重庆大学
硕士学位论文
燃气锅炉余热回收的理论与应用
姓名：张世军
申请学位级别：硕士
专业：工程热物理
指导教师：陈清华
20060501
摘要
天然气是环保型的珍贵化石燃料。我国正在加快发展和推进生活及工业用燃气锅炉，使得锅炉成为天然气最主要的消费设备。然而，目前燃气锅炉的能量利用水平普遍不高，其排烟温度较高，烟气中的余热未能得到有效利用和回收。本文针对燃气锅炉的余热回收问题，从理论和实际应用两方面进行了系统研究。
采用Nusselt纯蒸气凝结换热过程的分析方法，引入“混合气体边界层”，首次推导出了含湿混合气体在竖壁上凝结过程的换热系数表达式。含湿混合气体在竖壁表面凝结时，其凝结换热系数比纯蒸气凝结换热时大大降低，这主要是由于不凝气体边界层的存在，使得混合气体到气液界面的传热传质阻力增大，以及气液界面蒸气分压力下降，有效饱和温度降低所致。随着竖壁长度的增加，液膜厚度增大，加大了气液界面到壁面传热过程的热阻。
基于分离型冷凝式燃气锅炉，考虑换热性能、耐腐蚀和制造成本三者间的平衡，设计了可加装于常规燃气锅炉尾部烟道的冷凝式余热回收换热器，并进行了工业性能测试。设计计算结果和实测数据均表明，常规燃气锅炉加装冷凝换热器，可有效地回收烟气余热，锅炉热效率提高10%左右。
针对供热系统中单台大功率锅炉在全年大多时间能力过剩而导致供热效率下降的问题，设计了模块组合式铜管燃气热水锅炉，并进行了实验研究。其热效率达90%以上。
分析了生活及生产用燃气锅炉加装分离型冷凝换热器的经济效益。采用静态投资回收期法分析表明，常规燃气锅炉加装冷凝换热器以后，按满负荷运行，其投资回收期在排烟温度35~55℃时最短。另外，由于加装冷凝换热器，锅炉排入大气的有害物质大大减少，环保效益显著。
关键词：燃气锅炉，余热回收，热效率，混合气体凝结，经济分析
ABSTRACT
Natural gas is an environmental benign fossil fuel. Nowadays, Gas-fired boiler used in life and industry has been boosted in our country, which causes that the boiler becomes one of the main natural gas consuming equipments. However, in our country, utilization coefficient of gas-fired boiler is not as high as occident. Due to higher temperature of flue gas, the waste heat of flue gas is not reclaimed and utilized availably. Aiming at the problem reclaiming waste heat of gas-fired boiler, this paper does systemic research work on theory and practical application.
In reference to the analysis of heat transfer coefficient of Nusselt in the process of pure steam condensing, a boundary layer of noncondensable gas is defined in order to set up a mathematical model about a heat transfer process that the stationary vapor and noncondensable gas mixture condenses on a vertical wall, and the heat transfer coefficient in the condensation is worked out, which accords with some assumed conditions. The prediction about the thickness of condensate film adapt to the length of vertical wall is given. The conclusions show the difference in the condensing process under a same condition between vapor and noncondensable gas mixture and pure steam, and indicate the influence of the wall temperature in the condensing heat transfer. The conclusions accord with the results in the open literature.
The paper makes optimization among heat-transfer performance, anticorrosion and costs for production as for the separated condensing gas-fired boiler, designs a condensing heat exchanger able to equip on the conventional gas-fired boiler, and finally carries out experimental study on it. The results of calculation and experiment show that the conventional gas-fired boiler equipped with a condensing heat exchanger can effectively recover the waste heat of flue gas, thus, the thermal efficiency of the boiler is enhanced by about 10%.
As for the problem that heat-supplying efficiency drops as result of surplus capability of a single high-power boiler of the heat supplying during the whole year, the paper designs and studies the module copper pipes gas-fired boiler supplying hot water.
The paper has also analyzed the economic efficiency of the gas-fired boiler equipped with separated condensing heat exchanger that is used in life and industry hot water boiler. Through analysis of static investment return, when the conventional gas-fired boiler with 6T/h capacity equipped with the condensing heat exchanger
operates at the full loading, its investment returning time is up to its shortest at 35~55.
