冷凝式燃氣鍋爐應用現狀與發展趨勢研究

摘 要：對冷凝式燃氣鍋爐的國內外應用狀況進行了總結，從新進控制技術的融入、耐久性設計、可再生能源的整合等三個方面分析了我國鍋爐技術發展的趨勢。

關鍵詞：鍋爐；技術；發展趨勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.020

我國目前應用的鍋爐主要是常規鍋爐（燃煤鍋爐）和普通的燃氣設備，技術水平不夠，所以鍋爐的排煙溫度一般都很高，在200°C左右，沒有充分利用煙氣中的潛熱，因此鍋爐的平均熱效率，不是很高，一般都在80%左右，相比國際先進水平來說，低了將近10%，不僅大量的浪費了能源，同時也嚴重的污染了環境[1]。

由于冷凝式燃氣鍋爐具有較高的鍋爐熱效率、能夠大量的節約能源，同時排出的煙氣對環境污染低的原因，其在國外得到了大量的研發和應用，逐漸被國內的人們重視起來。冷凝式鍋爐燃燒的物質主要是天然氣等潔凈型燃料，里面的主要成分是碳水化合物，含有很少量的硫。燃燒后的產物主要是水和二氧化碳。煙氣中含有大量的水蒸氣，硫化物很少，因此可以把排煙溫度降低，充分利用水蒸氣的汽化潛熱加熱給水或預熱空氣，提高冷凝式鍋爐的熱效率[1]。

1 冷凝式燃氣鍋爐應用現狀

效能冷凝式鍋爐最早出現在90年代末的美國市場，其銷售量成指數成長。近二十年來，鍋爐市場已經緩慢地由標準、無冷凝系統轉變成較有效率的冷凝設備及裝置，獲得快速發展契機。經幾十年來運轉生命周期的量測，采購一項新設備時，是否更換冷凝或非冷凝的鍋爐是一項重要的選擇，現今大部份的專業工程師尋求最具能源效率的加熱設計。自從 2012 年，美國最小的氣體加熱水鍋爐效率要求是82%，而以油加熱水鍋爐效率要求是84%。為了達到 90%以上水平，決策者應該考慮安裝冷凝式鍋爐，這些單元可提供最大的熱效能，典型鋁質或不銹鋼冷凝模塊供應高于90%年度燃料操作效率。冷凝式鍋爐從水蒸汽冷凝成液態水所排放氣體而獲得額外的熱，因此恢復水蒸發的潛在熱，在獲得一些廢熱方面，在適當條件下運作，冷凝式鍋爐熱交換器比傳統鍋爐提升超過10%熱效能。一些鍋爐制造商目前增加第二個熱交換器或同流熱交換器，以改善傳統非冷熱交換器的效能。維持最優化鍋爐效率的關鍵重點在于二氧化碳排放最小化、節省燃料資源及降低設備操作成本等。

目前，冷凝式鍋爐在國內的推廣范圍并不是很大。我國目前有部分廠家生產冷凝式鍋爐，而且對煙氣冷凝采取不同了的方式，有的廠家嘗試采用了濕煙氣冷凝換熱技術，技術基本上都是在國外的基礎上改進的，沒有自己研制的品牌。冷凝式鍋爐的生產與應用在我國處于起步階段，與西方發達國家先進的技術及針對天然氣這種燃料采用的燃燒方式和設備相比有很大的一段差距[1]。

2 冷凝式燃氣鍋爐發展趨勢

（1）先進控制技術的融入。越來越多的鍋爐制造廠商致力于提供具有先進控制功能的鍋爐系統，冷凝式鍋爐相較于傳統無冷凝式鍋爐具有容易安裝、控制簡便的優點。除安裝容易的特性外，冷凝鍋爐也著重于鍋爐控制，包括遙控及診斷、鍋爐與鍋爐通信、最大到最小輸入的調整、交替延遲隔熱層及整合設備自動化系統等。無論在何地，設備管理人員均可以通過智能手機、計算機、平板電腦及其它設備加以控制，并允許一人操作以更改及最優化設置，查閱預警及調整天氣變化參數。

許多機構（如學校、醫院等）的建筑設置具有裕度及可靠性的多個鍋爐。由于成本或空間的限制等原因，其它設施已安裝或改裝了多模塊化鍋爐，在這種情況下，安裝智能控制鍋爐可以有效節省能量。現代的冷凝型鍋爐也有能力與樓宇自動化系統進行通信，樓宇自動化系統的好處在于改善用戶的舒適度、保證建筑暖通空調系統高效運行、降低能源消耗及運行成本。另一個進步是 0-10V直流輸出信號，方便系統與舊鍋爐整合。用 0-10V直流輸出信號，并非替換所有鍋爐，設備可以安裝一個冷凝鍋爐以提高效率，并作為主鍋爐運行單元。如果需要更多的熱量，則輸出信號開啟舊鍋爐及先前調節冷凝鍋爐。這種混合動力系統提高了系統的整體效率，并且降低了客戶初始投資[2]。

（2）重視耐久性設計。冷凝是相當新的技術，所以很難證明這些設備的耐久性，若保養得宜，這些設備是有可能可以持續 15 到 20 年。在冷凝鍋爐用鋁或不銹鋼熱交換器監測年度熱傳導流體的效率，根據結果，可以采取提高鍋爐效率行動，從而降低每年運行成本。

冷凝熱交換器是以非金屬冷凝的底層，它大大地降低了熱交換器腐蝕問題。雖然高度耐用的復合底層受酸性冷凝水的影響不大，而鋁或不銹鋼底部卻都受影響，非金屬底層熱交換器能保護抵抗來自長期持久使用導致侵略性冷凝的腐蝕。

（3）可再生加熱源的整合。鍋爐設計的未來是與可再生加熱源（如太陽能、地熱能、風能、生質能等）整合成一體的。以太陽能為例，西美預加熱水槽應用很普遍。太陽能熱水器通常無法提供自己足夠加熱的水，但它可以提高系統的能源效率以及與鍋爐一起串聯運行，當水溫低于某一水平時，鍋爐會啟動以提供補充熱量。在溫和氣候條件下，地熱能源日漸盛行[3]。此應用使用地源熱泵供熱和冷卻，地熱熱泵使用地面下的自然溫度的土壤來預熱水。地熱供暖方法可以減少所用的天然氣、電力或鍋爐采用節省能源的石油，當需要更多的熱量時，再啟動電力或常規熱水鍋爐，安裝鍋爐與可再生能源技術和環保供暖系統結合使用，以提高效率的組合正在上升。

3 結論

冷凝式鍋爐在設計和技術已經歷經很長的路，未來的冷凝式鍋爐具有先進控制、高效加熱和容易整合到現有的鍋爐系統等特性，為用戶降低能源成本。針對國內外冷凝式鍋爐的發展狀況，我們應該抓住這個機遇，研究出具有中國特色的中小型系列天然氣供熱鍋爐（具有高效的冷凝回收裝置），提高天然氣利用水平，提升國際競爭力。

參考文獻：

[1]柳鵬飛.高效節能型冷凝式鍋爐的研究與開發[D].大連理工大學，2012.

[2]周帥.燃氣鍋爐煙氣余熱冷凝回收研究與應用[D].山東大學，2012.

[3]莊斌舵，陳興華.節能的冷凝式供熱鍋爐能源研究與利用[J].暖通空調，2005.

作者簡介：吳恒峰（1977-），男，滿族，遼寧鳳城人，本科，學士，工程師，研究方向：特種設備檢驗。