绿色技术No.|260 天然气锅炉源头节能减排技术

楼市科学 2024-09-23 21:56 湖南

导语：

2023年，我国天然气消费重回快速增长，消费规模再创新高，全年天然气消费量3945亿立方米，国内天然气60%用于工业、发电及化工。以北京市为例，2023-2024供暖季，北京市集中供热面积约10.47亿平方米，其中居民供热面积约6.79亿平方米。全市3610座居民供热锅炉房，全年北京市天然气用量198亿立方，其中采暖用天然气超过130亿立方，集中供热用天然气超过100亿立方。预计50%天然气用量的规模以上燃气锅炉（4吨）可采用该技术，按照保守10%节能率概算，每个采暖季可节约天然气为5亿立方，节省天然气费用13.8亿元，减少碳排放108万吨、氮氧化物862吨、一氧化碳1162吨、二氧化硫307吨、粉尘颗粒157吨。该技术节能优势明显，平台特发布技术面向全国推广，相关内容如下：

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技术背景

一般来说，凡热力设备的热效率都不可能超过1，即100%。但天然气燃气炉是个例外。做得好，热效率可以达到或接近达到108%。

（1）天然气燃烧产生的热量有一半以上来自氢元素，氢的热值极高，且生成物是水，水在炉膛内呈水蒸气状态。

（2）燃料的发热量有高位和低位之分。高位发热量指包含燃烧产物中水蒸气的汽化潜热在内的全部热量；而低位发热量是指扣除这部分之后的总热量。

（3）如下图所示，燃气炉热效率以燃气的低位热功率为基准。这就为天然气燃气炉达到高于100%的热效率创造了极佳的条件，只要能做到最大限度地回收烟气中水蒸气的热量。参见图1，由于天然气的高位热值与低位热值相差大约3.66 MJ/m3，或者5.2 MJ/kg。高位与低位热值如此大的差距正是由氢气含量高，燃烧后产生大量水蒸气引起的。相比而言，煤的成分中氢气和水分都少得多，所以煤的高位和低位热值相差就远没有天然气那么大。这也正是燃煤锅炉的热效率不可能高于1的基本原因。

（4）目前工程上大量使用的天热气燃气炉一般在炉后配备有节能器，以回收一部分烟气的显热和水蒸气的潜热。结构上多采用翅片管式换热器。它能够回收多少烟气余热，很大程度上取决于烟气中的水蒸气能在翅片管表面上的冷凝状况。而这要受到管内回水的温度、水蒸气的露点等多个因素的制约。尤其，这时的水蒸气是含有大量不凝气体（氮气、二氧化碳等）的冷凝，其冷凝换热系数远远低于纯蒸汽冷凝很多倍，且数值很难准确预计。所以，仅依靠表面式换热器，一般只能把烟气温度降到60C～70C。再进一步降低，理论上不是不可能，但一来大流量低温冷却水的来源有困难，二来节能器的换热面积将不得不做得非常大，很不经济。

（5）本技术通过采用直接接触式烟气塔非常好地解决了这个难点。节能器后的烟气进入烟气塔的下部，与塔顶喷淋下来的低温水直接接触换热，对干烟气进行降温，同时吸收水蒸气的相变潜热并使之凝结成水。我们的项目实践已充分证明，只要塔器的传热设计和运行参数正确，完全可以把塔顶的排烟温度降到32C～33C。这就消除了表面式冷凝器的弱点，使排出烟气所携带水蒸气的质量肯定不会超过相应温度所对应的饱和含汽率。32C烟气的饱和含汽率约为2.77%。根据理论计算和现场测试结果，这时燃气炉的热效率均已经达到107%以上。

技术简介

针对现有的低氮燃气锅炉系统存在低氮与节能互相矛盾这种状况，企业组织各领域专家，历时三年成功研发了应用于燃气锅炉系统一种集环保与节能于一体余热回收系统，实现既环保又节能。通过在4吨蒸汽锅炉，6吨热水锅炉，7吨热水锅炉及10吨热水锅炉上的应用，实现了氮氧化物小于15mg/m3，锅炉热效率提高10%以上，排入大气的烟温小于35度，燃烧器助燃风温度45度以上。该技术巧妙的将深度余热回收和低氮燃烧相结合，目前在国内外处于领先水平。

技术特点：

1、更安全：无FGR; 无表面燃烧，回归自然燃烧本质，安全性能大幅度提高。

2、更环保：适用于各种炉膛（含中心回燃炉膛）氮氧化物的排放可低于15mg/m3，大幅度降低了排放。

3、更节能：针对排烟温度60度，节能率超过10%。

4、三位一体：安全、节能、环保同时实现。

5、三节：节水、节电、节气同时实现。

成功案例

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