冷凝式节能器在燃气锅炉余热回收中的应用

2017-08-01王璐

中国设备工程 2017年14期

关键词：潜热燃气锅炉热效率

王璐

（北京新科睿德节能环保科技有限公司，北京 100079）

冷凝式节能器在燃气锅炉余热回收中的应用

王璐

（北京新科睿德节能环保科技有限公司，北京 100079）

目前我国使用比较广泛的一种燃气锅炉节能技术就是冷凝技术，其可以使燃气锅炉的效率实现显著的提高，该技术主要是借助冷凝式节能器来凝结燃气锅炉排烟中的水蒸气，这样不仅可以有效的提高燃气锅炉的效率，而且可以有效的减少燃气锅炉给环境造成的污染。事实证明，将冷凝式节能器应用于燃气锅炉之中，可以提高燃气锅炉 15%的热效率。因此，对冷凝式节能器在燃气锅炉余热回收中的应用具有极其重要的现实意义。

冷凝式节能器；燃气锅炉；应用

煤气与天然气燃烧所形成的烟气中伴有大量的水蒸气，其汽化潜热值高达燃气高位热值的 10%左右。由此可见，倘若可以把燃气锅炉的排烟温度降到露点温度之下，回收利用凝结水的汽化潜热，则必定可以极大地提升燃气锅炉的热效率，使燃气锅炉的运作成本实现有效的减少，而且还可以对环境起到有效的保护作用，而冷凝式节能器却可以使这一想法得到有效的实现，本文对冷凝式节能器在燃气锅炉余热回收中的应用进行了分析。

1 冷凝式节能器的基本原理

现阶段，燃气锅炉回收烟气冷凝热系统是通过安装在锅炉冷凝式节能器，再利用较低温度的供热回水来冷却烟气，以此来获得水蒸气的潜热及烟气的部分显热。

回收显热的多少主要体现在燃气锅炉的排烟温降大小，而回收潜热的多少则主要体现在烟气凝结水量的多少以及烟气中水蒸气的含量多少。所以，针对成分一致的饱和状态烟气，如果其烟气温降一致，而温降范围不一致，其所回收到的热量也有可能存在着差别；如果其烟气温降不同，所释放出的热量也是有差别的。

水和烟气之间的流动形式有很多种，通常情况下，采取逆流形式可以提高传热温差，降低换热面积，减少设备成本投入。而且，采取从上到下的逆流形式，有助于排放烟气冷凝液，使冷凝液膜热阻与冷凝液膜厚度实现有效的降低，使换热效果实现有效的提升。

2 冷凝式节能器的特征

冷凝式节能器具备如下几个特征。

（1）将冷凝式节能器设置于燃气锅炉中的操作非常简便，无需改变燃气锅炉系统的主、辅机设备、水循环和汽循环系统，其也不会牵涉到压力容器等方面的运作和使用规定。

（2）冷凝式节能器是设置于锅炉尾部的排烟位置，其主要是用于吸收锅炉排烟处的部分潜热与显热，具有较好的节能效果。

（3）天然气燃烧之后会形成 SOX和 NOX等有害气体，在安装冷凝式节能器之后，那么有害气体在换热器的尾部烟道内会与冷凝结露的水结合形成酸性物质，与凝结水一同从排放管排出，这样便可以有效的减少排烟中的有害气体成分，从而达到保护环境的目的。

（4）冷凝式节能器是一种低阻设备，系统烟气阻力会随着烟气流动速度的上升而增加。

（5）冷凝式节能器采取的是强化翅片换热管结构，水是经翅片管内部流出，而烟气则是从翅片管外部流出。

3 冷凝式节能器的经济性分析

冷凝式节能器回收到的水蒸气凝结热的多少与供热系统的水温高低、燃料的种类密切相关。针对燃煤锅炉而言，烟气中并没有太多的水蒸气，纵使完全凝结下所有的水蒸气，所回收到的热量也无法显著的提升锅炉的热效率，然而，燃气锅炉却完全不同于燃煤锅炉。由于气体燃料的高低位发热量存在着较大的差距，通过回收烟气中水蒸气凝结所释放的热量，可以显著的提升锅炉的热效率。倘若锅炉在燃烧天然气时未使用冷凝式节能器，而且没有过量的空气情况下，其热效率按高位发热量计算是 η=80%；如果将冷凝式节能器应用于燃气锅炉之中，其可以使排烟温度下降至 30℃。此时，η便会上升到 97.6%。水蒸气的冷凝温度是由燃烧时的过量空气系数、烟气中 CO2的含量以及燃料的化学成分等因素共同决定的。燃烧 106cm3天然气生成水蒸气所需释放的热量大概为高位发热量的 10%左右。天然气是氢含量最高的一种化石燃料，所以，天然气燃烧后的排烟中伴有大量的水蒸气，利用冷凝式节能器可以有效的提升燃气锅炉的热效率。