℃Moreover, due to the installment of the condensing heat exchanger, the deleterious substance discharged into atmosphere by the boiler is greatly reduced; therefore, the environmental benign benefits are remarkable.
Keywords：Gas-fired Boiler, Waste Heat Recovery, Heat Efficiency,
Gas Mixture Condensation,Economic Analysis
重庆大学硕士学位论文 主要符号说明
主要符号说明
Cp
定压比热容，J/(kg ﹒)℃ D
直径，m Eff
节能效率 F
换热面积，m 2 G
重量，kg g
重力加速度，m/s 2 h
焓，J ；对流换热系数，W/(m 2﹒)℃ K
传热系数，W/(m 2﹒)℃ P
压力，Pa q m
质量流量，kg/s r
汽化潜热，J/kg R
热阻，K/W ；气体摩尔常数，J/(mol ﹒K) T
温度，℃ u
速度，m/s V 体积流量，m 3/s ；价格，元/T
α 过量空气系数
δ 厚度，m
Ф 水蒸气冷凝率
η 动力粘度，Pa ﹒s
λ 导热系数，W/(m ﹒)℃
ν 运动粘度，m 2/s
ρ
密度，kg/m 3
准则数
λ
hD Nu = λ
νρν
p c a ==Pr νuD =
Re w
g w s T T T T Ln ??=
1 引论
1.1 节能和环保的重要性、紧迫性
1.1.1 能源概述
能源，通常指的是能够提供能量和做功的自然资源，是经济发展和社会进步的重要物质基础。它不仅是国民经济发展的动力，也是衡量一个国家综合国力和人民生活水平以及国家文明发达程度的重要指标。保证稳定的能源，过去是、现在是、将来仍然是每个国家发展战略的重中之重。
随着人类社会的发展以及新的能源种类的不断发现，能源的利用量和利用方式也随之发生了变化。18世纪的工业革命，由于蒸汽机的发明，使能源由草木转向了煤炭；19世纪末，内燃机又将能源扩展到石油。第二次世界大战以后，人们意识到化石燃料终究会枯竭，于是核能得到大力发展，与此同时，人们又积极探索开发其他能源。随着经济发展速度的加快，能源消耗量迅速增大。能源的生产和消费方式对环境的影响也日益突出。目前，世界各国都面临着经济发展与环境保护的协调问题。
能源可分为三类：第一类是来自太阳的能量，有直接来自太阳的辐射能，即通常所说的太阳能；有间接来自太阳的能源，如化石燃料、水能、风能、海洋能。第二类是地球本身贮存的能量，如地球内部的地热能和地球上的可用铀、钍、氘、氚等裂变聚变的核能。第三类是月亮、太阳、地球之间产生的能量，如潮汐能。
在这些能源中，已有一部分正在被人类消费使用。被广泛应用的能源称为常规能源，如煤、石油、天然气、水力、核裂变等。除水能外，由于化石燃料和核裂变燃料的消耗速度远大于生成速度，故称为贮存性能源。另一些由于技术、经济等的限制，尚未大规模开发利用的资源，称之为新能源。如太阳能、地热能、海洋能、生物质能、核聚变等。新能源不仅数量巨大，种类繁多，而且使用清洁，不易污染环境；又因它们(除核能外)消耗与补充速度可以持平，故又称连续性能源，或可再生能源。水能也属此类。
视利用过程对环境造成污染程度的轻重不同，目前主要的常规能源，煤、石油等燃料都被认为是不清洁能源；天然气污染较轻，有时被认为是清洁能源；水力则是清洁能源。而新能源一般都被认为是清洁能源[1]。
自然界中以现成形式存在、可直接取用的能源称为一次能源，如煤、水力、太阳能等等；经过加工或形式转换的能源称为二次能源，如焦炭、汽油、电力、蒸汽等等。
化石燃料指煤、石油、天然气、油页岩等。之所以叫化石燃料，是因为这类燃料是地壳内动植物遗体经过漫长的地质年代，经历长期的化学、物理变化而形
成的。化石燃料中的化学能最初来源于太阳。植物通过光合作用收集、转化了太阳能，接着转存于动植物的有机体中，成为化石燃料的原料。从数百万年前照到绿色植被的太阳能，到今天埋在地下的化石燃料的化学能，不仅需要漫长的岁月，而且转换效率极低。因此，目前地球上储存的化石燃料是非常宝贵的。
1.1.2 我国能源利用的特点
我国的能源利用具有如下一些特点[1]：
(1)我国能源消费规模巨大。一次能源消费已处于世界第二位，即使充分考虑了节能及技术进步潜力等因素，我国的一次能源消费也将在30~40亿T标准煤以上。建立一个这样巨大的、可持续发展的、不严重破坏环境的能源消费系统，将是我国政府今后必须面临的最严重的、也是特有的挑战之一。
(2)人均能源消费数量少，终端能源质量低。我国一次能源消费量尽管居世界第二位，但人均能源消费水平很低。终端能源质量不高。1996年商品能源人均年消费量为1.134T标准煤，仅为世界平均值的55%，距小康年人均消费2~3T标准煤的保守要求尚具有较大差距；居民家庭人均用电量为93kW·h，为美国的2.6%。国民经济电气化程度不高，两个度量指标是：一次能源转换成电能的比重，1993年我国为28.7%，发展中国家平均为32.9%，世界平均水平为36.5%；电力占终端商品能源消费量的比重，我国为10.1%，发展中国家平均为15.3%，世界平均水平为16.0%。
(3)能源强度高，能源效率低，浪费、污染严重。我国能源强度(即单位GDP 的能耗)远高于世界平均水平，为世界平均值的4.7倍，与英、美、加等国20世纪70年代的水平相近。能源转换利用效率比世界先进水平低10%。2000年，我国供电煤耗为392g(标准煤)/kW·h(供电效率为30%)。
(4)能源结构以煤为主。2000年一次能源消费为1280MT(标准煤)，其中比例为煤67.0%，石油为23.6%，天然气为2.5%，水电为6.9%。我国人均石油探明剩余可采储量仅相当于世界平均值的1/10。煤炭开发利用所带来的环境污染和生态破坏是我国能源环境的主要问题，而利用效率低下加重了环境污染。
(5)石油储量不足，进口迅速增加。到1998年底，我国已经探明的石油储量仅57.15亿T。到日前为止，已有48.7亿T石油储量已投入开发。1998年底已采出33.3亿T，可采储量采出程度达58.3%。我国从1993年起，就已成为一个纯粹的石油输入国，从1996年起已成为纯粹的原油输入国。2000年我国原油的纯进口量约为5996万T，预计2010年我国进口原油将达1.6亿T。
(6)水电资源丰富，但开发难度巨大。在水资源方面，尽管中国是世界上水电资源最丰富的国家，但开发水电资源仍然存在巨大的困难，许多大型水电资源都远离沿海的负荷中心，给电能的传输及其由此形成的互联电力系统的稳定性带来
了巨大的压力。
锅炉是一次能源的主要消费者。在我国，可以认为锅炉消耗一次能源有如下特点：
(1)一般为非再生的一次能源。锅炉多燃用化石燃料，如煤炭、石油、天然气等，这些燃料都是不可再生的一次能源。
(2)消耗量大。中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，也是目前世界上少有的几个以煤为主要能源的国家之一。煤炭在我国一次能源消费结构中占有主导地位。而且预计在今后相当长的时期内，这种格局不会有很大改变，我国煤炭产量的80%左右用于锅炉等燃烧设备直接燃烧。
(3)品种多样。在我国，过去数年一直奉行以煤为主的政策。目前锅炉仍主要燃用煤炭，但比例已经大大改变。除燃油、燃气量大大增加外，随着经济的发展和生活水平的提高，各种工业和生活废弃物在锅炉炉膛内燃烧，不仅能够使垃圾得到减容处理，而且还可以回收热能用于发电、供热等，变废为宝。即使燃用煤炭，由于煤炭供应紧张，锅炉也不得不燃用劣质煤、难于燃烧的贫煤、无烟煤等。总之，锅炉燃用的燃料向品种多样化方向发展。
(4)污染物排放量大。我国大气污染主要属于“煤烟型”污染。据统计，我国的大气飘尘在世界各国中名列前茅，SO2污染面积居亚洲各国之首。1997年，我国SO2排放量为6~7亿T，其中85%是由燃烧排放的；SO2排放量为2400万T，其中90%是由燃煤排放的；排放烟尘1744万T，其中73%是由能源开发利用排放的。由此可见，开发高效洁净燃烧技术是解决我国能源利用率低，降低环境污染的必然出路。
