高效節能板式換熱器在燃氣鍋爐煙氣余熱回收中的應用

李少巖 劉少平

摘 要：天然氣在鍋爐燃燒腔內燃燒過程中，燃燒不斷放出熱量，燃燒產生的高溫煙氣通過熱的傳播，將熱量傳遞給鍋爐受熱面，而本身溫度逐漸降低，最后由煙囪排出。據統計通過煙囪排出的煙氣熱量占燃料燃燒釋放全部熱量的10%以上，因此鍋爐排煙是一個潛力很大余熱資源，充分回收利用好余熱資源，對企業節能減排工作有著非常重要的意義。本文著重論述企業在燃氣鍋爐煙氣余熱回收利用上，通過在煙筒上安裝高效節能的不銹鋼板式換熱器，利用煙氣余熱提升鍋爐供水溫度間接減少天然氣使用量的經驗介紹。

關鍵詞：煙氣余熱；板式換熱器；鍋爐供水溫度；天然氣；節能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.047

1 技術方案

1.1 系統效益

（1）節能：煙氣中有大量的水蒸汽（燃料中的H燃燒產生）水蒸汽冷凝會釋放大量的凝結潛熱，安裝冷凝換熱器后，排煙溫度可降到100度以下，吸收了煙氣中的顯熱和水蒸汽凝結后發出的潛熱。鍋爐的熱效率提高至95%以上。

（2）環保：煙氣中的水蒸汽冷凝結露過程中，吸收了煙氣中的NOX、SOX等有害氣體，排放物中的有害氣體大大低于國家排放標準；同時對燃料的節約，降低了用戶的年CO2排放。

1.2 技術特點

（1）本項目使用了不對稱氣液換熱板換，釬焊模塊結構，進行選型計算和組裝制造。

（2）板片專門對氣側大流量進行了優化設計，壓降低于300Pa。

（3）高效換熱器模塊為316L不銹鋼，并有防腐涂層，殼體及輔件采用304不銹鋼，可以有效抗煙氣及冷凝液腐蝕，運行可靠。

（4）高效換熱器水側在出廠前進行壓力測試，無泄漏產生。

（5）換熱循環水管系統：從鍋爐供給水箱下部設一根￠63兩臺節能器共用給水管，上部設同樣口徑回水管，供回水管分別并聯連接兩臺煙筒上的節能器，連接支管采用￠40口徑。循環泵按流量6噸/時、揚程16米、功率0.75千瓦時、電壓380伏的凱泉牌管道泵選取，泵前進水管上安裝過濾器，管道材質為304衛生級不銹鋼管。全程管道保溫，材質為硅酸鹽、外安裝不銹鋼裝飾管。

1.3 工藝流程圖

1.4 高效換熱模塊（外購）

2 節能原理說明

（1）天然氣成分主要為烴，排煙中水蒸汽含量較高。每1NM3天然氣，燃燒后產生1.55kg 水蒸氣，具有可觀的汽化潛熱，大約為3700kJ，約占1NM3的天然氣低位燃燒熱值的10%。因此本項目回收的是高溫煙氣的顯熱和煙氣中水蒸氣的汽化潛熱兩部分。

（2）露點計算：一般純天然氣的成分為 CH4（98%），C3H3（0.3%），C4H4（0.3%），C5以上（0.4%），N2（1%）。露點與成分及過量空氣系數都有關聯，選取過量空氣系數1.1，在大氣壓下燃燒，水蒸汽體積百分含量為17.4%，相應的露點溫度為57 攝氏度。因此，全冷凝的溫區一般在55-60攝氏度。

（3）本項目采用了不銹鋼氣體-液體換熱，由于氣體流道特殊強化構造，氣側流速較低的情況下即可形成紊流流動。由于整個裝置是全逆流狀況，較低的接觸面溫度在煙氣平均溫度在100-120攝氏度之間已經產生部分冷凝。本項目按98攝氏度平均出口溫度計算，最高壁溫120度，最低壁溫35度，部分冷凝。

（4）采用部分冷凝的方案是兼顧技術和經濟性，技術上有能力將整體煙氣降至露點區55-60度，但由于換熱溫差（水側出口端部溫差）的限制，整體換熱面積增加太多，設備價格過高，影響用戶的初投資和節能回收期。理論計算的全冷凝量由于氣體是持續流動的，壓降很小的情況下通道流速為8.45m/s，實際冷凝量也大大低于理論冷凝量。因此冷凝區在80 攝氏度以上是比較經濟的，并且回收了部分水的汽化潛熱。

3 換熱器選配與節能回收效益

注釋：（1）考慮鍋爐負荷的波動，年節約費用按年均總耗量×節能率8%估算，按企業年消耗天然氣100萬立方米計算，全年節省燃氣費8萬立方米×3.57元/立方米=28.56萬元。（2）兩臺汽液板式換熱器22萬元+安裝費5.8萬元=27.8萬元，板換換熱器安裝使用一年即可收回全部投資。

4 結論

長春祈健生物制品有限公司利用不銹鋼板式換熱器效率高、耐腐蝕的特性，把燃氣鍋爐的高溫煙氣余熱回收利用，回收熱能用于鍋爐給水，提升鍋爐供水溫度，間接的減少了鍋爐天然氣的用量。從煙筒安裝不銹鋼板式換熱器以來，兩臺六噸燃氣鍋爐平均每年下降天然氣使用量13萬立方米，減少燃料費46萬元，實際使用的換熱器節能效率超過15%，為企業降低生產成本、提高利潤、減少能耗與污染物排放，起到了非常大促進作用。

參考文獻：

[1]國家標準.綜合能耗計算通則（GB/T2589-2008）[S].