《燃气锅炉冷凝器设计及系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《燃气锅炉冷凝器设计及系统（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、燃气锅炉冷凝器及系统设计天然气锅炉的冷凝回收装置发源于欧洲。荷兰、英国、德国、法 国、奥地利等国家于上世纪 70 年代，开发家用冷凝式锅炉，到 80 年代末期 90 年代初期，冷凝式锅炉除了具有传统锅炉的共性之外， 更是制热机理的大胆革命与突破。在一些能源利用率较高的欧美国 家，燃气冷凝式余热回收的热水锅炉其热效率高达103%以上，此外 在烟气中的 CO2 和 NOX 等有害成份也大大降低，这对环保来说是 非常有利的。在欧美等国，由于政府鼓励使用冷凝锅炉，所以需求量 不断增加，至 2004 年，冷凝锅炉的使用率瑞士60%，荷兰 50%， 德国 20%，奥地利(20%)，英国(15%)。冷凝式换
2、热器是一种低温热交换器，传热面积大，并使用了价格 昂贵的耐腐蚀的不锈钢材料，虽然价格较高，但这只是一次性投资， 其投资回收期一般不超过两年，节约的燃料费很快就将投资回收。因为每1Nm天然气燃烧后可以产生1.71kg水蒸汽，具有可观的 汽化潜热，大约为37OOKJ，占天然气的低位发热量的10%左右。在 排烟温度较高时，水蒸汽不能冷凝放出热量，随烟气排放，热量被浪 费。烟气冷凝余热回收装置，可以利用温度较低的水或空气冷却烟 气，实现烟气温度降低，靠近换热面区域，烟气中水蒸汽冷凝，同时 实现烟气显热释放和水蒸汽凝结潜热释放，而换热器的水或空气吸热 而被加热，实现热能回收，提高锅炉热效率。以 天然 气
3、 为 燃 料的 锅炉烟气 中水蒸 汽 容积成分一般为15%19%，燃油锅炉烟气中水蒸汽含量为10%12%，远高于燃煤 锅炉产生的烟气中6%以下的水蒸汽含量。目前锅炉热效率均以低位 发热量计算，尽管名义上热效率较高（我国按照低位发热值计算，烟 气中的水蒸汽带走的热量未做计算），但由于天然气高、低位发热量 值相差 10%左右，实际能源利用率并不高。为了充分利用能源，降 低排烟温度，回收烟气的物理热能，当换热器壁面温度低于烟气的露 点温度时，烟气中的水蒸汽将被冷凝，释放潜热，10%的高低位发热 量差就能被有效利用。传统锅炉中，排烟温度一般在16025OC，烟气中的水蒸汽仍 处于过热状态，不可能凝结成
4、液态的水而放出汽化潜热。众所周知， 锅炉热效率是以燃料低位发热值计算所得，未考虑燃料高位发热值中 汽化潜热量的热损失。因此传统锅炉热效率一般只能达到 88% 92%。而烟气冷凝余热回收装置，它把排烟温度降低到3070C, 充分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热。锅炉热效率提高比例：1 Nm3天燃气燃烧生产理论烟气量约10.3N m3 （大约12.5kg）。以过量空气糸数 1.3为例，产生烟气14 N m?（大 约16.6kg）。取烟气温度200C 降低至70C,放出物理显热约1600KJ, 水蒸汽冷凝率取50%,放出汽化潜热约1850 KJ,总计放热3450 KJ, 约是天然气低位发热量的
5、10%。若取80%烟气流过热能回收装置， 可以提高热能利用率8%以上，节省天然气燃料近10%。（二）冷凝余热回收原理1、天然气（LNG）以及其它的燃气燃料主要是碳（C）和氢（H）两元素结合而成的化合物，能保持完全燃烧，因其不含硫磺成份，所以不产生在低温条件下腐蚀金属的硫酸（H2SO4）和亚硫酸（H2SO3）,是一种清 洁的燃料。天然气的主要成份：CH + C H + C H + C H + N426384102甲烷 + 乙烷 + 丙烷 + 丁烷 + 氮90 %+ 6.8% + 2.5 %+ 1% + 0.3% =100%2、含在燃气中的氢（H）在锅炉部燃烧时与氧结合成水。生成的水 从燃烧时产生