随着工业的发展，燃料消耗量大增，排放的烟尘、二氧化硫、氧化氮等污染物也随之大增，已严重影响生态环境，各国都在设法治理，限制污染物的排放量，以改善生态环境。我国近年来工业发展迅速，但治理还未跟上，生态环境污染严重，急待严格治理。环境保护的要求在促使锅炉技术中发展清洁有效的燃烧方法，寻求经济而有效的脱硫、脱硝(除去氮氧化物)的技术。近年来，更发现原来认为无毒害的二氧化碳由于燃料消耗量的增大，排放的二氧化碳增多，使大气中二氧化碳的含量增多，造成所谓温室效应，影响气候及生态环境。因此也必须限制它的排放，这也促使提高燃料能量利用的有效程度。
(5)热效率低，熵增大。虽然近几年来我国在节能方面已经做了大量工作，能源经济效益明显提高。但纵观我国能源利用现状，能源利用率只有32%左右，与西方发达国家相比仍然很低。如何挖掘巨大的节能潜力，提高能源利用率是今后我国国民经济发展过程中应着力解决的问题。锅炉炉膛中火焰的温度一般很高，而受热体的温度一般都较低，这一热量传递过程将引起较大的熵增。另外，能源
利用与环境污染有着直接的联系。
1.1.3 节能和环保的重要性、紧迫性
解决人类所面临的能源问题不外乎“开源”、“节流”两种措施。“开源”即开发新能源，“节流”指尽可能地提高能源的利用率，减少现有能源的消耗。开发新能源的工作虽然取得了较大进展，但还远未达到能替代常规能源的程度。因而节能得到高度重视，并被称为继煤炭、天然气及石油、水电、核能之后的又一重要能源。
事实上，节能具有两方面的意义：一是提高能源利用率，可减缓能源耗竭速度；二是利于环境保护。人类目前主要使用的贮存性能源是非常有限的，而目前世界消耗煤、石油、天然气的速度，超过它们自然生成速度的100万倍[1]。节能在目前来说，有利于缓解能源短缺；长远来说，可延长贮存性能源的耗竭时间；另一方面，能源利用率低除了造成环境熵增变大，热污染加重，往往还使得燃烧不完全等因素形成的大量烟尘和其它污染物排入环境，因此大力提高能源利用率，节约能源，同时也是环境保护的必需条件；化石燃料是人类目前消耗的主要能源，也是造成环境污染的主要来源，节能使单位产值消耗燃料减少，相应减少了污染物的排放量。1973年石油危机以来，大多数发达国家都设法降低了单位国民生产总值的能耗。发展中国家则仍处于能源浪费时代。近年来，我国单位产值的能耗很高，能源利用率很低。大量直接地燃烧原煤，造成我国城市环境污染严重，同时各种燃烧设备的热效率又远远低于发达国家。由此可见，节能对我国来说是极其迫切的任务。
20世纪50年代以来，在工业发达国家发生了一系列污染事件，形成了第一轮环境问题。80年代，新一轮经济的快速发展使环境与发展的矛盾再次突出。1972年，斯德哥尔摩人类环境会议，开始讨论了发展与环境的关系。1983年内罗毕会议指出了发展与环境必须协调。1987年，世界环境与发展委员会发表《我们共同的未来》的报告，提出了持续发展的纲要。1992年在里约热内卢，联合国召开环境与发展大会，世界各国对实行持续发展战略、协调经济发展与环境保护的关系取得了共识。然而，要真正做到发展与环境相协调，尚有大量问题亟待解决。
大气污染、温室效应、水污染、热污染、放射性污染、固体废物、噪声污染、石油污染、资源枯竭、土地减少、水土流失、农药滥用、稀有野生动植物灭绝等环境污染仍然威胁人类的健康与安全。环境的破坏和能耗的耗竭，危及当代人类的生存条件并殃及子孙后代。
由于大气污染中，主要污染物来自化石燃料的燃烧排放；热污染全部来源于热能动力工程的废热损失；温室效应主要归咎于化石燃料的大量燃烧；固体废物中，大量煤矸石、煤灰渣有待更好地综合处理等等。
我国在新世纪构建社会主义和谐社会战略任务的提出，使得能源领域的节能
和环保任务尤为重要和紧迫。2004年与1990年比，全国每万元GDP能耗下降了45%，但目前我国能源利用效率仍然仅33%，比发达国家低约10个百分点。无论横向与国外先进水平比，还是从自身纵向发展看，我国节能的空间和潜力还是很大的。我国“十一五”规划建议提出，到2010年单位GDP能耗比“十五”期末降低20%左右，并成为“十一五”规划建议中仅有的两个量化指标之一；2006年单位GDP 能耗降低4%左右，首次写入政府工作报告。这体现了我国政府对经济建设中的能源节约问题越来越高的重视程度。
1.2 天然气及其利用
1.2.1 天然气简介
天然气主要指油系天然气即油田气和气田气；此外还有煤系天然气。不论是与石油伴生的油田气还是单独的气田气，天然气的成分通常都是较轻的烷烃，主要是甲烷，还有乙烷、丙烷和丁烷等。燃用天然气，排放的污染物很少。天然气主要用作工业、民用燃料以及化工原料，也用于发电。例如，日本1992年、1993年天然气发电量均占全年总发电量的23%。目前，天然气已成为世界主要能源之一，它与石油、煤炭、水力和核能构成了世界能源的五大支柱。
世界天然气资源所含能量，大体与石油储量相当。目前估计全球总资源量为2.5×106~106亿m3。主要产气国有美国、俄罗斯、加拿大、荷兰、墨西哥等。美国也是天然气消费大国，近年来的年消费量约占世界总消费量的60%，另外的消费大户是日本和欧共体国家[2]。
我国是世界上最早发现和利用天然气的国家之一。早在2000年前的汉代，我国人民已将产天然气的气井，称为“火井”。虽然如此，但发展却十分缓慢。1949年以前，全国只有石油沟、圣灯山(均在四川省内)两个气田。新中国成立后，由于政府重视能源的开发，在50年代，我国已发现了10个新气田，天然气年产量达2.9亿m3时，比1949年增长了26倍。后来又在四川省建成天然气矿区，年产量在50亿m3以上，成为我国主要的天然气生产基地。我国现已探明近100个气田，天然气产量增长了1200倍。建国以来，生产天然气1500亿m3，平均每年递增24.6%。自1980年以来，在塔里木盆地的浩瀚戈壁深处，已打出数口油气井，每天喷出数万吨石油和上百万立方米的天然气。2005年中国石化集团在四川省宣汉县境内发现了储藏量达1143.63亿m3，可采储量878.32亿m3的特大天然气田。
据来自中石油和中石化两大天然气巨头的资料显示，目前我国天然气探明地质储量3.86万亿m3，可采储量2.47万亿m3，其中开发动用仅占有1/3的储量，还有2/3的储量没有动用，可供开发的资源基础雄厚；估计剩余可采资源量11.5万亿立方米。同时，随着勘探的深入、技术的进步和研究的进展，天然气资源量还
将增加。
我国天然气资源80%以上分布在西部地区，东部(含台湾)地区不足20%。由于目前勘探程度低，天然气生产主要集中在东部油气产区和中部纯气产区。此外，新疆、青海、陕北等地，油气田生产量也在逐步增多。
随着世界能源结构优质化，天然气在能源结构中占有越来越重要的位置。天然气在21世纪的经济建设中将发挥举足轻重的作用，如何高效利用天然气成为能源领域关注的热点。相对于燃烧其它一次能源的锅炉，天然气锅炉具有高效、环境污染小甚至无污染的等特点，因此备受人们青睐。在国外燃气(油)锅炉目前已经得到了普遍的应用。据统计，一些发达国家的供暖用锅炉中，燃气(油)锅炉已占有相当大的比例，俄罗斯占60％，美国占98％，日本占99％[1]。
由于近几年人们对环境保护的日益重视，燃气锅炉的应用得到了空前的发展。因而节约天然气资源的重要措施之一就是提高燃气锅炉的热效率。
1.2.2 天然气利用的关键技术
提高天然气锅炉热效率的两个主要途径：提高燃烧系统的燃烧效率，开发和利用低氮燃烧技术；提高排烟热能利用率。在燃烧系统一定条件下，提高排烟热能利用率，是高效利用天然气、减少环境污染的有效途径[2]。
目前，普通燃气燃烧设备排烟温度均很高，燃气锅炉在150~250℃以上，户用热水供暖两用热水器(炉)在120℃以上，造成能源浪费和热污染、有害气体污染。在居住密集区或高层住宅中应用时，会因各层各户的排烟在建筑外围形成有害气体墙。
