摘 要：天然气作为一种高价格的优质洁净能源，通过探究影响天然气利用率的因素，可以为提升天然气能量利用率提供研究方向。文章从论述天然气利用率入手，重点的论述了影响天然气热利用率的影响因素以及提升天然气热利用率的措施。
关键词：天然气 利用率 影响因素
天然气作为优质的情节能源，尤其是随着西气东输工程的建设，沿线也开始大规模的就建设天然气利用工程。如今，天然气已经广泛的应用于居民生活、工业用气、商业用气以及采暖、汽车加气等，有些还被用于化工原料气。天然气燃烧后的烟气中含有大量的水蒸气，这部分的汽化潜热占据了天然气低热值的10～11%。为此，如今已经有人使用天然气余热加热锅炉或者是利用热泵进一步的回收天然气烟的烟气余热，以达到提升天然气热利用率的目的。
一、天然气热利用率与排烟温度的关系
本文将天然气热利用率定义为，将低热值和烟气冷凝水汽化潜热之和减去排烟带走的热量后与低热值之比。下图即经过计算得到的天然气热与排烟温度的关系。从图1可见，当烟气中的水蒸气没有发生冷凝时，热利用率随着排烟温度降低而直线上升。而当发生冷凝时，随着排烟温度的降低以曲线关系上升。并且在开始时的效率增加较快，而在20度以下时增加较为缓慢。
图1 天然气热利用率与排烟温度的关系
二 、天然气热利用率的影响因素
1.排烟温度
排烟温度作为影响天然气利用率的主要因素，通过降低天然气的排烟温度可以有效的提升天然气热的利用率。尤其是当排烟温度降低到冷凝温度以下时，由于充分的利用了天然气烟气的冷凝热，从而使天然气热的利用率的到显著的提升。从图2可见，当过剩空气系数在1～3范围内时，所对应的排烟温度在32～56.5度，天然气热利用率达到100%，如果温度低于这一范围，那么天然气热的利用率就会高于100%。
图2 烟气中水蒸气冷凝率与排烟温度的关系
2.燃烧空气含湿量
在一般条件下计算出的烟气中水蒸气冷凝率与排烟温度的关系如下图3，从图3可见，冷凝速率随着烟气温度的降低而升高，同时水蒸气的冷凝率还与空气的相对湿度、过程空气系数有着密切的关系。烟气的露点温度随着过剩空气系数的增加而降低，从而致使在相同的烟气温度下冷凝率的降低。当过剩空气系数在1～3范围内，相应的露点温度在39～59度。在相同的过剩空气系数下，烟气的露点以及冷凝率都会随着空气的相对湿度增加。而当过剩空气系数较大、空气相对湿度较低时，由于此时烟气中的水蒸气含量高于空气带入的水蒸气量，致使0度的冷凝率小于1。
图3 空气加湿对天然气热利用率的影响
当使用天然气热冷凝工艺，含湿量越大、参加燃烧的空气温度越高，那么在相同的冷凝温度下天然气的热利用率就会越高。如下图所示为当a=1时，空气用天然气烟气余热以及冷凝水加热、加湿后，相应的热利用率与没有经过加湿处理的对比，从图中可以明显的看到，当空气加湿温度为52度时，相应的冷凝温度由59度上升到71度，效率明显的提升。
3.过剩空气系数
众所周知过剩空气 系数对于天然气热的利用率具有很大的影响，并且随着过剩空气系数增大利用率降低，尤其是当排烟温度的升高会进一步的使得过剩空气系数的影响更加明显。当排烟温度为100度、过剩空气系数为1，此时的热利用率为96%；而当过剩空气系数为3时，热利用率降低为89%，可见过剩空气系数带来的巨大影响。此外过剩空气还对烟气冷凝温度有明显的影响，一般过剩空气系数越大，相应的烟气冷凝温度就越低，从而为烟气冷凝热的回收带来了困难。为此要在天然气的实际运用中，尽量的降低过剩空气系数，尤其是对于燃气轮机等空气过剩系数较大的设备还要尽量的降低排烟温度，减少排烟带来的损失。
三、提高天然气的热利用率的措施
根据上文中对于影响天然气热利用率因素的分析（过量空气系数、排烟温度以及燃烧空气含湿量），现建议采取以下几种措施提升天然气热利用率：
1.冷凝锅炉
冷凝锅炉可以充分的利用烟气中水蒸气的冷凝热，将锅炉的效率提升到100%。
2.热泵回收
使用热泵对烟气热量进行回收可以使得天然气的热利用率达到100%，并且具有回收低温烟气的显热与潜热的优点。
3.余热锅炉回收
这种措施适用于高温烟气，例如天然气燃气轮机热电冷三联供系统中的余热锅炉。
4.烟气预热燃烧用空气
这种方法对于温度较高的烟气效果尤为明显，主要应用于天然气工业窑炉的燃烧中，为此对于低于100度的烟气效果很差。
5.使用烟气对燃烧空气进行加热加湿，也可以实现进一步提升冷凝换热工艺的热利用率
6.降低过量空气系数
四、结束语
综述上文所述，天然气烟气的排烟温度以及冷凝水量将直接的影响天然气热的利用率，通过对于天然气燃烧烟气中水蒸气冷凝量的计算与实验分析得到，如果将天然气燃烧后的烟气温度从200度降低至30度，那么对于不同的过量空气系数，天然气的热利用率就会从77～92%提升到103～108%，极大的改善节能效果。
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