冷凝式節(jié)能器在燃氣鍋爐余熱回收中的應(yīng)用

王璐

（北京新科睿德節(jié)能環(huán)保科技有限公司，北京 100079）

冷凝式節(jié)能器在燃氣鍋爐余熱回收中的應(yīng)用

王璐

（北京新科睿德節(jié)能環(huán)保科技有限公司，北京 100079）

目前我國使用比較廣泛的一種燃氣鍋爐節(jié)能技術(shù)就是冷凝技術(shù)，其可以使燃氣鍋爐的效率實現(xiàn)顯著的提高，該技術(shù)主要是借助冷凝式節(jié)能器來凝結(jié)燃氣鍋爐排煙中的水蒸氣，這樣不僅可以有效的提高燃氣鍋爐的效率，而且可以有效的減少燃氣鍋爐給環(huán)境造成的污染。事實證明，將冷凝式節(jié)能器應(yīng)用于燃氣鍋爐之中，可以提高燃氣鍋爐 15%的熱效率。因此，對冷凝式節(jié)能器在燃氣鍋爐余熱回收中的應(yīng)用具有極其重要的現(xiàn)實意義。

冷凝式節(jié)能器；燃氣鍋爐；應(yīng)用

煤氣與天然氣燃燒所形成的煙氣中伴有大量的水蒸氣，其汽化潛熱值高達燃氣高位熱值的 10%左右。由此可見，倘若可以把燃氣鍋爐的排煙溫度降到露點溫度之下，回收利用凝結(jié)水的汽化潛熱，則必定可以極大地提升燃氣鍋爐的熱效率，使燃氣鍋爐的運作成本實現(xiàn)有效的減少，而且還可以對環(huán)境起到有效的保護作用，而冷凝式節(jié)能器卻可以使這一想法得到有效的實現(xiàn)，本文對冷凝式節(jié)能器在燃氣鍋爐余熱回收中的應(yīng)用進行了分析。

1 冷凝式節(jié)能器的基本原理

現(xiàn)階段，燃氣鍋爐回收煙氣冷凝熱系統(tǒng)是通過安裝在鍋爐冷凝式節(jié)能器，再利用較低溫度的供熱回水來冷卻煙氣，以此來獲得水蒸氣的潛熱及煙氣的部分顯熱。

回收顯熱的多少主要體現(xiàn)在燃氣鍋爐的排煙溫降大小，而回收潛熱的多少則主要體現(xiàn)在煙氣凝結(jié)水量的多少以及煙氣中水蒸氣的含量多少。所以，針對成分一致的飽和狀態(tài)煙氣，如果其煙氣溫降一致，而溫降范圍不一致，其所回收到的熱量也有可能存在著差別；如果其煙氣溫降不同，所釋放出的熱量也是有差別的。

水和煙氣之間的流動形式有很多種，通常情況下，采取逆流形式可以提高傳熱溫差，降低換熱面積，減少設(shè)備成本投入。而且，采取從上到下的逆流形式，有助于排放煙氣冷凝液，使冷凝液膜熱阻與冷凝液膜厚度實現(xiàn)有效的降低，使換熱效果實現(xiàn)有效的提升。

2 冷凝式節(jié)能器的特征

冷凝式節(jié)能器具備如下幾個特征。

（1）將冷凝式節(jié)能器設(shè)置于燃氣鍋爐中的操作非常簡便，無需改變?nèi)細忮仩t系統(tǒng)的主、輔機設(shè)備、水循環(huán)和汽循環(huán)系統(tǒng)，其也不會牽涉到壓力容器等方面的運作和使用規(guī)定。

（2）冷凝式節(jié)能器是設(shè)置于鍋爐尾部的排煙位置，其主要是用于吸收鍋爐排煙處的部分潛熱與顯熱，具有較好的節(jié)能效果。

（3）天然氣燃燒之后會形成 SOX和 NOX等有害氣體，在安裝冷凝式節(jié)能器之后，那么有害氣體在換熱器的尾部煙道內(nèi)會與冷凝結(jié)露的水結(jié)合形成酸性物質(zhì)，與凝結(jié)水一同從排放管排出，這樣便可以有效的減少排煙中的有害氣體成分，從而達到保護環(huán)境的目的。