在天然气燃烧设备尾部增设冷凝式换热器，将排烟温度降到烟气露点温度以下，不仅可以回收利用排烟显热，还可利用天然气燃烧时产生的大量水蒸气凝结时放出的大量潜热。同时凝结液对烟气中的CO x、NO x和SO x等有害气体有一定的吸收作用，因此，可提高能源利用率，并减少排烟对环境的污染。开发应用带有冷凝换热器的冷凝式天然气燃烧设备，将目前既有普通燃气锅炉房改造为冷凝式锅炉房，是高效利用天然气、减少环境污染的有效途径。而开发冷凝式天然气燃烧设备和既有燃气锅炉房改造的关键技术，是冷凝式换热器的研究与开发。
由于烟气中的部分有害气体会溶解到凝结液中，形成了具有酸性的腐蚀液(pH 值约为4~5)[3]，对换热器会产生严重腐蚀。冷凝式换热器的设计必须考虑到换热管(层)的抗腐蚀能力，采用耐腐蚀材料或耐腐蚀涂、镀层，且尽量将冷凝下来的酸性凝结水排出换热器外。
在对于天然气燃烧设备结构的紧凑性要求不高情况下，可以采用耐腐蚀性能强而传热性能不是很高的材料作为冷凝式换热器材料。如有些国家采用特种不锈钢、特氟伦和塑料。对于中小型天然气燃烧设备要求结构紧凑，一些导热性能不
图1.1 不同过量空气系数下的烟气水蒸气含量
Fig1.1 Vapor contents with different excess air ratios
好的防腐材料不利于设备的紧凑化。
这就需要从三个方面入手进行研究：开发导热性能良好的防腐材料；换热器的整体设计合理化；对含有水蒸气的烟气凝结换热传热传质过程进行强化，这是使设备高效能、小型化和安全可靠的关键技术。
1.3 冷凝式锅炉
1.3.1 冷凝式锅炉的原理
1.冷凝式燃气设备节能机理
天然气主要成分为甲烷(CH 4)，燃烧后会产生大量的水蒸气，根据天然气成份、过量空气系数及混合用空气湿度的不同，烟气中含水蒸气量有所不同，水蒸气体积份额最高可达28%，其燃烧化学方程式为：
Q CO O H O CH ++=+222422
由天然气燃烧化学方程式可以看出，每燃烧1Nm 3的天然气大约可得到2Nm 3的水蒸气，水蒸气的汽化潜热大约为燃气低热值的11%，这意味着当燃气燃烧每提供100kW 显热时，同时也提供了11kW 的潜热。当保温良好的情况下，燃气设备的主要热损失就是排烟热损失。冷凝式天然气燃烧设备就是通过设置冷凝式换热器，将排烟温度降到露点温度以下，使烟气中的水蒸气冷却下来，回收利用天然气燃烧设备排烟中的显热和潜热。
2.冷凝式锅炉的热效率
排烟热损失是燃气设备的主要热损失，它决定于排烟温度和排烟量。对于一定的燃料，排烟量决定于过量空气系数的大小，而过量空气系数又和燃烧状况直接相关。降低排烟温度和减小过量空气系数，尤其是在保证较小的过量空气系数情况下，降低排烟温度可显著减少排烟热损失。不同的过量空气系数可导致烟气中不同的水蒸气含量，如图1.1[1]。由烟气中的水蒸气含量以及干烟气、空气和水蒸
气的温-焓表，给定温度下，烟气携带的热量就能够确定，从而获得燃气设备的节能潜力。
应当指出，过量空气系数的增加，也会导致锅炉效率降低，热回收也更困难。最简便、有效的方法是使锅炉在最佳的过量空气系数下运行，可确保锅炉在安装烟气余热回收装置前后都有较高的效率。
计算冷凝式锅炉的热效率要考虑以下三个方面[4]：
(1)在排烟温度35℃左右时，按高位发热值计算的冷凝式锅炉的热效率一般可以达到95%左右。因为我国多采用低位发热值进行计算，天然气的高低位发热值之差约为10%，因此，使得很多文献资料中出现了按低位发热值计算的热效率超过100%的情况，实际上烟气中的水蒸气一旦发生冷凝，继续沿用低位发热值计算热效率就显得不合理了，也就是说，无论什么锅炉，其热效率均不可能超过100%。
(2)在排烟温度220℃时，按高位发热值计算的常规燃气锅炉的热效率一般在80%左右，由此可知，冷凝式锅炉的热效率可比常规锅炉提高11~15%。应该强调指出的是，15%的效率增益有40~50%是由排烟温度的降低引起的显热回收带来的，其余的50%~60%的效率增益才是水蒸气汽化潜热回收的结果。严格地讲，目前新投运的冷凝式锅炉的效率增益是由回收的显热、潜热以及外壳密封保温、控制功能改善（如减少备用损失）四部分得到的综合效应，其中外壳密封及保温和控制功能的改善一般可提高效率1~3%。所以把冷凝式锅炉的高效率完全归功于冷凝，是不确切的。
(3)冷凝式锅炉并不是只有在冷凝模式状态运行时才具有较高的热效率。冷凝式锅炉具有较大面积的热交换器，总是能够吸收烟气中的显热，因此即使工作在非冷凝模式仍然具有高于常规锅炉的热效率。
锅炉负荷、系统回水温度、过量空气系数都直接影响冷凝式锅炉的热效率。
以北京地区天然气为例，高位热值为38358kJ/Nm3，低位热值为34625kJ/Nm3，则冷凝式天然气热水器按低热值计算的最高理论热效率可达110%。由于实际应用中受环境因素及设备换热性能、保温等影响，不可能达到理想状态。而目前的传统式天然气燃烧设备按低热值计算热效率多为85~88%，而国外数据显示，冷凝式燃气设备即使按高热值计算达到85%也非常容易，而此时若按低热值计算则达93.5%，节气率为9.8%，相应产生的有害物减少9.8%，热水产率增加10%[3]。
3.燃气设备排烟中的热能回收潜力
℃1m3的干气体和天然气的高位发热值(HHV)是指通常状况下(101.325kPa，20)
空气完全混合燃烧，燃烧产物冷却至初始温度，燃烧后生成的水蒸气冷凝至液体状态时向环境释放出来的热量。天然气的低位发热值(LHV)和高位发热值(HHV)的定义类似，但燃烧后生成的水蒸气仍保持气体状态，水蒸气的汽化潜热(每1kg水蒸
气冷凝的汽化潜热为2453kJ)没有被回收。
图1.2 满负荷时热效率与回水温度的关系图1.3 热效率随负荷的变动关系
Fig1.2 Thermal efficiency VS water temperature Fig1.3 Thermal efficiency VS boiler load
典型天然气的高位发热值一般在37~39MJ/m3范围内，因为在实际燃烧过程中，燃烧产物无法冷却至反应的初始温度，因此真正的高位发热值无法达到。很明显，燃料中氢的含量越高，低位发热值就越低，对天然气而言，低位发热值一般为高位发热值的90%。
图1.4 热效率提高潜力随回收设备排烟温度的变化
Fig1.4 Potential of thermal efficiency with different flue gas temperature
燃料在常规换热器燃烧时，燃料高位热值的80~85%传给了工质，其余的热量通过排烟和表面散热损失排到大气中。对于燃用天然气的设备，烟气中水蒸气所携带的热损失占整个排烟热损失的55~75%。决定天然气燃烧设备热效率的因素
有：燃料种类(氢含量)、排烟温度、工质的温度、所需的低品位热能的数量、燃料的含水量、过量空气系数以及燃烧用空气的湿度等。其中前4项对燃煤、燃油燃气锅炉同样有影响。图1.4为热效率提高潜力随热回收设备排烟温度的变化情况[3]，由此可以看出天然气燃烧系统的热效率提高潜力很大。
是否应采用冷凝式烟气余热回收装置大体上取决于是否能将回收的热能加以利用。一般来说，排烟中的水蒸气潜热在60℃（烟气露点）以下才能得到回收，能够回收的热量依赖于所要求的利用温度和利用率。如果利用温度接近排烟的露点温度，仅能回收较少的热量。利用温度越低，回收的热量越多。因此，低温下预热冷水可获得高的回收率，而在较高的温度下输出热能会降低可以回收的热量数量。
在伴有凝结的换热过程中，潜热交换与显热交换间的相对大小，是反映烟气的物性对强迫对流凝结传热传质影响的无因次准则。近年来的研究表明，烟气对流凝结换热系数与单相对流换热相比，可达1.7~3倍[3]，其值随烟气修正的雅格布准则数的增大而增大。因此，排烟热能利用潜力相当可观，且回收相同热能的情况下，冷凝式换热器所需换热面积比普通无冷凝换热器小。
1.3.2 冷凝式燃气设备的发展历史
最早出现的冷凝式天然气燃烧设备为冷凝式燃气热水器，是20世纪70年代末出现的新一代高效节能型热水器，排烟温度可降到50℃以下，一般比传统热水器节能15%左右。而典型的是1979年荷兰Gasunie公司于1979年设计的样机，如图1.5，这种设计中典型的方式是烟气以大约120~150℃的温度离开第一个换热器，离开第二个换热器后烟温大约为40~50℃。锅炉的回水温度较低。到1984年住宅供热锅炉的10%为该种锅炉，其它类建筑达25%以上[1]。
