冷凝式換熱器就是增設(shè)在天然氣鍋爐尾部的余熱回收裝置，當(dāng)煙氣在通道內(nèi)通過傳熱面，燃?xì)忮仩t廠家溫度降至露點(diǎn)溫度以下，從而使排煙中的水蒸氣凝結(jié)釋放潛熱傳遞給回收工質(zhì)，可以將排煙中大量的能量加以回收利用，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。隨著制造工業(yè)的不斷發(fā)展，各種新型高效的冷凝換熱裝置層出不窮，不論從結(jié)構(gòu)還是實(shí)際余熱回收效果來看都有了非常大的改進(jìn)。

1 煙氣的特性分析

天然氣成分絕大部分為烴，燃?xì)忮仩t排煙中水蒸氣的含量較高，分析表明，排煙中可利用的熱能中，水蒸氣的汽化潛熱所占的份額相當(dāng)大。每1m3天然氣燃燒后可以產(chǎn)生1. 55 kg水蒸氣，具有可觀的汽化潛熱，大約為3 700 kJ/Nm3，占天然氣的低位發(fā)熱量的10%以上。傳統(tǒng)鍋爐中，排煙溫度一般在160～250℃，煙氣中的水蒸氣仍處于過熱狀態(tài)，不可能凝結(jié)成液態(tài)的水而放出汽化潛熱。因此傳統(tǒng)的天然氣鍋爐理論熱效率一般只能達(dá)到95%左右，利用冷凝式換熱器只要把煙氣溫度降到煙氣露點(diǎn)溫度以下，就可回收煙氣中的顯熱和水蒸氣的凝結(jié)潛熱，按低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)計(jì)算，天然氣鍋爐熱效率可達(dá)到和超過110%。本文以純天然氣為例對(duì)煙氣的露點(diǎn)溫度以及鍋爐理論熱效率進(jìn)行計(jì)算分析。

1.1露點(diǎn)計(jì)算

在水蒸氣分壓力不變的情況下，使空氣冷卻至飽和濕蒸汽狀態(tài)時(shí)，將有水滴析出，此時(shí)的溫度即為露點(diǎn)溫度。天然氣燃燒特性分析(以1 m3天然氣計(jì)算)煙氣中水蒸氣的體積分?jǐn)?shù)達(dá)17˙4%，若燃燒在大氣壓力下進(jìn)行，當(dāng)空氣過量系數(shù)α為1.1時(shí)(本文中的計(jì)算均以此作為計(jì)算依據(jù))，其相應(yīng)的煙氣露點(diǎn)溫度是57℃。露點(diǎn)溫度隨過量空氣系數(shù)的變化曲線見圖1。

通過觀察可知，煙氣露點(diǎn)溫度隨過量空氣系數(shù)的變化而變化。因?yàn)楦鶕?jù)道爾頓分壓定律，露點(diǎn)溫度的高低與煙道中水蒸氣的分壓量(即水蒸氣的含量)成正比，隨著過量空氣系數(shù)的增加，煙道中水蒸氣的相對(duì)體積減小，水蒸氣的容積份額會(huì)有所下降，其露點(diǎn)溫度也隨之降低。實(shí)際上，雖然各地方天然氣中成分含量有所不同，但由于其主要成分均為甲烷且占絕大部分，其他成分影響很小，經(jīng)計(jì)算的露點(diǎn)溫度誤差不超過0.3%(符合實(shí)際要求的范圍)，并且由于實(shí)際燃燒的影響因素較多，也使得計(jì)算不可能達(dá)到很精確，通常是在理論值附近的一個(gè)范圍內(nèi)波動(dòng)，在實(shí)際應(yīng)用中還需根據(jù)不同情況進(jìn)行修正分析。