6、的热量（高位发热量）中吸收约 10%的气化热而变成水 蒸汽，与排出的烟气一道排出（冬季水蒸汽与冷空气相遇而凝结，从 烟囱观察到冒白烟就是这个原因） 。燃气的高位发热量 - 汽化热（潜热） = 低位发热量9450Kcal/N m3 - 950Kcal/N m3 = 85OOKcal/N m33、水在高温烟气中，吸热蒸发为水蒸汽，水蒸汽遇到通过冷空 气或冷水的传热面，重新凝结成水而释放潜热（汽化热 539Kcal/kg）。 冷凝余热回收锅炉就是在燃气锅炉的排烟通道上设置通过冷水的热 交换器和加热空气的空气预热器，烟气在通过热交换器的传热面时水 蒸汽重新凝结为水，将其汽化热（潜热）释放出来，并加热交
7、换器的介 质（冷水或空气）。一般情况下，天然气燃烧排烟中含 CO 含量约为10-12%； NO2x含量约为60-80PPM，这些有害气体促成酸雨产生或温室效应，诱发大气臭氧层的破环或影响臭氧生成。使用冷凝余热回收锅炉时，对这一环境污染有极大的缓解。CO +H OH CO2 22 3NO +H OHNO +HNOx 2 23在上式中可以看出：CO2和NOx在冷凝余热回收锅炉的尾部烟 道中与冷凝结露的 H2O 结合生成对应的酸，并随着凝结水从排放管 排出。而烟气中的有害成份CO和NO含量大大咸少,CO约减少2x240%,含量由原来的12%下降至6-7%;NOx约减少至20PPM以下。 而烟气中冷凝
8、下来的冷凝水因含 H2CO3 HNO2、HNO3呈酸性，一 般不宜直接排放。在实际运用过程中，检测冷凝水排放PH至在67 为弱酸性，可通过添加 MgO、石灰水、石膏等常规碱性化学物品中 和，生成对环境无害的产物进行排放。从这一点来说冷凝锅炉同时起 着净化烟气的作用，国家对环保要求越来越严的今天，更具有推广价 值。（三）冷凝余热回收节能装置原理图在排烟通路中，设置冷凝余热回收热交换器，烟气在通路通过传 热面，温度降至露点温度以下，含在排烟中的水蒸汽凝结潜热将冷水 或温水加热，这就叫余热回收节能装置（又称冷凝换热器）。在流程中看到的冷凝节能装置在尾部烟道中串联布置 （前后布 置），将烟气中的水蒸汽
9、冷凝下来，结露后吸收烟气中的部分CO2和 NOx，洁净了烟气，起到环保作用。采暖系统图热水统图（四）、节能特性及工作原理天然气锅炉的排烟温度一般在120C25OC，烟气中有7% 15%的显热和 11%的潜热未被利用；我们设计的烟气冷凝器采用翅片 管换热结构形式换热，利用生活热水或采暖水将排烟温度冷却至 40C80C, 回收了烟气中的一部分显热和潜热，加热了生活热水 或采暖水。低位发热量（低位热值，PCI丿是指 1Nm3天然气完全燃烧后放出 的全部热量中扣除水蒸气的汽化潜热后所得到的热量。高位发热量（高位热值，PCS丿是指 1Nm3天然气完全燃烧后冷却 至原始基准温度时放出的全部热量，其中包括燃
10、烧产物中水蒸气冷却 凝结放出的汽化潜热。热效率（R丿是指送入锅炉的全部热量中被有效利用的百分数。 由于一般锅炉的在燃料燃烧后，排烟温度还相当高，烟气中的水蒸气 不可能凝结下来，因此，工程计算常采用低位发热量作为计算依据。其冷凝器回收热量的示意图如下：失烟气回收热量8Kcal5Kcal汽化潜热llKcal锅炉吸收热量90Kcal失10Kcal冷凝回收热量5Kcal烟气损失炉体散热损水蒸气吸收总热量烟气损失炉体散热损水蒸气汽化潜热（五）、冷凝器所应满足的技术特性1. 冷凝器装置的合理设计目标1）即合理利用能源，又要防止腐蚀，保证设备安全；2）总压降较小，动力消耗少，即烟气压降小且符合系统要求， 这
