冷凝换热与燃油气锅炉节能

锅炉配件冷凝换热与燃油气锅炉节能

摘要：对当前国内锅炉配件冷凝式锅炉技术研发过程巾出现的问题提出了一些看法，并对当前燃
油气锅炉节能方法进行总结，建议尽快组织制定相关技术规范，以引导我国燃气锅炉配件冷凝锅炉产品
健康、科学发展，
关键词：锅炉配件冷凝锅炉；排烟温度；低位发热量；锅炉热效率
中图分类号：TK229 文献标识码：B
0 引言
随着国民经济的发展和节能环保要求的提高以
及燃气供应源的增加，近年来，国内锅炉配件冷凝换热技术藕
色括锅炉配件冷凝式锅炉在内的相关产品都有所发展，备受
市场和业内人士的关注。但是，在发展过程中，我们
也发现存在一些问题需要进行规范界定：如燃气烟
气中水蒸气的锅炉配件冷凝温度确定、锅炉热效率与锅炉系
统热效率的计算、锅炉配件冷凝式锅炉的规范定义等。现就
上述问题与大家讨论并就燃油气锅炉节能方法进行
交流。
1 与锅炉配件冷凝式锅炉相关问题讨论
文献『1]告诉我们：①如果锅炉的排烟温度降
低到足够低的水平，那么烟气中呈过热状态的水蒸
气就会凝结而放出汽化潜热。国内外把通过锅炉配件冷凝烟
气中的水蒸气，使得其中的汽化潜热得以利用的锅
炉称为锅炉配件冷凝式锅炉( condensing boiler)；②是否采用
锅炉配件冷凝方式回收烟气余热大体上取决于是否能将回收
的热量加以利用；③一般来说，排烟中的水蒸气潜热
在60 0C以下才能得以回收，能回收的热量依赖于所
要求利用的温度和利用率；④根据国外资料报道，降
低（指烟气）到露点之前的温度可使锅炉热效率提
高2%~5%，若将烟气温度降到露点以下，由于挽
回了潜热损失，因而可使锅炉热效率提高l1%~
收稿日期：2012-10-18
作者简介：席代围，
大专毕业，早年从事
锅炉设计，现从事企
业管理。
15%以上。
1.1天然气完全燃烧产生的大量水分（水蒸气]是
开发锅炉配件冷凝锅炉的动力
天然气的主要成分是甲烷CH。，占95%左右。
还有少量其他碳氢化合物及氢气等其他成分。因
此，只要分析甲烷燃烧就可以大体看出天然气燃烧
产生的水分重量。CH。完全燃烧的化学方程式如
下：
CH4+202=COz+2 H20
从该方程式可以看出：1克分子的CH。完全燃
烧后可生成
2克分子的水；按照分子式重量计算，即
16克的CH。完全燃烧生成36克的水。这些水分在
炉胜内全部蒸发成水蒸气，其重量是非常可观的，是
甲烷自身被燃烧掉重量的2. 25倍。这大量水蒸气
正是天然气高位发热量与低位发热量相差约3 700
kj／rTi3的根本原因。因此，国内外锅炉

