一種熱管大型化的復(fù)合相變換熱器，它可以良好的控制換熱器尾部壁面溫度，從而使全部換熱面溫度接近而高于酸露點，從而在避免產(chǎn)生酸腐蝕的情況下，最大程度的回收煙氣余熱。復(fù)合相變熱管式節(jié)能器回收的目標仍然是煙氣的顯熱。

1.2列管式間接換熱技術(shù)列管式換熱器的工作原理為：采用由“管、殼”組成的典型列管換熱器，使換熱管內(nèi)液體吸收管外的煙氣熱量，實現(xiàn)煙氣熱量的吸收與傳遞。其技術(shù)特點為：①結(jié)構(gòu)簡單，換熱效率較高；②換熱流體通過換熱器時的阻力損失比其他間接式換熱器大，動力消耗大；③換熱元件相互獨立，對冷熱流體間的隔離和換熱影響小；④可方便調(diào)整冷熱側(cè)換熱面積比，有效避免有腐蝕性氣體的露點腐蝕J。目前，列管式換熱器在低溫煙氣汽化潛熱提取上缺少成熟產(chǎn)品。1.3板式間接換熱技術(shù)板式換熱器的工作原理為：采用由“一系列具有一定波紋形狀的不銹鋼板片”組裝而成的“煙側(cè)、水側(cè)”非對稱型板式換熱器，使換熱器內(nèi)水側(cè)液體吸收煙氣側(cè)的煙氣熱量，實現(xiàn)煙氣熱量的吸收與傳遞。其技術(shù)特點為：①換熱損失小，換熱效率較高；②結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，占地面積??；③在傳遞相同壓力損失條件下，其換熱系數(shù)比列管式高3～5倍，熱回收率可達90％以上。板式換熱器適用于較潔凈介質(zhì)的傳熱換熱，其缺點是不能大型化。另外，這幾種間接換熱技術(shù)還有以下共同的特點：①無運動部件，維修保養(yǎng)簡單，使用壽命長；②合適的煙氣參數(shù)可節(jié)省能源5％～15％，投資回收期相對較長；③應(yīng)用常規(guī)的間接接觸式冷凝換熱器對煙氣進行余熱回收，很難將煙氣降低到露點溫度以下，水蒸汽的凝結(jié)量較小，對煙氣中的潛熱回收有限，所需換熱器體積龐大。2、煙氣直接混合式冷凝技術(shù)直混式冷凝技術(shù)采用吸收式換熱技術(shù)，即冷卻水經(jīng)專業(yè)設(shè)計布置的多個帶壓噴嘴覆蓋塔截面，噴淋水經(jīng)過熱傳導，在接觸面讓煙氣實現(xiàn)大部分冷凝，不凝氣體和少量無法冷凝煙氣水蒸汽在低溫下排放。噴淋水在下降過程中持續(xù)與較高溫度煙氣換熱，起到再熱循環(huán)水和預(yù)冷煙氣的作用。該技術(shù)可將煙氣溫度降低至比冷卻水溫度低5～10℃，被加熱的噴淋水可作為低位熱源，進入熱泵經(jīng)提升溫度后作為供暖熱水。圖1為煙氣直接混合式冷凝塔的示意圖。

如圖1，煙氣由底部煙氣進口進入設(shè)備，自下而上經(jīng)填料床與頂部噴淋下來的冷卻水進行混合冷卻，逆流換熱，冷卻后的煙氣經(jīng)頂部氣水分離裝置分離后由冷卻塔頂部排出，冷卻塔筒本身即是煙囪；循環(huán)冷卻水由塔頂部進入裝置，經(jīng)由噴淋裝置自上而下通過填料床與煙氣混合，提取出煙氣中的余熱，被加熱后的循環(huán)水由塔底部排出，經(jīng)循環(huán)泵升壓送至下一級。同時，直混式換熱過程還伴隨著煙氣中NOx、硫化物等污染物溶解入循環(huán)水中，等同于煙氣被循環(huán)水所洗滌處理，從而僅有少量不溶不凝氣體從直混式冷凝節(jié)能器中被排出，有效減少最終排出煙氣中的有害物質(zhì)。而不斷的煙氣冷凝，使得一次側(cè)的循環(huán)水逐漸增多，可通過加藥裝置調(diào)節(jié)凝結(jié)水的PH值，保證一次側(cè)的相對清潔性和低酸性，保證系統(tǒng)的長期壽命。該技術(shù)有以下特點：①可根據(jù)客戶熱源條件量身定制；②節(jié)能效率高，可節(jié)省能源15％～30％，遠比其他任何間接換熱節(jié)能技術(shù)效率高；③低排放低污染，能使氮氧化物的排放量減少70％以上；④能實現(xiàn)無人值守；⑤安裝周期短，使用壽命長；⑥維修保養(yǎng)費用低；⑦可多臺(鍋爐)煙氣系統(tǒng)共用一套節(jié)能系統(tǒng)；⑧投資回報快，成本可在3～5年內(nèi)回收。以河南某熱電廠為例，該廠的余熱鍋爐煙氣參數(shù)如表1所列。

該熱電廠冬季工況的排煙溫度為88.53℃，經(jīng)估算，經(jīng)過直混式冷凝塔后，可將2535.1t／h的煙氣降至34℃左右，每小時可回收煙氣熱量76MW，其中顯熱44MW，潛熱32MW，其數(shù)量是相當可觀的。被回收的熱量可將4668t／h的循環(huán)水由29℃加熱至43℃，該部分的熱水可作為熱泵的低位熱源。詳細的換熱參數(shù)見表2。

該電廠若使用了直接混合式冷凝技術(shù)，每小時可回收煙氣余熱76MW，按當?shù)?/span>57GJ的熱價，每年預(yù)期增加收益3000萬元(按80天供暖期)，可節(jié)約標準煤1.77萬噸，預(yù)期投資回收期為5年。

結(jié)語：常規(guī)的間接接觸式換熱技術(shù)雖然比較成熟，但對煙氣中潛熱的回收能力有限，隨著對環(huán)保要求的不斷提高，更有效的余熱回收方式勢在必行，而合理選擇適宜的煙氣余熱回收裝置，對于燃氣鍋爐的效率提高有著重要意義。直接混合式換熱技術(shù)對回收煙氣潛熱有著顯著成效，但是，當排煙溫度低于煙氣露點時，會形成具有高腐蝕性的酸眭冷凝液，對設(shè)備的使用壽命造成影響J，這也是該技術(shù)實際應(yīng)用時的一大難題，但綜合來說，直混式冷凝技術(shù)還是值得推廣的。

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