燃气锅炉排烟温度降低对烟气扩散的影响分析.doc

燃气锅炉排烟温度降低对烟气扩散的影响分析锅炉烟气中蕴含着大量的显热和潜热，充分利用烟气中的热量可以减少能源消耗，从而实现污染物减排。天然气锅炉烟气含湿量较高，水蒸气冷凝过程会放出大量的气化潜热，同时产生大量的水，且天然气杂质较少，凝结水相对清洁，因此天然气的烟气余热回收成为研究的热点。在供热系统中，燃气锅炉烟气余热回收可以采取不同的技术路线。最常见的是在常规燃气锅炉尾部增设冷凝式换热器，这方面的研究包括传热理论与实验研究[1-4]、强化传热与防腐研究[5-7]、冷凝换热装置的设备开发及示范工程的应用等[8-9]。燃气锅炉烟气的露点在55℃左右(过剩空气系数在1.15时)，只有被加热介质温度低于55℃才能回收烟气中的冷凝热，在30℃甚至以下才能取得更好的热回收效果。在我国的集中供热领域，热网回水温度一般在50℃以上，因此不能充分回收烟气冷凝热。这种直接在燃气锅炉尾部增设冷凝式换热器的方法往往只能回收烟气的部分潜热，不能实现冷凝热的深度回收。近年来随着吸收式换热技术[10-11]的日趋成熟，利用吸收式换热技术可以实现烟气余热的深度利用，系统利用吸收式热泵产生一种低温冷介质，使得烟气的排烟温度更低，余热回收更彻底，水蒸气被大量冷凝下来，节能和环保效果均更为显著，这种技术路线逐步得到了业内人士的认可并备受关注。文献[12]介绍了这种技术，并就该系统及余热回收装置进行了传热理论与实验研究、冷凝换热装置的设计和设备开发，并陆续在几个锅炉房中成功应用。随着新技术的应用，水蒸气被冷凝的量越来越大，烟气中的碳氧化物、氮氧化物等污染物会溶于冷凝液中，从而减少了直接排放到大气环境中的各种污染物的量，其减排总量多大?该技术使系统的排烟温度越来越低，可以做到低于30℃排放，排烟温度的降低对污染物扩散的影响如何?本文针对烟气余热深度利用技术的环境排放问题进行研究，研究结论将对该技术的推广应用提供重要的参考。2 基于吸收式换热的烟气余热利用系统将吸收式换热的理念应用到燃气锅炉的烟气余热回收中，其流程见图1。在燃气锅炉房增设吸收式热泵与烟气冷凝换热器，吸收式热泵以天然气为驱动能源，产生冷介质，该冷介质与烟气在烟气冷凝换热器中换热，换热过程可以采用直接接触式换热器或者间接换热器，使系统排烟温度降至露点以下，烟气中的水蒸气凝结放热，达到回收烟气余热及水分的目的。热网回水首先进入吸收式热泵中被加热，然后进入燃气锅炉加热至设计温度后供出，完成热网水的加热过程。燃气锅炉的排烟进入烟囱底部，被置于烟气冷凝换热器顶部的引风机抽出，与吸收式热泵的排烟混合后进入烟气冷凝换热器中，系统排烟温度降低到30℃以下后送入烟囱中排放至大气。在烟囱抽出烟气与送回烟气口之间增设隔板。我们的实验系统采用直接接触式烟气冷凝换热器。利用该技术可使系统供热效率(系统供热量与输入系统中的燃气的低位热量之比)提高l0％以上。目前该项技术已经在北京总后锅炉房余热回收工程、北京竹木厂锅炉房余热回收工程中应用，取得了较好的节能效果。这种技术的增量投资(包括吸收式热泵、烟气冷凝换热器及配套水泵、阀门等设备的投资)一般在3a以内可以回收。3 烟气冷凝对排烟组分的净化机理烟气冷凝对排烟组分的净化是复杂的传热传质过程。烟气冷凝是烟气中水蒸气在换热壁面上冷凝成液膜或细小的水滴，继而汇聚成大水滴或细小液流。在这过程中，烟气中的不同组分将会溶入冷凝水溶液中，或者与冷凝水溶液发生反应，烟气中的有害物质得以去除，使得排烟中有害气体含量降低。烟气冷凝过程中NOx。的净化：氮的氧化物有NO，NO2，N2O，N2O5等，统称NOx。构成大气污染和光化学烟雾的物质主要是NO、NO2，其他忽略不计。锅炉烟气中氮的氧化物主要是NO，而NO2含量较少。NO稍溶于水，溶解量忽略不计。NO2易溶于水，形成亚硝酸和硝酸水溶液。NO2溶于水的反应式为：2NO2+H2O9HNO3+HNO2。4 直接接触式烟气冷凝换热净化效果测试烟气冷凝可减少排烟中的有害物质，但其净化效果受到多种因素的影响。这些因素有冷凝液量、燃料种类、热交换介质的温度等。有研究发现[13]：烟气冷凝对NOx的净化效果与烟气中SO2的存在与否有关。在烟气中无SO2存在时，烟气冷凝对NOx的净化效果较好，一般对NOx的吸收率能达到10％～20％；烟气中有SO2存在时，烟气冷凝对NOx的净化效果明显降低，一般对NOx的吸收率在10％以下。由于SO2的亲水性强于NOx，烟气中有SO2存在时，SO2与水的作用抑制了NOx与水的作用，使得烟气冷凝对NOx的净化效果降低。针对本文所示系统，系统比传统燃气锅炉的排烟温度更低，冷凝液量更大，其净化效果需要进行实验研究。实验系统中采用直接接触式烟气冷凝换热器，这种方式的优势在于：极大地增加了烟气一水两相流体的接触面积，瞬间