4 冷凝式节能器在燃气锅炉余热回收中的应用

以我国某卷烟厂的一台 10t/h燃气蒸汽锅炉为例，通过系统优化与设计，对将冷凝式节能器设置于锅炉尾部排烟处的节能效益进行探讨。

4.1 系统概述

该项目锅炉蒸汽系统采取的是除氧水（104℃）给水形式。该锅炉额定工况下排烟平均温度是 150℃。在深度回收利用烟气余热的过程中，利用冷凝式节能器来对烟气余热进行回收，同时利用回收后的热量来对水箱补给水进行加热，使水箱内水温从 20℃上升到 70℃，可以使除氧器消耗蒸汽实现有效的减少。冷凝式节能器选取的是H型鳍片管换热器，鳍片管顺列排放，这样可以有效的降低系统烟气阻力。烟道与节能器均是由不锈钢材料制作而成，在通过冷凝式节能器之后，烟气的温度便会从 150℃下降到 60℃。在将冷凝式节能器设置于燃气锅炉尾部的排烟处后，会在一定程度上增加烟气的阻力，在额定负荷运作的情况下，系统烟气阻力大概会上升 50Pa，系统烟气阻力增加值未超出风机裕量范围，无需对原先烟气系统的烟气设备进行更换。

4.2 冷凝式节能器应用于燃气锅炉余热回收中的经济效益分析

统计数据显示，在未设置冷凝式节能器之前，该燃气蒸汽锅炉的额定蒸发量为 10t/h，排烟温度为150℃，额定燃气损耗量为 820m3/h，热效率为 85%。在安装冷凝式节能器之后，该燃气锅炉的排烟温度仅仅只有 60℃，可节省 6.5%的锅炉燃料。该燃气锅炉每年需运作 6000小时，平均每年可节省 319800m3燃气量，当年的燃料价格为 3.5元 /m3，相当于每年可节省1120000元。由此可见，将冷凝式节能器应用于燃气锅炉余热回收中可以获得较好的经济效益。

4.3 项目建议

通过分析以上项目，不难发现，针对年运作时间较长的燃气锅炉来说，通过将冷凝式节能器设置于锅炉尾部排烟处来深度回收烟气余热，再将回收到的烟气余热用来对锅炉补给水进行加热，可以使烟气温度下降到露点以下，可以有效的节省燃气量和成本投入，具有较好的经济效益。可是，与此同时，笔者也发现了一些问题，为此，笔者提出如下几点建议：第一，在设置冷凝式节能器的过程中，应当先对原有风机的出力裕量进行详细的调查。风机裕量大小会对余热的回收利用程度以及冷凝式节能器的换热面积造成极大的影响，所以，在设置冷凝式节能器之前，应当保证设置节能器之后，系统烟气阻力增加值不会超出风机裕量范围。第二，烟气温度是无法实现无限制地下降的，当烟气温度小于烟气露点时，就会产生酸性腐蚀，从而对设备的使用寿命造成影响。所以，在设置烟气冷凝式节能器的过程中，应当对换热面温度低于烟气露点时可能出现的腐蚀问题加以充分考虑，并采取有效的解决对策。一般情况下，都是通过将防腐涂料涂抹于设备表面，或者选取由耐腐蚀材料制作成的换热管等办法来解决这一问题。第三，冷凝式节能器的整体功能并非单纯地增设一个二级冷凝热交换器便能实现的，其是一个集可变出力调控、冷凝换热、燃烧比例调控、抗腐蚀材料以及供热模式转变等若干个新型工程概念于一体的应用技术。其工作原理主要是通过扩大受热面积、加快烟气流速、逆流换热等办法来使冷凝式节能器的换热系数实现提升，从而达到增强凝结换热的目的。第四，燃煤工业锅炉已经逐渐被燃气锅炉所取代，天然气属于一种清洁能源，其已经被大规模应用于我国的多个领域。天然气燃烧后会产生大量的水蒸气，其燃烧烟气中会伴有大量的汽化潜热，所以，非常有必要利用冷凝式节能器来深度回收其汽化潜热，这样一来，除了可以有效的减少锅炉的运作成本之外，同时，排烟中的水蒸气可以在一定程度上吸收酸性氧化物，通过凝结水蒸气也可以达到减少酸性氧化物排放、保护环境的目的。