板翅式换热器在燃油燃气锅炉余热回收中的应用研究

中国矿业大学化工学院 范庆辉 王 建

1.燃油燃气锅炉及余热的概述

1.1 燃油燃气锅炉：是指被我们叫做燃油燃气锅炉的就是既可以燃油有可以燃气的锅炉。[1]燃油燃气锅炉和燃煤锅炉的不同之处在于燃油燃气锅炉采用的是火室燃烧，因为它没有燃料灰渣，所以它不需要使用炉排设施。燃油燃气锅炉采用的是自动化的燃烧和控制系统，因为它具有一定的危险性，如果喷入锅炉内的油气和空气在一定的范围内混合或者是熄灭，就会引起爆炸。

1.2 燃油燃气锅炉的种类：燃油燃气锅炉大致可以分为燃油燃气热水锅炉、燃油燃气开水锅炉、燃油燃气蒸汽锅炉。

1.3 燃油锅炉的燃烧的特点：[2]油是属于液体燃料，而且它的燃烧总是在气态下进行，就是因为它的沸点低于着火点，因为油气和周围的空气要相遇，才能形成火焰，所以它得进行气化，进行气化的过程就是燃油经雾化后的油粒喷进炉膛以后，被炉内高温加热，它就能进行气化了。燃烧的快慢决定于油粒的大小，油粒直径越小燃烧的就越快，那是因为燃烧产生的热量有一部分传给了喷进锅炉的油粒，要想油粒燃尽只有使油粒不断地气化和燃烧，增大空气与油粒的相对速度、合理的配风或是提高燃油的雾化质量，从而减小油粒的直径大小，也就强化了油的燃烧。

1.4 燃气锅炉的燃烧特点：相对于燃油来说，燃气就简单了很多，因为燃气的发热量高、对于空气的用量大，所以要使燃气充分的燃烧，就需要大量的空气与燃气混合。又因为燃气节省了燃油所需要的雾化过程和气化过程，所以我个人认为燃气比燃油要是用的多。

总的来说，燃油燃气锅炉的结构比较紧凑，大中型的锅炉可以组装出厂，小型的锅炉的本体的通风、给水、控制和辅助设备都在一个底盘上，所以燃油燃气锅炉比较实用。

1.5 余热的概述余：热是指受技术、理念、历史等因素的局限性，在已投运的工业企业耗能装置中，原始设计未被合理利用的显热和潜热。

2.板翅式换热器

2.1 板翅式换热器的优点

作为新兴的换热器，板翅式换热器具有传统换热器所没有的特点：[3]

2.1.1 制造工艺的过程复杂且要求严格。

2.1.2 紧凑，它的比表面积可达到1000m2/m3是由于板翅式换热器具有扩展的二次表面。

2.1.3 轻巧，现在钢制，铜制，复合材料等也已经批量生产，以前就因为紧凑而且多用铝合金制造。

2.1.4 适应性强，板翅式换热器可以适用于各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热，而且板翅式换热器适用于不同的换热工况。

翅式换热器具有结构紧凑、传热效率高等特点，现已广泛应用于空分、石油化工、航空航天等领域。引起该类换热器性能下降的主要因素为物流分配的不均匀、纵向导热以及温度场的分布不均匀，三者中物流分配不均匀性的影响是最重要的。

2.2 板翅式换热器的结构

板翅式换热器的结构(图1、图2、图3)形式有很多，但其基本结构单元都相同，即在两块平行的薄金属板(平隔板)之间，加入金属翅片，两边以封条密封，组成一个单元体。将各单元体进行不同的叠积和适当的排列，再用钎焊给予固定，即可得到常用的逆流、并流和错流的板翅式换热器的组装件。翅片基本形式：带孔型、人字型、锯齿型、平直型、百叶窗型。翅片是换热器的基本的零部件，是完成热传输的依靠。为了满足热传输的各种各样的要求，我们根据不同的产品选用不同的翅片形式。翅高：2.5-15.7mm，翅距：1.4-5.2mm，翅厚：0.2-0.6mm。

2.3 板翅式换热器的常见的翅片的类型

板翅式换热器的常见的翅片的类型通常有5种，平直形、锯齿形、波纹形、多孔形、百叶窗形。

3.板翅式换热器的余热回收实验

板翅式换热器由于结构紧凑，换热能力强，能够提高能源利用的效率，降低运行成本，而且能使设备小型化，广泛应用于各个工业部门中，是生产与生活中不可缺少的重要热利用设备。