11、样即可减少动力消耗，又能保证一定的传热量；3）操作方便；4）采用传热强度高、密集度大的传热元件，以保证有较小的外 形尺寸和重量；5）有一定的连续工作寿命，维修简单；6）安全可靠，考虑了热应力、防腐性能和强度等；7）尽量减少初投资，制造容易，以最短的时间收回成本。2. 冷凝器装置的技术特性1）节能，采用新型的换热翅片、排水结构，充分回收烟气中的 潜热，排烟温度可降到 30OC70C；2）环保，由于烟气中的部分水蒸气变成冷凝水，可以使烟气中 的 NOx 等有害气体部分溶解，减少排入大气的有害气体；3）耐用，换热管采用不锈钢制作，高效防腐；4）消声，翅片的扰流作用能够部分降低烟气的排放噪音；5）采用
12、烟气下进上出的方式，降低烟气压降，减少因需要增加 引风机而增加的动力消耗； （六）、与国外同类型或相同功能产品对比的优点1）本节能装置为了防止排烟结露的酸性腐蚀和供应无锈清洁热.资料. .水，用不锈钢铝翅片复合管来制成；2）与普通翅片管相比，不锈钢铝翅片复合管传热性能高出2倍 以上，3）耐腐蚀的不锈钢材质延长了其使用寿命；4）本装置可组装在锅炉上部，缩小占有空间，生成在传热面上 的凝结水亦可自然排出。5）烟气阻力小，对原锅炉排烟系统影响小，大部分锅炉房不用 增加引风机或增加烟囱高度。高效烟气冷凝器工程实例说明XX 究院冷凝器数据分析XXX 研究院的逆流烟气冷凝器的作用是加热生活用水，锅炉的排烟
13、温度为180C，经过逆流烟气冷凝器后的烟气温度为51C,进入冷凝器的水温度为30C, 流出冷凝器的水温度为33.5C,冷却水流量为21.6m3/h，可以计算出这时冷却 水吸收的热量87.78kw,这时锅炉的输出功率为1100KW，所以这时该冷凝器热 回收率为8%，每小时可节省燃气9.8Nm3，按锅炉每天运行10小时，全年运行 360天，则全年可节省燃气3528ONm3。按天燃气单价2.05 元/Nm3计算，则年 节约费用为 72324 元人民币。XXX 医院冷凝器节能数据分析医院锅炉房有2台5600KW、2台2800KW的热水锅炉和2台2t/h的蒸汽 锅炉。每台热水锅炉和蒸汽锅炉上均安装了相应
14、烟气冷凝器。安装在热水锅炉上 的冷凝器的作用是加热空调系统二次侧回水；安装在蒸汽锅炉上的冷凝器的作用 是加热锅炉房补水箱的系统补水。在0809采暖季锅炉运行过程中， 在2009 年3月25日我公司技术人员现场实测得到1台5600KW的热水锅炉和1台2t/h 的蒸汽锅炉安装冷凝器后的运行数据，如下：1、5600KW 热水锅炉运行数据：锅炉的排烟温度150C，经过烟气冷凝器 后的排烟温度降至50T，进入冷凝器的水温为40C,冷凝器的出水温度为 50C，水流量为40m3/h。2、2t/h 蒸汽锅炉运行数据：锅炉的排烟温度137C，经过烟气冷凝器后的 排烟温度降至60C,进入冷凝器的水温为50C,冷凝
15、器的出水温度为60C, 水流量为 8.5m3/h。根据以上数据经计算可以得出以下的节能分析:1、经过5600KW 热水锅炉冷凝器的水吸收的热量为448KW,这时锅炉的 输出功率为5600KW，所以这时冷凝器的热回收效率为8%,每小时可节省燃气 50Nm3，按锅炉每天运行10小时，每年采暖季为150天计算，则整个采暖季可节 省燃气75000Nm3。按天燃气单价2.05 元/Nm3计算，则年节约费用为153750 元人民币。2、经过2t/h蒸汽锅炉冷凝器的水吸收的热量为98KW,这时锅炉的输出功率为 1400KW，所以这时冷凝器的热回收效率为7%,每小时可节省燃气11Nm3，按锅 炉每天运行14小时，全年运行360天，则全年可节省燃气55440Nm3。按天燃 气单价
