天然气锅炉是一种新型的燃气锅炉,采用全预混式天然气与空气预先充分混合再燃烧的一种方式,这种燃烧方式能够保证燃气的充分燃烧,而天然气锅炉通过吸收烟气中的显热和潜热,使得锅炉的热效率超过了100%。

  一、锅炉的热平衡

  热效率是锅炉的重要参数,热效率越高,锅炉也就越节能。对于中小型的燃气锅炉,一般不需要空气预热器,因此标准立方天然气带入锅炉的热量为固定值,在锅炉热损失中,燃气燃烧不充分及散热损失只占很小一部分,大部分是排烟热损失,占有95%的比重,因此通过降低排烟温度能够提高锅炉热效率。

  二、天然气燃烧产物

  天然气的主要成分是烷烃,燃烧产物中含有大量的水蒸气,水蒸气的汽化潜热占燃料燃烧释放热量的10%左右。普通的大气式锅炉没有冷凝回收措施,就会损失这10%热量,而对于高效冷凝模块天然气锅炉,烟气中的水蒸气以液态水的形式排放,降低排烟热损失,提高了锅炉的热效率。

  三、排烟温度

  要想吸收利用水蒸气的汽化潜热,必须使排烟温度低于烟气露点。烟气露点与过量空气系数有关,普通燃气锅炉,过量空气系数在1.6-2.0,烟气露点在50℃以下。在我国,基本以散热器供热,要求回水温度在50℃以上。此外,烟气中含有硫氧化物和氮氧化物,如果出现冷凝液能够腐蚀铸铁锅炉,为了防止锅炉腐蚀,一般排烟温度在110℃以上,也就无法利用烟气中水蒸气的潜热。

  天然气锅炉采用全预混燃烧技术,过量空系数在1.2左右,烟气露点在55℃。对于回水温度不超过55℃的工况,烟气中的水蒸气将会冷凝放热,其中的潜热能够被利用。同时烟气中的过量空气含量降低,带走的炉膛热量也会降低,进一步减少热损失。

  此外天然气锅炉的材质为硅铝镁合金,比普通燃气锅炉的材质传热系数高,因此在有限的空间内,硅铝镁合金锅炉传热更快。而且铝很活泼,能够与空气中的氧气形成致密的氧化铝保护膜,有效降低冷凝液的腐蚀。

  四、有害气体排放

  1 一氧化碳

  一氧化碳主要来源于天然气的不完全燃烧,即缺氧的情况下。理论上来说,大气式燃烧方式不会出现这样的情况,因为空气充足,但是实际上大气式燃烧生成的一氧化碳浓度在100ppm-150ppm之间,这和大气式燃烧方式有关。过程如下:燃气通过一定压力进入文丘里管,同时一定量的空气被吸入,在燃烧器表面燃烧,由于空气不足,二次空气会在燃烧器的周围进行补充燃烧,燃烧发生在火焰外表面,空气中氧分子在扩散的作用下与燃气反应,当氧分子扩散速度低于火焰燃烧速度时,就会出现缺氧燃烧的情况,从而生成大量的一氧化碳。天然气锅炉采用金属纤维燃烧器,空气与燃气预混后在燃烧器表面燃烧,过程空气系数在1.2左右,不存在缺氧燃烧情况,满负荷一氧化碳排放在35ppm以下,低负荷一氧化碳排放在5ppm以下。

  2 氮氧化物

  氮氧化物有一氧化氮和二氧化氮,空气中的氧气和氮气在高温情况下先生成一氧化氮,一氧化氮氧化后生成二氧化氮。如果降低燃烧温度,就能够有效抑制一氧化氮的生成,由于铝的导热性能远高于铸铁的导热性能,这就导致硅铝镁合金天然气锅炉能够更快将炉膛热量传递给水,高温滞留时间短,从而减少了氮氧化物的生成和排放量。全预混硅铝镁合金高效冷凝模块天然气锅炉氮氧化物浓度在15ppm以下,普通燃气锅炉氮氧化物浓度则在50ppm以上。

  综合以上分析,高效冷凝模块天然气锅炉在节能环保方面都优于普通燃气锅炉。作为传统的锅炉,已经不能满足很多高标准烟气排放地区的需求,将越来越多被高效冷凝模块天然气锅炉所取代。

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