冷凝换热与燃油气锅炉节能.pdf

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工业锅炉
2012年第6期(总第136期
文章编号:1004-8774(2012)06-5204
冷凝换热与燃油气锅炉节能
席代国
(广州天鹿锅炉有限公司,广州510931)
Condensing Heat ,ransfer and the Energy
Conservation of Oi/Gas-fired Boiler
XI Dai-guo
(Guangzhou Tianlu Boiler Co. Ltd, Guangzhou 510931, China)
作者简介:席代国,
大专毕业,早年从事
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,以引导我国燃气冷凝锅炉产品业管
摘要:对当前国内冷凝式锅炉技术研发过程中出现的问题提出了一些看法,并对当前燃炉设计,现从事企
健康、科学发展。
关键词: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
15%以上。
随着国民经济的发展和节能环保要求的提高以
1.1天然气完全燃烧产生的大量水分(水蒸气)是
及燃气供应源的増加,近年来,国内冷凝换热技术和
开发冷凝锅炉的动力
包括冷凝式锅炉在内的相关产品都有所发展,备受
天然气的主要成分是甲烷CH4,占95%左右。
市场和业内人士的关注。但是,在发展过程中,我们还有少量其他氢化合物及氢气等其他成分。因
也发现存在一些问题綪要进行规范界定:如燃气烟此,只要分析甲烷燃烧就可以大体看出天然气燃烧
气中水蒸气的冷凝温度确定、锅炉热效率与锅炉系生的水分重量。CH4完全燃烧的化学方程式如
统热效率的计算、冷凝式锅炉的规范定义等。现就下:
CH +20=CO+2 H
上述问题与大家讨论并就燃油气锅炉节能方法进行
从该方程式可以看出:1克分子的CH4完全燃
交流。
烧后可生成2克分子的水;按照分子式重量计算,即
1与冷凝式锅炉相关问题讨论
16克的CH4完全燃烧生成36克的水。这些水分在
文献[1]告诉我们:①如果锅炉的排烟温度降炉膛内全部蒸发成水蒸气,其重量是非常可观的,是
低到足够低的水平,那么烟气中呈过热状态的水蒸甲烷自身被燃烧掉重量的2.25倍。这大量水蒸气
气就会凝结而放出汽化潜热。国内外把通过冷凝烟正是天然气高位发热量与低位发热量相差约3700
て中的水蒸气,使得其中的汽化潜热得以利用的锅
的根本原因。因此,国内外锅炉同行致力于
炉称为冷凝式锅炉( condensing boiler);②是否采用开发能够回收这巨大潜热的锅炉新产品,德国
冷凝方式回收烟气余热大体上取決于是否能将回收 Froling公司早在30年前就成功开发出这类冷凝热
的热量加以利用;(3一般来说,排?中的水蒸气潜热水锅炉(我们了解到欧洲国家的冷凝锅炉大都是≤
在60℃以下才能得以回收,能?收的热量依赖于所2000kw的热水锅炉),其锅炉热效率可接近或超
要求利用的温度和利用率;④根据国外资料报道,降过100%(视低温回水温度而定)。冷凝锅炉在我国
低(指烟气)到露点之前的温度可使锅炉热效率提起步较晩,但也展现出良好前景。
高2%~5%,若将烟气温度降到露点以下,由于挽1.2燃气锅炉烟气中水蒸气的冷凝温度
回了潜热损失,因而可使锅炉热效率提高11%~
燃天然气锅炉烟气中水蒸气的冷凝温度,无论
是锅炉设计或是拟定产品的技术参数,我以为都是
收稿日期:2012-10-18
个非常重要、必须明确的指标。但目前存在不同
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探讨园地?
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冷凝温度随烟1.3锅炉热效率与锅炉系统热效率
气中SO3含量増加会升高,且很难确定;有说冷凝锅
目前我国采用的锅炉热效率定义为锅炉中被有
炉烟气冷凝温度为75℃或70℃,且为数不少的“冷效利用的热量Q1占输人锅炉总热量Q(输人锅炉
凝锅炉”运行中的排烟温度都大大超过以上温度
总热量Q,通常就是燃料低位发热量)的百分比,用
由资料得知,天然气主要成分是CH4,其它成分
也主要是碳氢化合物,基本不含硫(现天然气和液ク表示。の×100%
化石油气的纯度很高,可排除SO3对烟气冷凝温度
问题及分析:
的影响),天然气燃烧后烟气主要成分是CO2、H20
(1)图3所示为一种燃气蒸汽冷凝锅炉水系
N2、NO、。文献[2]中介绍:若燃烧在大气压下进行,统。软水箱出来的水→循环泉一→经过冷凝器→进入
当过量空气系数为1.1时,其相应的烟气露点温度软水箱;软水箱的水→锅炉。图3中烟气冷疑器的
是57℃。
位置是一般蒸汽锅炉省煤器(节能器)所处的位置。
图1示出了烟气露点温度随过量空气系数变化如果按照一般蒸汽锅炉给水系统,锅炉给水由软化
的情况。实际上,員然各地的天然气成分有所不同,水箱→给水泵→省煤器→锅炉,那么烟气冷凝器做
但由于其主要成分为甲烷且占绝大部分,其它部分得再大再好也不可能将排烟温度降到烟气的冷凝温
影响很小,经计算其露点温度误差不超过3%(符合度。故设计者将经烟气冷凝器的水进入软水箱,然
实际要求的范围)。
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℃,那么冷凝器出水温
度应≤45℃)。暂且不谈烟气冷凝器和水箱的水能
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否将烟气温度降到冷凝温度,但至少是软水箱的水
是不能全部进人锅炉(因为理论上此水箱必须足够
55
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。
1.2
过最空气系数
锅炉
图1
烟气冷凝器
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
进锅炉
软水
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℃是天然气烟气显热
软水箝
和潜热的分界点,因而有理由认为天然气烟气露点
水泵
水泵
温度应不超过60℃。
l15
的加药
s110
图3带冷凝器蒸汽冷凝锅炉给水系统
100
2)图4所示为另一种冷凝蒸汽锅炉给水系
统,即在烟气冷凝器前面串联一个省煤器(节能
器),如需要冷凝时,则将两台并联水泵同时开启。
020406080100120140160180200
非温度/C
其水流程是:软化水箱的水经冷凝器后再经省煤器,
图2
然后一部分进锅炉,另有一部分经加热后多余的水
当然在锅炉实际运行过程中(如起、停炉阶流回软水箱。在锅炉连续运行的额定工况下软化水
段),在锅炉前后烟箱、对流烟道和局部保温较差的箱的水温将不断升高,此系统要将烟气温度降到冷
地方在主流烟气温度较高的情况下也会有冷凝水产凝温度是有困难的
生等情况发生,但不能说,此时的温度就是烟气开始
我们按图5蒸汽锅炉水系统,采用ND钢翅片
冷凝的温度
管冷凝器,用20℃水将烟气温度降到60℃(出水
45℃),计算结果显示需要2.2倍以上蒸汽锅炉给