（4）冷凝式節(jié)能器是一種低阻設(shè)備，系統(tǒng)煙氣阻力會隨著煙氣流動速度的上升而增加。

（5）冷凝式節(jié)能器采取的是強化翅片換熱管結(jié)構(gòu)，水是經(jīng)翅片管內(nèi)部流出，而煙氣則是從翅片管外部流出。

3 冷凝式節(jié)能器的經(jīng)濟性分析

冷凝式節(jié)能器回收到的水蒸氣凝結(jié)熱的多少與供熱系統(tǒng)的水溫高低、燃料的種類密切相關(guān)。針對燃煤鍋爐而言，煙氣中并沒有太多的水蒸氣，縱使完全凝結(jié)下所有的水蒸氣，所回收到的熱量也無法顯著的提升鍋爐的熱效率，然而，燃氣鍋爐卻完全不同于燃煤鍋爐。由于氣體燃料的高低位發(fā)熱量存在著較大的差距，通過回收煙氣中水蒸氣凝結(jié)所釋放的熱量，可以顯著的提升鍋爐的熱效率。倘若鍋爐在燃燒天然氣時未使用冷凝式節(jié)能器，而且沒有過量的空氣情況下，其熱效率按高位發(fā)熱量計算是 η=80%；如果將冷凝式節(jié)能器應(yīng)用于燃氣鍋爐之中，其可以使排煙溫度下降至 30℃。此時，η便會上升到 97.6%。水蒸氣的冷凝溫度是由燃燒時的過量空氣系數(shù)、煙氣中 CO2的含量以及燃料的化學(xué)成分等因素共同決定的。燃燒 106cm3天然氣生成水蒸氣所需釋放的熱量大概為高位發(fā)熱量的 10%左右。天然氣是氫含量最高的一種化石燃料，所以，天然氣燃燒后的排煙中伴有大量的水蒸氣，利用冷凝式節(jié)能器可以有效的提升燃氣鍋爐的熱效率。

4 冷凝式節(jié)能器在燃氣鍋爐余熱回收中的應(yīng)用

以我國某卷煙廠的一臺 10t/h燃氣蒸汽鍋爐為例，通過系統(tǒng)優(yōu)化與設(shè)計，對將冷凝式節(jié)能器設(shè)置于鍋爐尾部排煙處的節(jié)能效益進行探討。

4.1 系統(tǒng)概述

該項目鍋爐蒸汽系統(tǒng)采取的是除氧水（104℃）給水形式。該鍋爐額定工況下排煙平均溫度是 150℃。在深度回收利用煙氣余熱的過程中，利用冷凝式節(jié)能器來對煙氣余熱進行回收，同時利用回收后的熱量來對水箱補給水進行加熱，使水箱內(nèi)水溫從 20℃上升到 70℃，可以使除氧器消耗蒸汽實現(xiàn)有效的減少。冷凝式節(jié)能器選取的是H型鰭片管換熱器，鰭片管順列排放，這樣可以有效的降低系統(tǒng)煙氣阻力。煙道與節(jié)能器均是由不銹鋼材料制作而成，在通過冷凝式節(jié)能器之后，煙氣的溫度便會從 150℃下降到 60℃。在將冷凝式節(jié)能器設(shè)置于燃氣鍋爐尾部的排煙處后，會在一定程度上增加煙氣的阻力，在額定負荷運作的情況下，系統(tǒng)煙氣阻力大概會上升 50Pa，系統(tǒng)煙氣阻力增加值未超出風(fēng)機裕量范圍，無需對原先煙氣系統(tǒng)的煙氣設(shè)備進行更換。