在国外，将回收烟气中水蒸气汽化潜热的锅炉统称为冷凝式锅炉。由于冷凝式锅炉利用烟气中水蒸气的潜热，可将热效率提高到100%以上(仍按燃料低位发热量计)[15]。且排烟中有害物浓度大大降低，可减轻对大气的污染，有利于环保。根据国外经验，50kW以下锅炉的凝结水可不用中和处理直接排放。因锅炉增设冷凝换热器及烟道、烟囱需防腐而增加的费用可在2~4年内回收。这种锅炉燃用液体、气体燃料和应用于低温热水供热系统时节能效益尤为明显。因此，冷凝式锅炉首先在西方发达国家得到了研究和应用。自20世纪70年代以来，荷兰、法国、英国、奥地利、德国和美国相继进行了冷凝式锅炉的研制，锅炉增设各种形式热交换器，利用烟气中水蒸气冷凝时放出的汽化潜热。这样，由于在供热系统中广泛
1—保温层 2—燃烧器 3—水冷锅炉 4—换热器
5—出水口 6—燃烧用空气 7—冷凝换热器
8—供水口 9—风机 10—空气入口
11—冷凝疏水口
图1.5 Gasunie公司开发的冷凝式锅炉
Fig1.5 Condensing boiler designed by Gasunie
使用冷凝式锅炉而使燃料消耗量大大减少，节约了能源。大量的试验结果表明，当燃用天然气时，锅炉的保养工作量是很少的，锅炉热效率可提高10~15%。
1971年法国的煤气公司(Gaz de France)和液化工业公司(L'In-dustrial de Chauffage)最早对冷凝式锅炉进行了研究。早在1972年就已经安装了几种系统，且多年来一直运行很好。德国弗洛林(Froling)公司在1975年以一台基本上为小型工业应用而设计的装置投放市场。瑞士弗拉特·法波任肯(Flakt Fabrieken)公司出售了一种为在纸浆和造纸工业对黑色液体回收蒸煮器的污染控制与热回收而设计的装置，产品遍布整个欧洲，其中有些机组从1974年以来，一直在运行中。英国巴列士-克顿(Bayless-Kenton)公司1979年以来、热提取协会1976年以来和史密斯公司(Smith)1981年以来开始生产并销售冷凝式锅炉。冷凝法热回收系统在美国使用得相对较晚，比欧洲晚了十年左右。
1.3.3 冷凝式燃气设备的研究和应用现状
国外冷凝式供热锅炉的生产与应用已具有一定规模。荷兰于20世纪70年代开始研制冷凝式锅炉，到1984年住宅供热锅炉的10%为该种锅炉，其他类建筑达25%以上。1985年生产了2.5万台热功率为95~1200kW的冷凝式锅炉，占全部供热锅炉年产量的20%。1995年住宅使用量增至230万台，其余建筑使用15万台，一年共节省20亿m3天然气[1]。法国1985年仅有7500台冷凝式锅炉，后来每年增加5万台以上，凡有燃气供应的新建房屋已全部用冷凝式锅炉供热。2000年全部供热
锅炉中冷凝式占一半以上。英国由于北海天然气田和油田开发，煤的用量下降，燃气用量大增，已有一半以上住宅用燃气供热。冷凝式锅炉价格比非冷凝式高50 %，但使用2~4年即能收回成本。德国有3家公司生产20~1392kW各种冷凝式锅炉。小型锅炉挂壁或屋顶安装，节省房屋使用面积。挂壁的50kW冷凝式燃气锅炉尺寸只有720mm×600mm×290mm，运行自动化程度很高，有过热、冻结、倒空等各种保护，燃烧器可在额定功率30~100%范围自动调节以适应热负荷变化，无需值守。俄罗斯也在积极研制热功率为100~5000kW的单体或模块化燃气冷凝式锅炉，1993年起批量生产，金属热强度指标在0.6~2.5kg/kW，与其他国家相比处中游水平，但价格上占优势。欧洲和美国是世界上这类产品的主要生产者，各国还制定了相应的标准和规范，对其最低效率、最高排烟温度、材料、结构、安装和冷凝水排放等问题作了规定。其中对最低效率的要求，各国比较一致，即以燃气高热值计算时约为90%。为推广这种高效热水炉，许多国家还制定了各类鼓励政策，如荷兰对购买准冷凝型和冷凝型功率在35kW以下的用户每台燃具补贴350荷兰盾(190美元)，对大于35kW的燃具补贴10盾/KW(5.5美元/kW)，澳大利亚采取免税的方法等。
1—燃烧器 2—燃烧室 3—炉膛 4—对流受热面 5—出水管 6—锅炉壳体 7—排气管 8—排烟管道 9—弯头 10—进水管 11—排烟口 12—换热器 13—圆锥体 14—连管
图1.6 一种特效节能天然气锅炉
Fig 1.6 High efficiency gas-fired boiler
我国陕西省能源中心吴仰天高级工程师发明设计的一种特效节能天然气锅炉，已经具备冷凝式锅炉的概念，如图1.6。其结构特点是，燃烧器的喷头从锅炉底部沿燃烧室内壁的切线方向喷入天然气燃烧。烟气经炉膛和对流受热面放热后流到锅炉侧上方的换热器，换热器中设有排烟口和进水管，进水管四周有多排小孔向
烟气喷水，可使排烟温度降至25~75℃，锅炉的热效率可达100 %以上[5]。
国内已研制出了冷凝式燃气热水器(炉)的样机(包括冷凝式换热器)，但目前尚无产品上市。我国是一个发展中国家，保护环境和合理利用资源是基本国策，不能走先污染、后治理的老路。因此，必须首先广泛开辟气源，创造条件使用洁净燃料。其次是大力研制冷凝式燃气锅炉，并将利用天然气本身的特点，开发既能提高锅炉热效率，又能使附加产品得到综合利用的系统，这将使保护环境和大幅度节约非常珍贵的清洁燃料——天然气的有效方法。
1.4 含湿混合气体凝结换热过程
如前所述，除开发导热性能良好的防腐材料和换热器的整体设计合理化外，还必须对高水分烟气(含湿混合气体)凝结换热传热传质过程进行研究，这是使燃气设备高效能化、小型化和安全可靠不可忽视的因素。
和纯蒸气的凝结换热过程相比，混合气体中不凝气体的存在对气液界面的换热热阻产生很大的影响，受到对流传热和传质因素的共同作用，大大降低了换热系数，对该过程的描述需要大量的理论与实验研究工作。
含湿混合气体凝结换热过程涉及复杂的动力学原理及广泛的工程应用背景，如对空气进行热湿处理的表面式冷却器等。国外学者对此做了大量的工作，主要在纯蒸气凝结换热的理论成果基础上，对不凝气体的存在造成的影响进行实验研究并做出修正。目前国内仅有西安交通大学和北京建工学院等单位利用单一换热管对此做过实验研究，也只是取得了阶段性的成果。而混合气体中水蒸气凝结的换热系数理论推导方面工作极少，因此，关于凝结换热强化方面尚需大量工作。
1.5 本文的研究内容及目标
通过上述分析可知，提高天然气锅炉的热效率，主要依靠降低锅炉排烟的温度，即回收烟气的显热和潜热；而换热面积的减小则有赖于换热器对流换热强度的加大。因此鉴于以上两点，本文研究内容包括以下几个方面：
1、着眼于燃气锅炉烟气余热回收装置的凝结换热过程，推导了含湿混合气体凝结过程的换热系数；在此基础上，对混合气体凝结过程的参数变化趋势进行了预测。
2、在分离型冷凝换热器的结构、换热性能和制造成本等方面进行优化，设计了一种可以加装于常规天然气锅炉的冷凝式燃气锅炉烟气余热回收装置，并对其换热性能进行了理论预测和实验研究。
3、基于集中供热锅炉在一年内不同季节负荷的巨大差异而造成锅炉热效率下降，设计一种模块化天然气热水锅炉，进行实验研究，测试其热效率，并提出了
冷凝式模块化天然气热水锅炉的设想。
4、在设计计算和实验数据基础上对常规天然气锅炉加装烟气余热回收装置(分离型冷凝换热器)的经济效益进行分析评价，利用静态投资回收期法计算其投资回收期。
2 含湿混合气体凝结换热分析
2.1 引言
凝结换热是工质从气态到液态的一种相变换热过程。凝结过程中热量传递与质量传递同时存在，并分为单组分的凝结换热和混合物的凝结换热，而工程实践中的凝结换热过程多属于后者。本章着重分析的含湿混合气体凝结换热过程涉及复杂的动力学机理和广泛的工程应用背景，特别是在液化石油气体、液态氮和液态氧的生产以及对空气进行热湿处理的表面式冷却器和用于燃油燃气锅炉节能的冷凝式锅炉的研究和使用方面，尤其受到关注。