同行致力于
开发能够回收这巨大潜热的锅炉新产品，德国
Froling公司早在30年前就成功开发出这类锅炉配件冷凝热
水锅炉（我们r解到欧洲国家的锅炉配件冷凝锅炉大都是≤
2 000 kW的热水锅炉），其锅炉热效率可接近或超
过100%（视低温回水温度而定）。锅炉配件冷凝锅炉在我国
起步较晚，但也展现出良好前景。
1.2燃气锅炉烟气中水蒸气的锅炉配件冷凝温度
燃天然气锅炉烟气中水蒸气的锅炉配件冷凝温度，无论
是锅炉设计或是拟定产品的技术参数，我以为都是
一个非常重要、必须明确的指标。但目前存在不同
锅炉配件冷凝换热与燃油气锅炉节能
说法，有说，燃天然气烟气中水蒸气的锅炉配件冷凝温度随烟
气中SO，含量增加会升高，且很难确定；有说锅炉配件冷凝锅
炉烟气锅炉配件冷凝温度为75℃或70 0C，且为数不少的“冷
凝锅炉”运行中的排烟温度都大大超过以上温度。
由资料得知，天然气主要成分是CH。，其它成分
也主要是碳氢化合物，基本不含硫（现天然气和液
化石油气的纯度很高，可排除SO，对烟气锅炉配件冷凝温度
的影响），天然气燃烧后烟气主要成分是CO：、H：0、
N：、N0。。文献『2]中介绍：若燃烧在大气压下进行，
当过量空气系数为1.1时，其相应的烟气露点温度
是57 0C。
图1示出了烟气露点温度随过量空气系数变化
的情况。实际上，虽然各地的天然气成分有所不同，
但由于其主要成分为甲烷且占绝大部分，其它部分
影响很小，经计算其露点温度误差不超过3%（符合
实际要求的范围）。
1 1.1 1.2 1 3
过量空气系数
图1
图2示出了不同排烟温度下的锅炉热效率，图
中显示，烟气温度在60—180℃区间变化时锅炉效
率缓慢变化，而烟气温度在20~ 60℃区间变化时锅
炉热效率变化较大。可见60 0C是天然气烟气显热
和潜热的分界点，因而有理由认为天然气烟气露点
温度应不超过60℃。
115
蓼110
羹105
娶100
强
95
90
当然在锅炉实际运行过程巾（如起、停炉阶
段），在锅炉前后烟箱、对流烟道和局部保温较差的
地方在主流烟气温度较高的情况下也会有锅炉配件冷凝水产
生等情况发生，但不能说，此时的温度就是烟气开始
锅炉配件冷凝的温度。
1.3 锅炉热效率与锅炉系统热效率

目前我国采用的锅炉热效率定义为锅炉巾被有
效利用的热量Q，占输入锅炉总热量Q，（输入锅炉
总热量Q，通常就是燃料低位发热量）的百分比，用
叩表示。即，叼=岳×100%。
问题及分析：
(1)图3所示为一种燃气蒸汽锅炉配件冷凝锅炉水系
统。软水箱出来的水一循环泵斗

