新型燃气锅炉冷凝节能器

新型燃气锅炉冷凝节能器引言燃气锅炉冷凝节能器即天然气锅炉尾部余热回收装置，当烟气在通道内通过传热面，只要近壁面温度达到露点温度，就会有水蒸气凝结，释放出部分汽化潜热传递给受热面内工质，可以将排烟中大量的能量加以回收利用，从而达到节能环保的效果。随着制造工业的不断发展，各种新型高效的冷凝节能器层出不穷，不论从结构还是实际余热回收效果来看都有了非常大的改进。本文主要就冷凝节能器的结构以及工作原理进行分析，综合深入探讨各种排烟余热回收技术1、 烟气的特性分析天然气成分绝大部分为烷烃，燃气锅炉排烟中水蒸气的含量较高，因此，水蒸气的汽化潜热所占的份额相当大。理论上，每标准立方天然气在燃烧过程中可以产生公斤的水蒸气，具有客观的汽化潜热，大约为3700KJ/Nm3，占天然气的低位发热量的10%以上。如果将这部分热量均加以利用回收，那么燃气锅炉的热效率则将有望达到110%。我们都知道，一般天然气锅炉的排烟温度在160250，而经过余热回收装置，烟气的温度则将有望在3080之间。当夏季，外界温度较高，进入冷凝节能器中的水温也相应较高的时候，换热效率会比较低，大约可以达到80左右，而当冬季，外界温度低于0，水温也非常低，这样换热效率会大大增加，因此在最冷的时候，有可能达到30左右的排烟温度。而这个与正常排烟温度之间的温差造成的显热部分则被有效吸收，水蒸气冷凝的汽化潜热也大部分被吸收。冷凝节能器的使用将有效降低燃料消耗。1.1 天然气的成分天然气的成分因其产地不同而有一定的不同，不过，由于其主要成分均为甲烷且占绝大部分，其他成分影响很小，因此我们暂时以一个相同的标准来做一下成分分析。表一 纯天然气成分成分CH4C3H8C4H10C5N2含量/%980.30.30.41.0以上的分析不难看出，天然气燃烧将产生的物质的比例。再从燃烧烟气所含比例可以通俗计算出露点温度。1.2 露点计算在水蒸气分压力不变的情况下，使空气冷却至饱和湿蒸汽状态时，将有水滴析出，此时的温度为露点温度。经过计算可知，烟气中的水蒸气的体积百分含量在17.4%，若燃烧在大气压力下进行，当过量系数为1.1时，气相应的烟气露点温度为57，由于实际燃烧的影响因素较多，因此该数值并不十分精确，针对不同的情况应做不同的修正。1.3热效率分析烟气中的热量以显热和潜热两种形式存在，因此锅炉的热损失也由烟气的显热损失和潜热损失组成。显热损失取决于烟气的温度和烟气的组成成分的热容量，潜热损失取决于烟气中以水蒸气形态存在的水量多少。冷凝节能器的热效率则可从这两个角度来进行计算。表二 不同冷凝率下的热效率变化量/%1020304050607080901001.142.283.243.415.696.837.979.1010.2411.38经过计算可知，锅炉效率随着排烟温度的变化分为两个比较明显的区域，在60180变化缓慢，而在20%60%变化较大。这抓哟是应为排烟损失中水蒸气热损失占的比重大于烟气显热的结果。当锅炉排烟温度降到20时，锅炉效率理论上可达到107.4%但是，并不是所有的热量都是可以回收的，计算所得到的数据也并不是100%能够实现的，前文中曾经提到，冷凝节能器中冷媒其实是要补充进锅炉的水，因此，当水温较高时，热效率是相应较高的，而当向锅炉中补水的水温非常低时，效率就非常高。从这一点我们可以看出，在夏季，温度比较高，因此冷凝节能器的热效率相应较低，而在冬季，由于水温较低，因此冷凝节能器的热效率相对较高。因此，冷凝节能器的热效率在一年中，最冷的时候热效率有时候会达到或者接近110%，而在夏季水温相对较高的时候，热效率一般只有100%左右（以上所提到的数据均为按低温热值进行的计算。）2、 目前的烟气余热回收技术烟气余热回收技术通常分为二类，一类为直接接触换热型，另一类为间接接触换热型2.1 直接接触换热型直接接触系统中，水直接通过喷嘴以逆流方式流入热烟气，气流通过水的蒸发吸热而使烟气饱和冷却。