冷凝式節能器在燃氣鍋爐余熱回收中的應用

王璐

（北京新科睿德節能環保科技有限公司，北京 100079）

冷凝式節能器在燃氣鍋爐余熱回收中的應用

王璐

（北京新科睿德節能環保科技有限公司，北京 100079）

目前我國使用比較廣泛的一種燃氣鍋爐節能技術就是冷凝技術，其可以使燃氣鍋爐的效率實現顯著的提高，該技術主要是借助冷凝式節能器來凝結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境造成的污染。事實證明，將冷凝式節能器應用于燃氣鍋爐之中，可以提高燃氣鍋爐 15%的熱效率。因此，對冷凝式節能器在燃氣鍋爐余熱回收中的應用具有極其重要的現實意義。

冷凝式節能器；燃氣鍋爐；應用

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有效的減少，而且還可以對環境起到有效的保護作用，而冷凝式節能器卻可以使這一想法得到有效的實現，本文對冷凝式節能器在燃氣鍋爐余熱回收中的應用進行了分析。

1 冷凝式節能器的基本原理

現階段，燃氣鍋爐回收煙氣冷凝熱系統是通過安裝在鍋爐冷凝式節能器，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在煙氣凝結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有效的降低，使換熱效果實現有效的提升。

2 冷凝式節能器的特征

冷凝式節能器具備如下幾個特征。

（1）將冷凝式節能器設置于燃氣鍋爐中的操作非常簡便，無需改變燃氣鍋爐系統的主、輔機設備、水循環和汽循環系統，其也不會牽涉到壓力容器等方面的運作和使用規定。

（2）冷凝式節能器是設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，在安裝冷凝式節能器之后，那么有害氣體在換熱器的尾部煙道內會與冷凝結露的水結合形成酸性物質，與凝結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，從而達到保護環境的目的。

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

（5）冷凝式節能器采取的是強化翅片換熱管結構，水是經翅片管內部流出，而煙氣則是從翅片管外部流出。

3 冷凝式節能器的經濟性分析

冷凝式節能器回收到的水蒸氣凝結熱的多少與供熱系統的水溫高低、燃料的種類密切相關。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熱量存在著較大的差距，通過回收煙氣中水蒸氣凝結所釋放的熱量，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能器，而且沒有過量的空氣情況下，其熱效率按高位發熱量計算是 η=80%；如果將冷凝式節能器應用于燃氣鍋爐之中，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、煙氣中 CO2的含量以及燃料的化學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，利用冷凝式節能器可以有效的提升燃氣鍋爐的熱效率。

4 冷凝式節能器在燃氣鍋爐余熱回收中的應用

以我國某卷煙廠的一臺 10t/h燃氣蒸汽鍋爐為例，通過系統優化與設計，對將冷凝式節能器設置于鍋爐尾部排煙處的節能效益進行探討。

4.1 系統概述

該項目鍋爐蒸汽系統采取的是除氧水（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，使水箱內水溫從 20℃上升到 70℃，可以使除氧器消耗蒸汽實現有效的減少。冷凝式節能器選取的是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煙氣阻力。煙道與節能器均是由不銹鋼材料制作而成，在通過冷凝式節能器之后，煙氣的溫度便會從 150℃下降到 60℃。在將冷凝式節能器設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，系統煙氣阻力大概會上升 50Pa，系統煙氣阻力增加值未超出風機裕量范圍，無需對原先煙氣系統的煙氣設備進行更換。

4.2 冷凝式節能器應用于燃氣鍋爐余熱回收中的經濟效益分析

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

4.3 項目建議

通過分析以上項目，不難發現，針對年運作時間較長的燃氣鍋爐來說，通過將冷凝式節能器設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，可以有效的節省燃氣量和成本投入，具有較好的經濟效益。可是，與此同時，筆者也發現了一些問題，為此，筆者提出如下幾點建議：第一，在設置冷凝式節能器的過程中，應當先對原有風機的出力裕量進行詳細的調查。風機裕量大小會對余熱的回收利用程度以及冷凝式節能器的換熱面積造成極大的影響，所以，在設置冷凝式節能器之前，應當保證設置節能器之后，系統煙氣阻力增加值不會超出風機裕量范圍。第二，煙氣溫度是無法實現無限制地下降的，當煙氣溫度小于煙氣露點時，就會產生酸性腐蝕，從而對設備的使用壽命造成影響。所以，在設置煙氣冷凝式節能器的過程中，應當對換熱面溫度低于煙氣露點時可能出現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，冷凝式節能器的整體功能并非單純地增設一個二級冷凝熱交換器便能實現的，其是一個集可變出力調控、冷凝換熱、燃燒比例調控、抗腐蝕材料以及供熱模式轉變等若干個新型工程概念于一體的應用技術。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能器的換熱系數實現提升，從而達到增強凝結換熱的目的。第四，燃煤工業鍋爐已經逐漸被燃氣鍋爐所取代，天然氣屬于一種清潔能源，其已經被大規模應用于我國的多個領域。天然氣燃燒后會產生大量的水蒸氣，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，通過凝結水蒸氣也可以達到減少酸性氧化物排放、保護環境的目的。

5 結語

總而言之，冷凝式節能器屬于一種比較有效的節能裝置，將冷凝式節能器應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，而且可以對環境起到有效的保護作用。因此，冷凝式節能器在燃氣鍋爐余熱回收中應用是一個值得我們不斷探索與研究的課題。

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1671-0711（2017）07（下）-0202-02