经过锅炉配件冷凝器一进入
软水箱；软水箱的水一锅炉。图3中炯气锅炉配件冷凝器的
位置是一般蒸汽锅炉省煤器（节能器）所处的位置。
如果按照一般蒸汽锅炉给水系统，锅炉给水由软化
水箱一给水泵_省煤器一锅炉，那么烟气锅炉配件冷凝器做
得再大再好也不可能将排烟温度降到烟气的锅炉配件冷凝温
度。故设计者将经烟气锅炉配件冷凝器的水进入软水箱，然
后再进锅炉，意在用软水箱的水将烟气温度降多一
点（如要将烟气温度降到60 0C，那么锅炉配件冷凝器出水温
度应≤45 0C）。暂且不谈烟气锅炉配件冷凝器和水箱的水能
否将烟气温度降到锅炉配件冷凝温度，但至少是软水箱的水
是不能全部进入锅炉（因为理论上此水箱毖须足够
大，否则短时间内水箱的水就会沸腾）。问题是，那
些被加热尚未进锅炉的热水折算后作为锅炉的热效
率是否合理。
图3带锅炉配件冷凝器蒸汽锅炉配件冷凝锅炉给水系统
(2)图4所示为另一种锅炉配件冷凝蒸汽锅炉给水系
统，即在烟气锅炉配件冷凝器前面串联一个省煤器（节能
器），如需要锅炉配件冷凝时，则将两命并联水泵同时开启。
其水流程是：软化水箱的水经锅炉配件冷凝器后再经省煤器，
然后一部分进锅炉，另有一部分经加热后多余的水
流回软水箱。在锅炉连续运行的额定工况下软化水
箱的水温将不断升高，此系统要将烟气温度降到冷
凝温度是有冈难的。
我们按图5蒸汽锅炉水系统，采用ND钢翅片
管锅炉配件冷凝器，用20℃水将烟气温度降到60℃(出水
45 0C)，计算结果显示需要2.2倍以上蒸汽锅炉给
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图4带节能器、锅炉配件冷凝器蒸汽锅炉配件冷凝锅炉给水系统
图5 蒸汽锅炉加锅炉配件冷凝器水系统
(3)目前国内也有将锅炉配件冷凝器布置在与锅炉闭合
循环回路无关的二次回路里，锅炉配件冷凝器回收的热量折
算后作为锅炉的热效率是否合理。
基于此，我认为为了便于比较燃气锅炉和锅炉
系统热效率，将燃料的低位热量作为分母，将回收的
水蒸气凝结放热加在分子上，按式(1)来计算热效
率得出的结果超过100%是可以的。
咿=盟南警垫×100% (，)
式中Q，——锅炉中被有效利用的热量，kJ
Q。——输
入锅炉总热量（按天然气的低位发
热量），kJ
Q潜热——回收水蒸气凝结放热量，kJ
分析：(1)若式中Q潜热被锅炉利用，此时热效
率称锅炉热效率；
(2)若式中Q沼热未被锅炉利用，而是在锅舻以
外的部门被利用，此时热效率应称锅炉系统热效率。
2提高燃油气锅炉热效率的方法

对于中小型燃油燃气蒸汽锅炉和热水锅炉（如
WNS型锅壳式锅炉、LHS型立式锅炉）而言，提高其
热效率的方法主要有烟管中加装“扰流子”、尾部加
装节能器和锅炉配件冷凝换热器的方法。
2.1烟管中加装“扰流子”
目前市场上WNS型和LHS型锅壳式燃油燃气
蒸汽锅炉和热水锅炉的炯管有两种：一种是光管．另
一种是螺纹娴管。螺纹烟管是在机床上外压螺旋凹
槽在管内形成螺旋凸缘，旨在破坏管内烟气流动
“层流底层”，提高烟管的传热效率（实践证明，螺旋
凸缘高度为2 mm的时候放热系数d达到最大值，
螺旋节距对放热系数a影响相对较小）。但不少螺
纹烟管由于工艺上的原因，在管内形成的凸缘高度
不够，不足以扰流或破坏“层流底层”，故传热效果
不明显。对于上述两种烟管可以在管内加“扰流
子”。
(1)紧贴烟管内壁面插入螺旋弹簧丝（即用直
径2 mm不锈钢丝，绕成螺距28 mm的弹簧丝）勾住
管子两端即可。
(2)紧贴炯管内壁面插入波浪形扁钢。即，用
厚1~ 1.2 mm不锈钢板裁成宽度稍小于管内径的
不锈钢条（与烟管一样长）每隔50 mm扭一个角度
（约120。）然后插入管孔内（对于燃气锅壳式锅炉的
烟管，若采用波浪形扁钢和选用较高的烟气流速其
传热效果会更好）。
这里要指出螺旋弹簧丝或波浪形扁钢必须紧贴
烟管内壁面。由于烟气在炯管内处于紊流状态，其
存在的“层流底层”有较大的热阻，“扰流子”紧贴烟
管内壁面，将导致“层流底层”周期性地被破坏，传
热热阻降低，就强化了传热。上述两种方法在我司
运用实践表明，可将燃油燃气锅壳式蒸汽锅炉排烟
温度降低30~ 50℃．提高效率1.2%~2.0%。
2.2在燃油燃气锅炉尾部加装锅炉配件冷凝换热器
通常，锅炉尾气在超过100 0C的温度下就离开
锅炉进入烟囱，这一温度远高于烟气的露点，因此
这部分水蒸气的凝结放热就被浪费掉了。对一些所
谓的清洁燃料，例如天然气或者木材燃料，可以通过
将烟气温度降低到60℃以下，从而额外获得11%
～15%的热量（显热和潜热总和）（如图6所示）。
锅炉配件冷凝换热回收的热量普遍用于：室内采暖、游泳
池、加热工艺用水，纺织厂和食品厂需要的工艺热水
最适合采用锅炉配件冷凝式换热回收的热量。
我司是在常规燃气蒸汽锅炉和热水锅炉尾部加
锅炉配件冷凝换热器（如图7）回收烟气余热。锅炉配件冷凝换热器可
以使锅炉系统同时有高温回路和低温回路(如图
5)。低温回路的20~45 0C热水用途不受限制，可
用于生活和生产工艺用水，以满足不同用户的需求；
锅炉配件冷凝换热器采用传

