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冷凝式燃气锅炉的工作原理和特点

文章作者:艺能锅炉   发布时间:2017-09-03
对现有传统燃油燃气锅炉进行烟气冷凝余热回收改造的途径是对燃油燃气锅炉增加冷凝式换热器。

与传统锅炉相比,冷凝式燃气锅炉装有冷凝式换热器,将排烟温度降至烟气露点以下。而传统锅炉的尾部受热面如空气预热器和省煤器等,为了防止低温腐蚀,烟气出口温度远远高于烟气中水蒸气的露点温度,水蒸气不会发生冷凝,从而无法回收烟气中水蒸气的潜热。传统锅炉的尾部受热而一方而排烟温度过高,烟气中大量显热未得到回收,同时烟气中水蒸气不会发生冷凝,水蒸气的潜热也无法利用,因而排烟热损失巨大。而冷凝式燃气锅炉设计烟气出口温度低于烟气中水蒸气的冷凝温度,水蒸气冷凝放出汽化潜热,可以大幅提高换热器回收的热能。同时冷凝式燃气锅炉烟气中的水蒸气冷凝以后,会溶解部分NOx、CO2,从而减少NOx、CO2等空气污染物的排放,具有良好的环保效益。
  冷凝式燃气锅炉具有如下特点:
  (1)冷凝式换热器材质多变
  对现有传统燃油燃气锅炉进行烟气冷凝余热回收改造的途径是对燃油燃气锅炉增加冷凝式换热器。对于燃烧重油、渣油等燃料的锅炉,由于烟气中含有大量的NOx和SOx等酸性气体,若使用冷凝式换热器将排烟温度降低到水蒸气的露点温度以下,大量的冷凝水和烟气中的酸性气体混合产生具有腐蚀性的酸性溶液,会对换热器产生腐蚀,冷凝式换热器在材质上要求要比普通换热器高的多,经常采用具有较强防腐能力的制造材料,因其制造材料价格较普通碳钢价格高很多,因此换热器制造成本较高。
  常用的防腐材料有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体一铁素体双相不锈钢、蒙乃尔合金等。铝和铝合金材料对冷凝液的抗腐蚀性能也较好,但在使用中会在换热器表面产生很多的锈痕和难溶盐。铜的抗腐蚀性能虽然较铝差,但是不容易形成锈痕,因而铜及铜合金被广泛应用。另外也有用塑料作为换热器材料的,其耐腐蚀性效果良好。在欧洲,冷凝式换热器用于   气锅炉己经有40多年的使用历史,已有多家间壁式换热器和直接接触式换热器生产厂家,将陶瓷、玻璃、金属甚至塑料等材料应用到冷凝式换热器中并且技术正在逐渐得到完善。
  目前国内使用的   气经过脱硫处理,   气含硫量极低,烟气中SOx含量较少,因此普通不锈钢材质的冷凝式燃气锅炉也被应用。热管式换热器和翅片管式换热器由于换热系数高,因而本文也讨论了热管换热器和翅片管式换热器作为冷凝式换热器的可行性,并设计冷凝式换热器用于工程实例。
  (2)节能效果好
  非冷凝式锅炉为防露点腐蚀等,其排烟温度一般为170℃以上,在这样的排烟温度下烟气中水蒸气处于过热,锅炉的热效率以燃气的低位发热量Qdw计算一般为η80%~90%。在冷凝式锅炉中,排烟温度降低到50℃以下,充分回收利用烟气的显热和水蒸气的冷凝热,使燃气锅炉热效率提至η=100%~110%。
  锅炉烟气在冷凝式换热器中降温到露点时,烟气中的水蒸气开始结露冷凝,并释放出汽化潜热,烟温降至越低,凝水量就越多,可以被回收利用的潜热量也会越来越大。当烟气温度由于被冷却越来越低时,水蒸气的分压力也会越来越小,此时烟气露点变得   低,水蒸气冷凝放热变得困难。
  烟气中水蒸气的含量与燃料的成分以及锅炉的排烟温度密切相关。   气等有机气态燃料中H元素含量大,产生的水蒸气量多,燃料的高、低位发热量差值   大,液态燃料和液态燃料依次减小,可供回收的汽化潜热依次减少。基于此原因,燃气、燃油锅炉改造为冷凝式锅炉的余热回收效果较好。冷凝式换热器内低温流体温度越低,可以使锅炉的排烟温度降至越低,同时水蒸气冷凝液越多,可以回收的显热和潜热量越多,锅炉热效率提高数值越大。
  (3)良好的环保效益
  燃料在燃烧后产生了NOx、SOx等酸性气体和CO2等温室气体,直接排放到大气中会对环境产生严重的污染。尤其是容量小,效率低的锅炉,各种污染物直接排放,造成严重的环境问题。
  安装冷凝水换热器后,烟气中水蒸气被冷凝,很多的污染物会溶于冷凝下来的水中,从而减少了直接排放到大气环境中的各种污染物,减弱对环境的污染。根据德国一项统计,在汉堡市某小区原使用普通燃油锅炉供热,后将其改造为4台总产热量3.7MW的带有铬镍铝合金钢冷凝式换热器的燃气锅炉,不仅供暖成本降低,排入大气的污染物也大幅减少,使用冷凝式锅炉或对传统燃气锅炉安装冷凝式换热器的环保效益突出。
  对现有燃气锅炉安装冷凝式换热器进行烟气余热回收,能够显著提高城市节能、环保水平。2008年我国   气消费量为812.94亿立方米,大量   气用于燃气锅炉生产热水、蒸汽等导热工质。目前国内所使用的燃气锅炉,考虑锅炉制造成本及低温腐蚀等因素,设计排烟温度一般在150℃以上,锅炉效率为80%~90%。将现有的传统   气工业锅炉改造为冷凝式锅炉将会产生很大的节能效果。
  目前国内外比较成熟的冷凝式换热器主要可以分为接触型冷凝换热器和间壁式冷凝换热器。接触型冷凝换热器由于烟气和循环水直接接触,因而具有换热系数高、热阻小、结构紧凑、经济性好的优点。但同时因烟气中的水蒸气冷凝后直接进入循环水中,循环水的卫生状况较差,在使用过程中很多需要再设置二次回路进行换热,使系统变得复杂。间壁型冷凝换热器中循环水和烟气不直接接触,虽然换热系数较上述接触型换热器小,但卫生条件良好,水蒸气冷凝后方便进行集中处理。

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