4.2 冷凝式節(jié)能器應(yīng)用于燃氣鍋爐余熱回收中的經(jīng)濟效益分析

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在未設(shè)置冷凝式節(jié)能器之前，該燃氣蒸汽鍋爐的額定蒸發(fā)量為 10t/h，排煙溫度為150℃，額定燃氣損耗量為 820m3/h，熱效率為 85%。在安裝冷凝式節(jié)能器之后，該燃氣鍋爐的排煙溫度僅僅只有 60℃，可節(jié)省 6.5%的鍋爐燃料。該燃氣鍋爐每年需運作 6000小時，平均每年可節(jié)省 319800m3燃氣量，當(dāng)年的燃料價格為 3.5元 /m3，相當(dāng)于每年可節(jié)省1120000元。由此可見，將冷凝式節(jié)能器應(yīng)用于燃氣鍋爐余熱回收中可以獲得較好的經(jīng)濟效益。

4.3 項目建議

通過分析以上項目，不難發(fā)現(xiàn)，針對年運作時間較長的燃氣鍋爐來說，通過將冷凝式節(jié)能器設(shè)置于鍋爐尾部排煙處來深度回收煙氣余熱，再將回收到的煙氣余熱用來對鍋爐補給水進行加熱，可以使煙氣溫度下降到露點以下，可以有效的節(jié)省燃氣量和成本投入，具有較好的經(jīng)濟效益。可是，與此同時，筆者也發(fā)現(xiàn)了一些問題，為此，筆者提出如下幾點建議：第一，在設(shè)置冷凝式節(jié)能器的過程中，應(yīng)當(dāng)先對原有風(fēng)機的出力裕量進行詳細的調(diào)查。風(fēng)機裕量大小會對余熱的回收利用程度以及冷凝式節(jié)能器的換熱面積造成極大的影響，所以，在設(shè)置冷凝式節(jié)能器之前，應(yīng)當(dāng)保證設(shè)置節(jié)能器之后，系統(tǒng)煙氣阻力增加值不會超出風(fēng)機裕量范圍。第二，煙氣溫度是無法實現(xiàn)無限制地下降的，當(dāng)煙氣溫度小于煙氣露點時，就會產(chǎn)生酸性腐蝕，從而對設(shè)備的使用壽命造成影響。所以，在設(shè)置煙氣冷凝式節(jié)能器的過程中，應(yīng)當(dāng)對換熱面溫度低于煙氣露點時可能出現(xiàn)的腐蝕問題加以充分考慮，并采取有效的解決對策。一般情況下，都是通過將防腐涂料涂抹于設(shè)備表面，或者選取由耐腐蝕材料制作成的換熱管等辦法來解決這一問題。第三，冷凝式節(jié)能器的整體功能并非單純地增設(shè)一個二級冷凝熱交換器便能實現(xiàn)的，其是一個集可變出力調(diào)控、冷凝換熱、燃燒比例調(diào)控、抗腐蝕材料以及供熱模式轉(zhuǎn)變等若干個新型工程概念于一體的應(yīng)用技術(shù)。其工作原理主要是通過擴大受熱面積、加快煙氣流速、逆流換熱等辦法來使冷凝式節(jié)能器的換熱系數(shù)實現(xiàn)提升，從而達到增強凝結(jié)換熱的目的。第四，燃煤工業(yè)鍋爐已經(jīng)逐漸被燃氣鍋爐所取代，天然氣屬于一種清潔能源，其已經(jīng)被大規(guī)模應(yīng)用于我國的多個領(lǐng)域。天然氣燃燒后會產(chǎn)生大量的水蒸氣，其燃燒煙氣中會伴有大量的汽化潛熱，所以，非常有必要利用冷凝式節(jié)能器來深度回收其汽化潛熱，這樣一來，除了可以有效的減少鍋爐的運作成本之外，同時，排煙中的水蒸氣可以在一定程度上吸收酸性氧化物，通過凝結(jié)水蒸氣也可以達到減少酸性氧化物排放、保護環(huán)境的目的。

5 結(jié)語

總而言之，冷凝式節(jié)能器屬于一種比較有效的節(jié)能裝置，將冷凝式節(jié)能器應(yīng)用于燃氣鍋爐余熱的回收之中，不僅可以有效的提升燃氣鍋爐的熱效率、減少燃料和運行成本投入，而且可以對環(huán)境起到有效的保護作用。因此，冷凝式節(jié)能器在燃氣鍋爐余熱回收中應(yīng)用是一個值得我們不斷探索與研究的課題。

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