热系数大、重量轻的具有外扩张
面的09CrCuSb耐硫酸低温露点腐蚀用钢管(ND
钢)或纯铜整体翼片内螺纹换热管制成。
排烟温度，℃
图6锅炉配件冷凝换热温度与热量曲线
图7锅炉配件冷凝换热器
3 总结
(1)天然气是锅炉配件冷凝锅炉最好的燃料。这不仅是
因为天然气是洁净燃料，更重要的是天然气燃烧后
能够产生比天然气自身重量大一倍以上的水蒸气，
这为锅炉的锅炉配件冷凝提供了前提条件。
(2)最高锅炉热效率的锅炉配件冷凝锅炉应当是以天然
气为燃料的热水锅炉，特别是低温回水的热水锅炉。
60 0C以下的低温回水为锅炉烟气中水蒸气锅炉配件冷凝提
供了有利条件。只要锅炉受热面科学巧妙布置，锅
炉热效率就可能像德国Froling公司那样接近或超
过l00%，而燃烧天然气的蒸汽锅炉要设计成锅炉配件冷凝
锅炉不仅技术上困难，而且成本高，水蒸气锅炉配件冷凝热量
的回收也很有限。
(3)锅炉热效率的定义为锅炉输出的有效利用
热与输入锅炉总热量之比。因此凡是回收的烟气中
水蒸气泠凝热量进入锅炉系统，使得锅炉蒸发量或
热水量增加，从而使锅炉热效率提高，这样的锅炉才
是锅炉配件冷凝锅炉。如果锅炉排烟中水蒸气锅炉配件冷凝热量回收
后没有进入锅炉系统，而是供给其他部门用热，那么
这是锅炉的余热回收，锅炉系统热效率虽也确实得
到提高，但严格说来，这个锅炉不能称为锅炉配件冷凝锅炉。
(4)在额定工况下，排烟温度高于锅炉配件冷凝温度
( >60 0C)的锅炉不是锅炉配件冷凝锅炉。
(5)对于燃油气烟火管锅炉，在烟管巾正确安
装“扰流子”（螺旋弹簧丝或波浪形扁钢），可以增强
烟气对壁面的传热，降低排炯温度，有一定的节能效
果。
(6)发展燃气锅炉配件冷凝锅炉产品是我们行业每个丁
作者的责任。要做好应用研究和推广工作，对现有
的研发成果和技术经验加以总结提升，并借鉴国外
发展经验进行有关标准化工作，规范引导我国燃气
锅炉配件冷凝锅炉的健康、科学发展，为
市场提供更多更好的
燃气锅炉配件冷凝锅炉产品，为我国工业锅炉节能减排做出
贡献。盈
参考文Ja
[1]车得福．锅炉配件冷凝式锅炉及其系统[M]．北京：机械工业出
版社，2002．
[2]张晓晖．燃气锅炉排烟锅炉配件冷凝热回收技术[J]．]_业锅炉，
2008(4)．

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/nyd4.html