对于该类工程实践中经常遇到的含湿混合气体的凝结换热状况，大多数相关文献都是通过设定实验条件，研究凝结换热过程中的某个参数对混合气体凝结换热系数的影响，进行因次分析，以此得出其实验条件下的关联式。
Nusselt 对静止纯净蒸气的凝结换热作了早期的研究。事实上，迄今为止实验数据基础上得出的混合气体凝结换热系数的关联式相当少，多为Nusselt 凝结换热 计算式的修正形式：Nu x h h α=，式中x h 为混合气体凝结换热系数，Nu h 为Nusselt 凝结换热系数，而修正系数α由实验数据确定，一般被看成只是不凝气体含量的函数[6,7]。
含湿混合气体的凝结换热过程一直受到国内外研究人员的关注，迄今为止已经有研究单位开始在大量实验工作的基础上进行一定条件下的理论分析，并分别取得了一定的成果。Shripad T.Revankar [8]等对竖直管道中的混合气体凝结过程进行了研究，建立了二维数学控制模型，利用迭代法，得到了Nu 数随管长与半径的比值的变化趋势。Karl Stephan [9]利用数学分析的方法，研究了混合气体在竖壁的凝结过程，对凝结过程热流密度受不凝气体的存在而产生的影响做出了判断。文献[10]给出了混合气体在竖壁凝结的传热传质过程的分析方法，并总结了Sparrow 的研究成果，同样提供了不凝结气体对水蒸气膜状凝结换热的影响曲线。文献[11] 将显热交换和潜热交换两部分看成一个整体的换热过程，根据Colburn-Hougen 模型的假设条件和结论进行因次分析，建立了一个新的准则数
w
g w s T T T T Ln ??= 其中该准则数的分子是对应于水蒸气分压力的饱和温度T s 与壁面温度T w 的差值，分母是混合气体主流温度T g 与壁面温度T w 的差值；对实验数据进行多元回归，得到混合气体横向冲刷单排管束的复合换热准则关系式：
锅炉节能工程
烟气余热回收装置技术参数 烟气余热回收型号：JNQ-4 节能器进出水接口尺寸（热水锅炉）：DN125 节能器进出水接口尺寸（蒸汽锅炉）：DN50 烟气进/出口直径：可根据配套锅炉尺寸￠400 烟气侧阻力：≤50Pa 设备换热材料：耐高温，高频焊螺旋翅片管。 使用我公司节能器，可使烟温从150℃-220℃降到80℃-170℃左右，可使软化水箱循环 加热将锅炉给水从常温给水提高到50℃-80℃，从而使得锅炉效率6.8%以上。 实际节约的总热量由用户的用热情况及烟温可下降的幅度决定。 烟气余热回收装置结构介绍 我公司生产的烟气余热回收装置为整体组装式，安装方便，便于维修。翅片管外走烟气，管内走水，形成间壁式对流换热。 设计结构本身就考虑了水力的均匀分配。所配管束均为一样。实际的使用效果非常好！ 烟气侧管箱采用了碳钢材料制造，采用航天高级防腐涂料对与烟气接触部分进行了防腐处理。防腐涂料固化以后表面形成一层瓷釉，可以有效地防止弱酸的腐蚀。达到预期的使用寿命。 设备本身带有冷凝水排放装置，“烟气余热回收装置”最下部设置了冷凝水收集箱及排放口,及时将产生的冷凝水排出，排入下水系统.冷凝水为弱酸性，PH值实测为6左右，不
会对环境造成污染。冷凝水收集箱采用航天高级防腐涂料进行了防腐处理，耐腐蚀性强，使 用可靠。 烟气余热回收装置换热技术介绍 我公司生产的烟气余热回收装置是采用强化翅片换热管结构。整体组装，安装方便，便 于维修。采用强化传热技术，从而能够把烟气中的热量最大程度回收的节能装置。 换热技术说明： 利用换热翅片的特性，通过脱流涡界产生脉动气流，在翅片扩展面间隙中形成具有周期性特性的射流，使原来稳定流动的烟气产生有规律的周期性脉动，交替出现的脉动压力波使原来的层流变为强烈的紊流，受热面的冲刷变得更加剧烈，边界面减薄，气流混合充分，强化了烟气与换热面之间的传热；同时，脉动气体产生的烟气震动使冷凝液膜明显减薄，加快冷凝液滴的脱离速度，强化凝结换热。该强化扩展面传热技术可降低烟气侧的热阻，节省换热面。脉动压力波频率可以选择，通过合理设计，脉动气体产生的烟气振动不会与设备产生共振，运行稳定、安全可靠。换热技术特点： 1、应用范围广，可用于燃油、燃气锅炉、油田加热炉、余热锅炉、直燃机、燃气发电机，燃煤 锅炉低温余热回收（根据不同结构形式可布置在锅炉不同位置）等多种类型设备。气-气，气-汽，气-液等多种介质间传热。适用温度范围：50-300℃ 2、传热系数高，当量传热系数比普通换热器提高2倍以上 3、启动迅速、传热速度快，系统启动数秒就可将烟气温度降到低点，烟气中的水蒸汽迅速凝结 放热，节能效果显著 4、流动阻力小，扩展面为低翅结构，烟气流程短且与散热片同向流动 5、脉动气流及冷凝水可自动清灰和冲刷受热面，使受热面不易结灰垢，不易堵塞 6、结构紧凑，翅片扩展面强化换热，设备体积小，重量轻 7、降噪：独特的内部结构及翅片的扰流效果可以在一定范围内有效降低锅炉烟气排放的噪音 8、环保：烟气中水蒸气的凝结可以吸收烟气中的部分酸性气体，对烟气排放有一定的净化作用
以煤炭作为主要燃料的工业锅炉仍占据着主导地位。随着天然气工业的迅速发展，以此种清洁能源为燃料的锅炉将会逐渐增多。与燃煤相比，燃烧天然气虽然排放的二氧化硫及氮氧化物的含量很少，减轻了对环境的压力，但燃烧后产生的大量水蒸气随高温烟气排放到环境中，造成了能量的严重浪费。而采用冷凝式锅炉将高温烟气中的显热和潜热予以回收，可以达到充分利用能源降低运行成本的效果。 引言 冷凝式换热器就是增设在天然气锅炉尾部的余热回收装置，当烟气在通道内通过传热面，温度降至露点温度以下，从而使排烟中的水蒸气凝结释放潜热传递给回收工质，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换热装置层出不穷，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。 1 烟气的特性分析 天然气成分绝大部分为烃，燃气锅炉排烟中水蒸气的含量较高，分析表明，排烟中可利用的热能中，水蒸气的汽化潜热所占的份额相当大。每1m3天然气燃烧后可以产生1. 55 kg水蒸气，具有可观的汽化潜热，大约为3 700 kJ/Nm3，占天然气的低位发热量的10%以上。传统锅炉中，排烟温度一般在160～250℃，烟气中的水蒸气仍处于过热状态，不可能凝结成液态的水而放出汽化潜热。因此传统的天然气锅炉理论热效率一般只能达到95%左右，利用冷凝式换热器只要把
烟气温度降到烟气露点温度以下，就可回收烟气中的显热和水蒸气的凝结潜热，按低位发热量为基准计算，天然气锅炉热效率可达到和超过110%。本文以纯天然气为例对烟气的露点温度以及锅炉理论热效率进行计算分析，表1为纯天然气的成分。 1.1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，此时的温度即为露点温度。天然气燃烧特性分析(以1 m3天然气计算)烟气中水蒸气的体积分数达17˙4%，若燃烧在大气压力下进行，当空气过量系数α为1.1时(本文中的计算均以此作为计算依据)，其相应的烟气露点温度是57℃。露点温度随过量空气系数的变化曲线见图1。 通过观察可知，烟气露点温度随过量空气系数的变化而变化。因为根据道尔顿分压定律，露点温度的高低与烟道中水蒸气的分压量(即水蒸气的含量)成正比，随着过量空气系数的增加，烟道中水蒸气的相对体积减小，水蒸气的容积份额会有所下降，其露点温度也随之降低。实际上，虽然各地方天然气中成分含量有所不同，但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，经计算的露点温度误差不超过0.3%(符合实际要求的范围)，并且由于实际燃烧的影响因素较多，也使得计算不可能达到很精确，通常是在理论值附近的一个范围内波动，在实际应用中还需根据不同情况进行修正分析。
烟气余热回收技术 方案
烟气余热回收利用改造项目 技术方案 ***节能科技有限公司 二O一二年