当有足够数量的水引入烟气时，烟气将被冷却到其饱和温度以下，低于进口烟气的露点温度。最终，烟气以低温饱和状态离开系统，而水则以被加热的状态离开系统。该方式为烟气直接与水接触，相比传统换热方式有以下优点：1 直接接触无端差，容易实现小温差传热；2 不存在传热面带来的污垢热阻，间壁热阻，有利于实现高效率的传热3 气液两相直接接触，省去金属传热面，提高效率简化了设备4 直接接触使烟气的出口温度近似于工质水的温度，因而可以降低到很低的温度5 被加热的水与烟气接触时能起到洗气的作用，不存在积灰的情况，经过洗气，排气更干净更环保以上是直接接触式的优点 ，但是他也存在很多不足之处：虽然它没有了积灰，但在增加烟气与水的接触面积以提高换热效率的同时，烟气的流动阻力也相应增大，需要配备送风设备来加以改善气体燃料通常燃烧后不含灰，但扔存在部分未燃尽的炭黑和酸性气体，因此当水和烟气直接接触后会呈一定的酸性而且有些许杂质生成，造成出水品质下降不能直接使用，需要增加水处理设施才能加以利用。而经过处理，水中的热量散失殆尽，违背了当初回收热量的初衷。因此从充分利用能源的角度，这种方式不是主流方向。2.2 间接接触换热型在间接系统中，待加热的液体流经烟气气流中的管束，烟气与被加热介质之间不发生直接接触。系统与常规换热器类似，冷却排烟，加热工质。对于这种系统的换热装置通常也称为冷凝节能器，一般为管式或者板式。2.2.1管式冷凝节能器2.2.1.1管式冷凝节能器的分类目前市面上常见到的管式冷凝节能器均为翅片管式冷凝节能器，与一般的换热器不同，翅片管冷凝节能器为了增加湍流程度，增大换热面积，换热内部由很多小的翅片组成。这样可有效增加换热效率。而如果只是使用普通的套管结构，无翅片结构，则换热面积会小很多，换热效率会大打折扣。 顺排烟管冷凝结构顺排烟管冷凝结构指翅片的排列成顺排方式，排列有序，所有空间都大小相同，这在翅片管的制作过程中就相应简单，但是在使用过程中效果并不是很好。 叉排烟管冷凝结构叉排烟管冷凝结构指翅片管的排列是相互交叉排列的，叉排时，流体在管间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动，比顺排时在关键走廊通道的流动扰动剧烈。 2.2.1.2管式冷凝节能器的优点 换热面积大，换热效果好 生产简单，不需模具，安装简单，占地面积小 传热性能强，功率稳定 安全可靠2.2.1.3 管式冷凝节能器的缺点由于烟气温度的降低，水蒸气冷凝析出，将烟气中的未燃烧完全物质以及燃烧产生的酸性气体全部溶解到冷凝水中，导致了冷凝水有一定腐蚀能力。如果使用普通的碳钢翅片管则不用3年的时间整个冷凝节能器的翅片周围将被腐蚀殆尽，效率会逐渐下降，直至最后冷凝节能器漏水漏烟气，使用寿命比较低。2.2.2 板式冷凝节能器板式冷凝节能器在市面上还很少见到，因其制作工艺复杂，需要模版，所以只有国外一些厂家在生产。威尔突破了板式冷凝节能器的技术，在经过自己充分研发之后开始生产了自己的专利产品威尔板式冷凝节能器板式冷凝节能器在延续管式冷凝节能器的优点的同时也将其缺点进行了改进，因此目前板式冷凝节能器技术也非常受欢迎。同样的板式也应分为叉排和顺排两个类型，由于在制作模版的过程中是同样复杂的，成本相同，因此人们最多的用到的是叉排方式。为了克服冷凝节能器易腐蚀的缺点，威尔板式冷凝节能器根据烟气的组成形式而采用的为316不锈钢或者321不锈钢，更加耐腐蚀，使用寿命比普通翅片管冷凝节能器的使用寿命要长很多。因此一台新的燃气锅炉如果配上一台威尔板式冷凝节能器其寿命基本是可以和燃气锅炉并行的，一次安装终生收益。解决了重复安装冷凝节能器的麻烦，从另外一个角度上降低了运行成本。结论（一）与煤和石油相比，天然气是一种非常理想的清洁能源，