節(jié)能環(huán)保全預(yù)混冷凝鍋爐設(shè)計

蔣湘東，李修春

（臨沂科技職業(yè)學(xué)院，276001，山東臨沂）

現(xiàn)有燃?xì)忮仩t工作過程中，燃?xì)忮仩t的排煙溫度一般在110～200 ℃，燃?xì)馊紵a(chǎn)生的水，在煙氣中汽化成水蒸氣，隨煙氣排放到大氣中，造成能源浪費。圍繞全預(yù)混燃燒與冷凝換熱開展技術(shù)研發(fā)，回收利用燃?xì)忮仩t高溫?zé)煔庵械娘@熱和水蒸氣凝結(jié)所釋放的潛熱，設(shè)計開發(fā)節(jié)能環(huán)保全預(yù)混冷凝鍋爐，對節(jié)約能源、提高燃?xì)忮仩t熱效率、減少環(huán)境污染具有重要意義。

1 主要結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，節(jié)能環(huán)保全預(yù)混冷凝鍋爐主要由進(jìn)水口1、冷凝室2、翅片換熱管3、左分水室4、出水口5、全預(yù)混燃燒器6、燃燒室7、鍋爐外殼8、燃燒室煙氣出口9、煙氣排出口10、右分水室11 組成。

圖1 節(jié)能環(huán)保全預(yù)混冷凝鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖

2 工作原理

鍋爐用水通過進(jìn)水口經(jīng)冷凝室管道進(jìn)入右分水室和翅片換熱管進(jìn)入左分水室，在燃燒換熱室經(jīng)過四個回程使水溫升高后流出鍋爐出水口。

天然氣通過閥組進(jìn)入預(yù)混腔與經(jīng)過過濾器過濾的空氣在預(yù)混腔完成半預(yù)混，再利用風(fēng)機(jī)把預(yù)混的氣體全預(yù)混后吹入燃燒器，用點火探針點燃后在燃燒器表面形成微焰燃燒，煙氣自上而下在燃燒室內(nèi)與翅片換熱管內(nèi)的鍋爐用水進(jìn)行充分的熱交換后，經(jīng)燃燒室煙氣出口進(jìn)入冷凝室與冷凝管換熱后經(jīng)煙道排出。

3 關(guān)鍵部件設(shè)計

3.1 研發(fā)全預(yù)混冷凝鍋爐

現(xiàn)有燃?xì)忮仩t工作過程中，天然氣燃燒會產(chǎn)生水，在非冷凝工況下，該部分水吸收熱量后以水蒸氣狀態(tài)被排掉，這就造成熱能的巨大浪費。全預(yù)混冷凝鍋爐燃?xì)馔ㄟ^閥組進(jìn)入預(yù)混腔與經(jīng)過過濾器過濾的空氣在預(yù)混腔完成半預(yù)混，再利用風(fēng)機(jī)把預(yù)混的氣體全預(yù)混后吹入燃燒器，用點火探針點燃后在燃燒器表面形成微焰燃燒，煙氣自上而下在燃燒室內(nèi)與翅片換熱管內(nèi)的鍋爐用水進(jìn)行充分的熱交換后，經(jīng)燃燒室煙氣出口進(jìn)入冷凝室與冷凝管換熱后經(jīng)煙道排出，出煙溫度低于60 ℃。鍋爐熱效率大大提高，高達(dá)109.1%。

3.2 研發(fā)燃?xì)忮仩t冷凝裝置

現(xiàn)有燃?xì)忮仩t在工作過程中，產(chǎn)生的水蒸氣、煙氣直接排到大氣中，造成熱能的浪費。在全預(yù)混鍋爐上，設(shè)計由燃燒器、點火探針、燃燒室、翅片換熱管、排煙口組成的冷凝裝置，通過冷凝裝置釋放汽化潛熱，同時降低排煙溫度，回收煙氣顯熱。這兩部分累計增加熱能約15%～19%，大大提高了鍋爐熱效率，熱效率可達(dá)109.1%。

3.3 集成智能控制系統(tǒng)

現(xiàn)有鍋爐控制系統(tǒng)普遍存在滯后、非線性、頻繁啟停的問題。設(shè)計開發(fā)了冷凝鍋爐集成智能無級變頻閉環(huán)控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)比例閥的開度，調(diào)整進(jìn)入燃燒室的燃?xì)夂涂諝獾膲毫土髁?，使燃燒過程處于最佳狀態(tài)，做到恒溫?zé)彷敵觯瑢崿F(xiàn)鍋爐自適應(yīng)從怠速至100%無級變頻調(diào)節(jié)輸出負(fù)荷，從而提高熱效率，延長鍋爐使用壽命?？蛇h(yuǎn)程無線自動控制，實現(xiàn)供熱與供水模式自動切換。

3.4 集成全預(yù)混變頻冷凝過濾控制系統(tǒng)

該控制系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷需求自動控制進(jìn)入燃燒室的燃?xì)夂涂諝獾膲毫土髁?，形成精確的燃?xì)?空氣混合比，燃燒均勻充分，氮氧化物排放低于30 mg/m3，排煙溫度接近回水溫度，最低可至30 ℃，避免局部熱島效應(yīng)的產(chǎn)生。

3.5 研發(fā)雙螺旋擾流裝置

在煙管內(nèi)，煙氣在雙擾流條處發(fā)生分離，隨后又重新聚合，沖擊煙管壁面，增大了受熱面，提高了煙管的傳熱能力，增強(qiáng)了煙氣紊流，煙氣不斷沖擊煙管壁面，清理管道附著物，實現(xiàn)自清潔功能。

4 性能指標(biāo)

外形尺寸（長×寬×高）：1 000 mm×950 mm×1 500 mm

熱效率（按低位發(fā)熱值）：107.5%

氮氧化物（NOx）排放：＜30 mg/m3

一氧化碳（CO）排放：＜50 mg/m3

排煙溫度: 30～60 ℃

最高出水溫度：90 ℃

5 全預(yù)混冷凝燃?xì)忮仩t先進(jìn)性

5.1 微焰燃燒技術(shù)

采用金屬纖維的燃燒棒作為燃燒面，燃燒強(qiáng)度可達(dá)到2 500 kW/m2，火焰短、發(fā)熱均勻、效率高、燃燒更加充分。與傳統(tǒng)的燃燒方式相比，微焰燃燒技術(shù)可以讓燃?xì)夂涂諝飧映浞值鼗旌先紵?，提高燃燒效率?；鹧鏈囟鹊?，排放的廢氣更少，氮氧化合物排放低于30 mg/m3，對環(huán)境的影響也更小。

5.2 傳熱效率明顯提升

換熱管采用不銹鋼翅片管，翅片管的傳熱面積大幅增加，傳熱效率明顯提升。

5.3 全逆流換熱方式

鍋爐在冷凝區(qū)利用煙氣的余溫對鍋爐用水先進(jìn)行預(yù)熱，然后在換熱區(qū)經(jīng)過四個回程使水溫達(dá)到預(yù)設(shè)溫度，換熱效率比普通鍋爐提高1/4 左右。

6 結(jié)語

節(jié)能環(huán)保全預(yù)混冷凝鍋爐采用全預(yù)混燃燒與冷凝余熱回收技術(shù)，回收利用燃?xì)忮仩t高溫?zé)煔庵械娘@熱和水蒸氣凝結(jié)所釋放的潛熱，提高鍋爐熱效率。同時在能量回收過程中，還能夠降低有害氣體的排放，減少對環(huán)境的污染，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、生態(tài)效益顯著。