冷凝鍋爐熱效率分析及應用探討

楊 俊

（常州市節能技術服務中心 江蘇常州 213015）

燃氣鍋爐與燃煤鍋爐相比最大的特點就是排放物大幅減少，幾乎沒有二氧化硫，氮氧化物和二氧化碳排放量分別減少45%和52%；另外，每燃燒1g天然氣可產生2.25g的水，煙氣中水蒸汽容積成分比例達到15%～19%，該數據是燃煤鍋爐的2～3倍。這些水在鍋爐內全部蒸發成水蒸汽隨煙氣排放并帶走大量汽化潛熱，這正是天然氣高低位發熱量相差3700kJ/Nm3的根本原因。回收這部分汽化潛熱是提高燃氣鍋爐熱效率的最重要途徑。

冷凝技術的核心就是減少了燃料燃燒的熱損失，高效的吸收了燃料產生的熱能，同時由于煙氣冷凝將煙氣中的有害物質收集到冷凝水中，減少了酸性物質及其它污染物向空氣中排放。

通過簡單的計算就可得知，鍋爐排煙溫度降低到煙氣露點（該溫度一般為60℃）以下后，回收了煙氣中水蒸汽的汽化潛熱，鍋爐效率將獲得11%～15%的提高，煙氣潛熱占煙氣總熱量的比例如圖1所示。如將排煙溫度進一步降低，鍋爐效率將接近甚至超過100%，如圖2所示。這一結果我們由鍋爐正平衡熱效率計算公式（公式1）獲得。

圖1

圖2

η=（鍋爐出力×飽和蒸汽焓-給水量×給水焓）/（燃料量×燃料低位發熱量）…公式1

該公式表明，鍋爐熱效率的定義為鍋爐輸出的有效熱量與輸入熱量的比值。但問題在于：冷凝鍋爐的冷凝余熱回收裝置所回收的熱量是否能全部進入鍋爐本體，使得鍋爐燃料使用量減少，從而提高鍋爐熱效率。

目前冷凝鍋爐的水系統設計：鍋爐冷凝器位置一般是省煤器的位置，而煙道中即使冷凝器設計尺寸再大性能再好，也不能將煙氣溫度下降到煙氣冷凝溫度（如果煙氣溫度降低至60℃，則給水溫度在冷凝器出口應小于45℃），所以在設計的時候是將冷凝器里的水再次進入軟水箱，通過軟水箱中大量的水來降低排煙溫度；而且軟水箱還必須足夠大，否則短時間內軟水溫度就將超過冷凝溫度（圖3）。另一種設計就是將回收了冷凝余熱的水另作它用（圖4）。這些被加熱送入軟水箱或者另作它用而未進入鍋爐的熱水，其折算的熱量是不能作為計算鍋爐熱效率有效量的。而被鍋爐以外的系統所利用計算所得的熱效率應當稱為鍋爐系統熱效率。

圖3

圖4

結合冷凝鍋爐的系統特點，我認為要獲得超高的鍋爐熱效率（≥100%）是有相應的局限條件的：首先天然氣作為燃料是必要條件（高低位發熱量差值達），每立方天然氣燃燒可產生1.55kg的水，這位回收冷凝余熱提供了條件；其次，應運用在有低溫回水的熱水鍋爐，如室內采暖、游泳池、加熱工藝用水、紡織廠和食品廠等。通過對鍋爐受熱面科學巧妙的布置以及冷凝器的運用，鍋爐熱效率才能達到甚至超過100%。對燃氣蒸汽鍋爐來講，相對技術困難，成本偏高且回收熱量有限。

[1]實用鍋爐手冊.化學工業出版社,2001．

[2]鍋爐及鍋爐設備.機械工業出版社,1991．

[3]鍋爐燃燒設備.西安交通大學出版社,1990．