3.1 定向

板翅式换热器余热回收实验如图4、图5，以一台小型卧式燃油锅炉(WNS1-1.0-Y)为例，将板翅式换热器作为其余热回收装置进行实验研究。板翅式换热器外形尺寸为464mm(长)×442mm×182mm(高)，重量为60kg，烟气侧换热面积为14m，软水侧4。在图中，T1是软水进口温度测点，T2是软水出口温度测点，T3是烟气进口温度测点，T4是烟气出口温度测点。其中T1、T2采用Pt100铂热电阻温度传感器，精确到0.1℃；T3、T4采用镍铬—康铜热电偶。应用testo360便携式排放物测[4]。

图1 板翅式换热器结构示意图

图2 芯体结构示意图

图3 板翅式换热器芯体单通道结构示意图

图4 锅炉烟气余热回收系统图

图5 余热回收实验系统图

燃油锅炉若完全燃烧，排放的烟气中含有SO2、CO2、N2和H2O。若不完全燃烧，还含有CO、CH4。烟气经过板翅式换热器后，SO2含量仅有427.1mg/Nm3，小于GWPB 3－1999《锅炉大气污染物排放标准》Ⅱ时段二类区排放要求的1200mg/Nm3。烟气中不含CO，说明燃料油完全燃烧。

3.2 结论

板翅式换热器的发展趋势是：提高翅片精度和钎焊质量，增加品种和规格，加强对翅片性能、多股流和有相变工况下的传热机理研究等。

3.2.1 工程造价

余热回收装置为约为9200元，烟气净化壁载催化剂约为1800元，总计约为11000元。

3.2.2 运用费用

全年运行十个月7200个小时，电价0.85元／Kwh，设备的总功率0.7KW，所以每年的耗电费用为4200元。

3.2.3 节约费用

余热回收进水温度从23度提高到68度，蒸汽产量从1800斤增加到1833.2斤，增加了33.2斤，在相同的耗油情况下，总的产气量增加了百分之1.84，节约柴油量为2.76斤每小时。若柴油价格为7.2元每升，则全年节约柴油费用为85200元。实验研究了错排孔板型结构封头对板翅式换热器出口温度分布与换热性能的影响，并与工业用基本型封头进行了对比。结果表明：基本封头由于物流分配不均匀的影响，其出口截面温度和阻力分布极不均匀。而孔板封头结构能够明显地提高换热器出口截面温度和阻力分布的均匀性。[5]实验结果证明，新式的板翅式换热器是一种高效的、紧凑的烟气余热回收换热器。燃油锅炉排放的烟气污染源含量得到了有效控制；在第一个使用周期内余热回收所节约的油费可以补偿初期投资，在第二个使用周期装置就有纯利润。若推广到相关行业的燃油燃气锅炉余热回收系统中，将产生巨大的经济效益和环保贡献，具有良好的推广应用价值。

4.环境保护

环境保护具有一定的重要性，如果我们不重视环境的保护那么危害就太多太多了，例如：森林破坏、沙漠化、温室效应、酸雨、臭氧层破坏和大气污染。

近年来，我国发生的特大水灾旱灾就是因为全球气候变暖，直接影响到了人们的生活和生产。

大气污染不仅仅是对人类有害，对于植物也是一样的，就如最近几年我们国家下酸雨的次数增多了，酸雨的形成主要是由于大气中的污染物二氧化硫过多，，所以，接近地面空气的温度比四周郊区要高好多。这就是被人们称作的"热岛效应"。也减少了了太阳照射地面的辐射量，长此以往，没有足够的太阳辐射量，就会导致人和植物因缺乏阳光而生长发育不好。最重要的是造成的“温室效应”，“温室效应”是因为大气中二氧化碳的含量超多，如果大气中的二氧化碳的含量按照现在的速度增加下去的话，那么在若干年后南极和北极的冰就会融化，导致全球的气候变得异常。节约能源对于现在的环境来说就是在保护它，保护我们生存的环境，也就是保护了我们人类自己和我们生活的地球。

板翅式换热器做到了节约能源，而节约能源就是在间接地保护环境，保护我们的地球，保护我们赖以生存的家园，我们应该支持这样的产品。

[1]赵钦新,惠世恩.燃油燃气锅炉[M].西安:西安交通大学出版社,2000.

[2]俞珠峰,周然,吕欣.18个城市工业锅炉控制污染措施评价(上)[J].节能与环保,2004(09).

[3]王彦峰,顾兆林,冯霄,郁永章.热管换热器在制备裂化催化剂工艺流程中的应用研究[J].节能,1999(05).

[4]张世红,董庆珊,段之殷,周琦.催化燃烧技术在锅炉中的应用研究[J].北京建筑工程学院学报,2006(3).

[5]黄超进.板翅式换热器物流分配特性研究[D].上海交通大学,2010.