關(guān)于天然氣熱利用率及其影響因素的分析

盧國(guó)春　杜貴富

摘 要：天然氣作為一種高價(jià)格的優(yōu)質(zhì)潔凈能源，通過探究影響天然氣利用率的因素，可以為提升天然氣能量利用率提供研究方向。文章從論述天然氣利用率入手，重點(diǎn)的論述了影響天然氣熱利用率的影響因素以及提升天然氣熱利用率的措施。

關(guān)鍵詞：天然氣 利用率 影響因素

天然氣作為優(yōu)質(zhì)的情節(jié)能源，尤其是隨著西氣東輸工程的建設(shè)，沿線也開始大規(guī)模的就建設(shè)天然氣利用工程。如今，天然氣已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于居民生活、工業(yè)用氣、商業(yè)用氣以及采暖、汽車加氣等，有些還被用于化工原料氣。天然氣燃燒后的煙氣中含有大量的水蒸氣，這部分的汽化潛熱占據(jù)了天然氣低熱值的10～11%。為此，如今已經(jīng)有人使用天然氣余熱加熱鍋爐或者是利用熱泵進(jìn)一步的回收天然氣煙的煙氣余熱，以達(dá)到提升天然氣熱利用率的目的。

一、天然氣熱利用率與排煙溫度的關(guān)系

本文將天然氣熱利用率定義為，將低熱值和煙氣冷凝水汽化潛熱之和減去排煙帶走的熱量后與低熱值之比。下圖即經(jīng)過計(jì)算得到的天然氣熱與排煙溫度的關(guān)系。從圖1可見，當(dāng)煙氣中的水蒸氣沒有發(fā)生冷凝時(shí)，熱利用率隨著排煙溫度降低而直線上升。而當(dāng)發(fā)生冷凝時(shí)，隨著排煙溫度的降低以曲線關(guān)系上升。并且在開始時(shí)的效率增加較快，而在20度以下時(shí)增加較為緩慢。

圖1 天然氣熱利用率與排煙溫度的關(guān)系

二 、天然氣熱利用率的影響因素

1.排煙溫度

排煙溫度作為影響天然氣利用率的主要因素，通過降低天然氣的排煙溫度可以有效的提升天然氣熱的利用率。尤其是當(dāng)排煙溫度降低到冷凝溫度以下時(shí)，由于充分的利用了天然氣煙氣的冷凝熱，從而使天然氣熱的利用率的到顯著的提升。從圖2可見，當(dāng)過?？諝庀禂?shù)在1～3范圍內(nèi)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的排煙溫度在32～56.5度，天然氣熱利用率達(dá)到100%，如果溫度低于這一范圍，那么天然氣熱的利用率就會(huì)高于100%。

圖2 煙氣中水蒸氣冷凝率與排煙溫度的關(guān)系

2.燃燒空氣含濕量

在一般條件下計(jì)算出的煙氣中水蒸氣冷凝率與排煙溫度的關(guān)系如下圖3，從圖3可見，冷凝速率隨著煙氣溫度的降低而升高，同時(shí)水蒸氣的冷凝率還與空氣的相對(duì)濕度、過程空氣系數(shù)有著密切的關(guān)系。煙氣的露點(diǎn)溫度隨著過剩空氣系數(shù)的增加而降低，從而致使在相同的煙氣溫度下冷凝率的降低。當(dāng)過?？諝庀禂?shù)在1～3范圍內(nèi)，相應(yīng)的露點(diǎn)溫度在39～59度。在相同的過?？諝庀禂?shù)下，煙氣的露點(diǎn)以及冷凝率都會(huì)隨著空氣的相對(duì)濕度增加。而當(dāng)過?？諝庀禂?shù)較大、空氣相對(duì)濕度較低時(shí)，由于此時(shí)煙氣中的水蒸氣含量高于空氣帶入的水蒸氣量，致使0度的冷凝率小于1。

圖3 空氣加濕對(duì)天然氣熱利用率的影響

當(dāng)使用天然氣熱冷凝工藝，含濕量越大、參加燃燒的空氣溫度越高，那么在相同的冷凝溫度下天然氣的熱利用率就會(huì)越高。如下圖所示為當(dāng)a=1時(shí)，空氣用天然氣煙氣余熱以及冷凝水加熱、加濕后，相應(yīng)的熱利用率與沒有經(jīng)過加濕處理的對(duì)比，從圖中可以明顯的看到，當(dāng)空氣加濕溫度為52度時(shí)，相應(yīng)的冷凝溫度由59度上升到71度，效率明顯的提升。

3.過?？諝庀禂?shù)

眾所周知過剩空氣 系數(shù)對(duì)于天然氣熱的利用率具有很大的影響，并且隨著過剩空氣系數(shù)增大利用率降低，尤其是當(dāng)排煙溫度的升高會(huì)進(jìn)一步的使得過?？諝庀禂?shù)的影響更加明顯。當(dāng)排煙溫度為100度、過剩空氣系數(shù)為1，此時(shí)的熱利用率為96%；而當(dāng)過剩空氣系數(shù)為3時(shí)，熱利用率降低為89%，可見過剩空氣系數(shù)帶來(lái)的巨大影響。此外過?？諝膺€對(duì)煙氣冷凝溫度有明顯的影響，一般過?？諝庀禂?shù)越大，相應(yīng)的煙氣冷凝溫度就越低，從而為煙氣冷凝熱的回收帶來(lái)了困難。為此要在天然氣的實(shí)際運(yùn)用中，盡量的降低過剩空氣系數(shù)，尤其是對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)等空氣過剩系數(shù)較大的設(shè)備還要盡量的降低排煙溫度，減少排煙帶來(lái)的損失。

三、提高天然氣的熱利用率的措施

根據(jù)上文中對(duì)于影響天然氣熱利用率因素的分析（過量空氣系數(shù)、排煙溫度以及燃燒空氣含濕量），現(xiàn)建議采取以下幾種措施提升天然氣熱利用率：

1.冷凝鍋爐

冷凝鍋爐可以充分的利用煙氣中水蒸氣的冷凝熱，將鍋爐的效率提升到100%。

2.熱泵回收

使用熱泵對(duì)煙氣熱量進(jìn)行回收可以使得天然氣的熱利用率達(dá)到100%，并且具有回收低溫?zé)煔獾娘@熱與潛熱的優(yōu)點(diǎn)。

3.余熱鍋爐回收

這種措施適用于高溫?zé)煔?，例如天然氣燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)中的余熱鍋爐。

4.煙氣預(yù)熱燃燒用空氣

這種方法對(duì)于溫度較高的煙氣效果尤為明顯，主要應(yīng)用于天然氣工業(yè)窯爐的燃燒中，為此對(duì)于低于100度的煙氣效果很差。

5.使用煙氣對(duì)燃燒空氣進(jìn)行加熱加濕，也可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升冷凝換熱工藝的熱利用率

6.降低過量空氣系數(shù)

四、結(jié)束語(yǔ)

綜述上文所述，天然氣煙氣的排煙溫度以及冷凝水量將直接的影響天然氣熱的利用率，通過對(duì)于天然氣燃燒煙氣中水蒸氣冷凝量的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)分析得到，如果將天然氣燃燒后的煙氣溫度從200度降低至30度，那么對(duì)于不同的過量空氣系數(shù)，天然氣的熱利用率就會(huì)從77～92%提升到103～108%，極大的改善節(jié)能效果。

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