一、运行现状 锅炉房配备2.1MW锅炉2台（一用一备），供热面积5万m2；**炉配备2.1MW锅炉2台（一用一备），供热面积4.5万m2。经监测，**锅炉房2台锅炉正常运行排烟温度在150--170℃，平均热效率在89%，**锅炉房2台锅炉正常运行排烟温度在160-180℃，平均热效率在88%，（标准应不高于160℃）。锅炉系统运行进出水温差较小，排烟热损失较大，同时影响锅炉热效率的提高，回收利用潜力明显。 二、技术介绍 烟气冷凝回收利用技术是国家第一批特种设备节能技术推荐目录中的成熟技术。有着显著的节能效益。主要原理：1m3天然气燃烧后会放出9450kcal的热量，其中显热为8500kcal,水蒸气含有的热量(潜热)为950kcal。对于传统燃气锅炉可利用的热能就是8500kcal的显热，供热行业中常规计算天然气热值一般以8500kcal/nm3为基础计算。这样，天然气的实际总发热量9450kcal与天然气的显热8500kcal比例关系以百分数表示就为：111%，其中显热部分占100%，潜热部分占11%，因此对于传统燃气锅炉来说还是有很多热量白白浪费掉。 普通天然气锅炉的排烟温度一般在120--250℃，这些烟气含有8%--15%的显热和11%的水蒸气潜热。加装烟气冷凝器的主要
目的就是经过冷凝器把烟气中的水蒸气变成凝结水，最大限度地回收烟气中含有的潜热和显热，使回收热量后排烟温度可降至100℃左右，同时烟气冷却后产生的凝结水得到及时有效地排出（1 nm3天然气完全燃烧后，可产生1.66kg水），而且大大减少了co2、co、nox等有害物质向大气的排放，起到了明显的节能、降耗、减排及保护锅炉设备的作用。从而达到节能增效的目的。 三、改造方案 3.1、设备选型 烟气余热回收器选用瑞典爱瑞科（AIREC）板式烟气热回收器。 瑞典AIREC公司是世界上唯一一家 钎焊式模块化非对称流量板式换热器的 专业生产制造商，凭借独到的设计理 念，雄厚的产品开发能力和多年行业丰 富的实践经验使AIREC成为在非对称流量换热领域的真正领导者。 irCross21由多块板片重叠冲压在一起，在真空和高温的环境下，板片用铜或镍焊接在一起，具有很高的机械强度，更大的传热面积，更高的效率，更轻便小巧。AIREC经过继承CBE（钎焊式换热器）的技术特点，独特的换热器设计板纹，气体/液体应用
燃气锅炉烟气余热 利用的途径及技术要点 燃气锅炉排出的烟气中含有大量余热，目前的燃气锅炉都安装有烟气余热回收装置，但一般都是利用锅炉回水与烟气进行热交换，只回收了烟气中的部分显热。因燃气锅炉烟气中水蒸汽占比较大，且水蒸汽的汽化潜热较大，人们为了提高燃气的利用率，把目光投向了烟气冷凝潜热回收技术。 本文通过对燃气锅炉烟气的特点进行分析，结合烟气余热回收装置的方式，明确烟气余热回收的技术思路，对锅炉房的节能降耗，降低运行成本提供一些参考。 一、烟气组成及热能分析
烟气中烟气温度变化所引起的热量转移为显热，水蒸汽所含的汽化潜热为潜热，也就是水在发生相变时，所释放或吸收的热量。烟气中水蒸汽的体积含量在15-20%左右，潜热可占天然气的低位发热量的10.97%左右。 从此数据可以看出，潜热占排烟热损失的比重是很大的。而利用潜热，必须要把烟气温度降低到水蒸汽露点温度以下，使烟气中的水分由气态变为液态，从而释放烟气潜热，才能实现。 二、烟气中水蒸汽露点温度的确定 烟气中水蒸汽的体积含量在15-20%之间，露点温度一般为 54-60oC之间。如天然气中含有H2S，烟气中还会有SO X。SO X会与烟气中的水蒸汽结合形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽的酸露点温度要比水露点温度要高。所以会使烟气中水蒸汽露点提高。一般烟气中含量愈多，酸露点温度愈高。由于酸露点温度计算复杂且实际烟气组分变化较大，所以在实际应用中采用酸露点分析仪实测一定工况下的酸露点温度。一般烟气SO X含量在0.03%左右时，露点温度可按58-62oC左右估算。 当烟气温度低于露点温度时，烟气中水蒸汽开始凝结，烟温低于露点温度愈大，水蒸汽的凝结率也愈大。凝结率愈大，潜热回收比例也愈大。所以为提高烟气余热回收效率，与烟气进行换热的冷媒温度低于露点温度多些，才能确实做到冷凝换热。按表1估算，烟气余热回收装置的出口烟温一般低于露点温度20-30oC，才可使水蒸汽凝结率达到70-80%。
燃气锅炉烟气余热回收利用技术浅析 摘要：随着经济发展迅速，人们对能源的需求越来越大。工业锅炉排烟温度较高，可达160 - 240℃，烟气中含大量热态水蒸气，携带热量可占排烟温度的的55%-75%，使得锅炉热量损失严重，余热回收技术的出现，不仅能够减少有害气体排放量，而且很大程度上缓解了能源供需矛盾。 关键词：燃气;锅炉烟气;余热回收 一、烟气余热回收工作原理 燃气主要成分是CH4，因此燃烧后的烟气中会含有大量的水蒸气，当烟气温度降至55℃左右时，烟气中水蒸气随之冷凝，同时释放大量的汽化潜热。水蒸气总体潜热量约为燃气低位热值的11%，因此降低排烟温度，使烟气中水蒸气冷凝，可以提高天燃气利用效率。 国内目前采用设置有烟气冷凝器、燃气吸收式热泵回收烟气余热两种类型，都可以降低排烟温度，提高燃气利用效率，节省锅炉房燃气用量。随着烟气中水蒸气的冷凝，能够降低排入大气中的水蒸气，冷凝水经过处理后可以回收利用，同时减少氮氧化物、二氧化硫和一氧化碳的排放。 二、改造的基本条件及方案 本论文主要以地窝堡燃气锅炉房改造工程为例，说明改造方案。 （一）基本条件 1、冷源问题 若采用间壁式烟气余热回收方案，冷源所必备条件如下： 锅炉房周围必须要有二级冷源，有条件设置空气预热器的情况下，要求冷源的温度≤40℃（换热器传热端差按5℃考虑）且流量充足。无条件设置空气预热器的情况下，要求冷源的温度≤35℃（换热器传热端差按5℃考虑）且流量充足。 根据业主提供资料，锅炉房周围没有合适的冷源，因此本项目无法采取间壁式烟气余热回收方案;主要考虑热泵烟气余热回收方案。 2、改造锅炉数量及容量的确定 根据锅炉实际运行情况，最终确定本期拟改造的锅炉台数及容量确定为：4台29MW（40t/h）燃气热水锅炉。
燃气锅炉排烟温度降低对烟气扩散的影响分析锅炉烟气中蕴含着大量的显热和潜热，充分利用烟气中的热量可以减少能源消耗，从而实现污染物减排。天然气锅炉烟气含湿量较高，水蒸气冷凝过程会放出大量的气化潜热，同时产生大量的水，且天然气杂质较少，凝结水相对清洁，因此天然气的烟气余热回收成为研究的热点。在供热系统中，燃气锅炉烟气余热回收可以采取不同的技术路线。最常见的是在常规燃气锅炉尾部增设冷凝式换热器，这方面的研究包括传热理论与实验研究[1-4]、强化传热与防腐研究[5-7]、冷凝换热装置的设备开发及示范工程的应用等[8-9]。 燃气锅炉烟气的露点在55℃左右(过剩空气系数在1.15时)，只有被加热介质温度低于55℃才能回收烟气中的冷凝热，在30℃甚至以下才能取得更好的热回收效果。在我国的集中供热领域，热网回水温度一般在50℃以上，因此不能充分回收烟气冷凝热。这种直接在燃气锅炉尾部增设冷凝式换热器的方法往往只能回收烟气的部分潜热，不能实现冷凝热的深度回收。 近年来随着吸收式换热技术[10-11]的日趋成熟，利用吸收式换热技术可以实现烟气余热的深度利用，系统利用吸收式热泵产生一种低温冷介质，使得烟气的排烟温度更低，余热回收更彻底，水蒸气被大量冷凝下来，节能和环保效果均更为显著，这种技术路线逐步得到了业内人士的认可并备受关注。文献[12]介绍了这种技术，并就该系统及余热回收装置进行了传热理论与实验研究、冷凝换热装置的设计和设备开发，并陆续在几个锅炉房中成功应用。随着新技术的应用，水蒸气被冷凝的量越来越大，烟气中的碳氧化物、氮氧化物等污染物会溶于冷凝液中，从而减少了直接排放到大气环境中的各种污染物的量，其减排总量多大?该技术使系统的排烟温度越来越低，可以做到低于30℃排放，排烟温度的降低对污染
膜式壁式余热锅炉在危废焚烧炉余热回收系统中的应用(最 Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0027
膜式壁式余热锅炉在危废焚烧炉余热回收系统中的应用(最新版) 危险废物是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险性的固体废物。危险废物具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性或者感染性等一种或者几种危险特性，在操作、储存、运输、处理和处置不当时会对人体健康或环境带来重大威胁。随着工业的发展，工业生产过程排放的危险废物日益增多，危险废物处置需求与处置能力不足之间的矛盾日益突出。 焚烧由于其减容、减重、无害化程度高、能回收废物中所含的能量等优点成为危险废物无害化处理的主要选择之一。焚烧处理是指将危险废物置于焚烧炉内，在高温和足够氧量的条件下进行氧化
反应，分解或降解危险废物的过程。焚烧技术适合有机物含量高、热值较高的废物；特别是针对组分和来源复杂的废物，焚烧处理具有减容、减量效果好，无害化彻底的优点。 “回转窑+二燃室”是目前危废处理中常见的组合式焚烧工艺。根据《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484—2001），焚烧炉出口的烟温必须达到1100℃。对高温烟气进行余热利用，符合节能减排的原则，因此，结合各个焚烧工程的燃烧室布置情况，各种立式、卧式、混合式冲刷余热锅炉（常见的形式如图1所示）都进行了应用尝试。但在实际使用过程中暴露出余热锅炉受热面的积灰和腐蚀问题，图2是某卧式布置的余热锅炉上积灰情况照片，在焚烧系统运行10天后，受热面表面就出现了严重的积灰，受热面前后烟道压差每天增长100Pa，因此，焚烧系统往往在20天左右就被迫停炉，使焚烧系统无法连续稳定运行，同时余热锅炉本体也容易爆管、损坏；有些焚烧系统在运行半年后，余热锅炉就需要进行大修，成为制约系统运行的薄弱环节。在危废焚烧领域，甚至有的焚烧系统原始设计中就不考虑余热回收，转而采用烟气中喷水降温手段，既减
冷凝燃气锅炉烟气余热回收利用研究 摘要近些年来，随着经济社会的快速发展，国家对环境保护、节约资源、能源综合利用等提出了较高的要求。在北京市集中供热系统中，燃气锅炉得到了广泛的应用，而燃气锅炉所排放的烟气具有较高的温度，可以采取有效措施来降低烟气排放温度，并实现对烟气余热的有效回收，其不仅可以使燃气锅炉的供热效率得到有效提升，而且还可以达到比较理想的节能效果。本文将会以北京市某热源厂为例来对冷凝燃气锅炉烟气余热回收利用技术进行探究。 关键词冷凝燃气锅炉；烟气余热；回收利用 如今，随着燃气锅炉在供热行业中的广泛应用，与燃煤锅炉相比具有热效率更高、污染更小等特点。在锅炉中天然气燃烧过程中，将会有大概92%左右能量转化为热量、7%左右为排烟热损失、1%左右表面散热损失掉。因此，做好烟气余热回收利用工作就显得尤为重要。通常情况下，很大一部分烟气中的余热存在于水蒸气中，在回收显热、降低烟气温度的同时，会有效回收烟气中的水蒸气潜热，从而实现烟气全热的正回收。烟气余热回收利用主要是以天然气为驱动源，借助回收型热泵机组，就能够使锅炉排烟从80℃降至30℃，从而使大量的水蒸气冷凝潜热被回收，这样既可以达到节省燃气锅炉燃气耗量的目的，而且还可以降低PM2.5雾霾形成物的排放，达到节能减排的双重效果。 1 冷凝燃气锅炉烟气余热回收利用技术 1.1 利用换热器烟气余热回收技术 在烟气余热回收利用技术中，换热器是比较常用的设备，对其进行科学、合理的选择尤为关键，根据换热方式的差异，可以将烟气余热回收利用方式划分为直接接触式换热型、间接接触式换热型[1]。 （1）直接接触式换热器。直接接触式换热通常是以直接接触的方式来实现两种介质相互传热传质的过程。通常情况可以根据接触结构的不同划分为折流盘型、多孔板鼓泡型和填料型如图1所示。因为我国供热供回水温度相对比较高，导致直接接触式换热型换热器在烟气余热回收利用过程中并未得到广泛的应用。（2）间接接触式换热器。间接换热通常是指在被壁面分隔来的空间里冷热介质可以实现独立流动，并通过壁面来使实现冷热介质的换热。在烟气余热回收利用技术中，常用的间接接触式换热器有热管换热器、翅片管换热器和板式换热器. 1.2 利用热泵回收烟气余热技术 在燃气锅炉中，天然气燃烧过程中所产生的烟气露点在55—65℃之间，在进行回收烟气冷凝余热阶段，一般要求供热回水温度在烟气露点温度范围以内。一旦供热回水温度超过了烟气露点温度，则需要借助热泵回收烟气冷凝余热来实现预热供热回水。目前，在烟气余热回收利用过程中，吸收式热泵回收烟气余热
锅炉的余热回收技术 锅炉的排烟温度一般在120℃～350℃，烟气中有7%～25%的显热和15%的 潜热未被利用就被直接排放到大气中。这不仅造成大量的能源浪费也加剧了环 境的热污染;一方面，我们设计的高效烟气余热回收装置不仅能够满足加工生活热水或采暖水的需要，也能够将锅炉的排烟温度冷却至100度使得锅炉的工作 效率显著提高。另一方面，也为全国蓝天白云环保事业做出了应有的贡献。 我公司的锅炉的余热回收装置是引用超导热管节能技术，具有自主知识产 权的高效烟气余热回收装置。它特别设计了一套冷凝水的排放装置，使冷凝过 程产生的冷凝水及时地排放，从而避免了冷凝水的二次蒸发，使余热回收装置 的回收效率得到保证，这套系统已获得国家专利。 我公司的锅炉采用新型的换热翅片、换热元件，以及凝结水排水结构能够 充分回收烟气中的潜热，排烟温度可降到40℃～80℃;总压降较小，动力消耗少，即烟气压降小且符合系统要求。由于采用了高效的换热元件以及合理的结 构配置，使得该产品重量轻，尺寸小、外形美观。 我公司的锅炉烟气冷凝器换热管采用不锈钢制作高效防腐。设备在制作时 就充分考虑了热应力、防腐性能和强度等，能够保证设备的安全、可靠、稳定。一般一至两年就可收回加装该设备的投资成本，两年后即可获得节能受益，可 以为用户带来显著的经济效益。 由于锅炉烟气余热回收装置的特殊结构能够有效降低锅炉烟气的排放噪音。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。余热回收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。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。 河北耀一节能环保专注节能行业15年,老品牌,值得信赖!现全国火热招商中,想加入我们的团队,想开创节能事业,那就赶紧加入我们的大家庭吧!欢迎各 位来电咨询! 公司名称：河北耀一节能环保设备制造有限责任公司 主营产品：余热回收，有机废气处理，循环水处理，油田节能，生物质燃 烧机，车间降温，烘干机、智能节电设备
烟气余热回收利用改造项目 技术方案 *** 节能科技有限公司 二O 一二年
、运行现状 锅炉房配备2.1MW锅炉2台（一用一备），供热面积5万m2；**炉配备2.1MW 锅炉2台（一用一备），供热面积4.5万m2。经监测，**锅炉房2台锅炉正常运行排烟温度在150--170 C,平均热效率在89%, **锅炉房2台锅炉正常运行排烟温度在160-180C，平均热效率在88%,（标准应不高于160C）。锅炉系统运行进出水温差较小，排烟热损失较大，同时影响锅炉热效率的提高，回收利用潜力明显。 二、技术介绍 烟气冷凝回收利用技术是国家第一批特种设备节能技术推荐目录中的成熟技术。 有着显著的节能效益。主要原理： 1m3天然气燃烧后会放出9450kcal的热量，其中显热为8500kcal,水蒸气含有的热量（潜热）为950kcal。对于传统燃气锅炉可利用的热能就是8500kcal的显热，供热行业中 常规计算天然气热值一般以8500kcal/nm3为基础计算。这样，天然气的实际总发热量 9450kcal与天然气的显热8500kcal比例关系以百分数表示就为：111%，其中显热部分占100%，潜热部分占11%，所以对于传统燃气锅炉来说还是有很多热量白白浪费掉。 普通天然气锅炉的排烟温度一般在120--250 C,这些烟气含有8%--15%的显热和 11%的水蒸气潜热。加装烟气冷凝器的主要目的就是通过冷凝器把烟气中的水蒸气变成凝结水，最大限度地回收烟气中含有的潜热和显热，使回收热量后排烟温度可降至100C左右，同时烟气冷却后产生的凝结水得到及时有效地排出（ 1 nm3天然气完全燃 烧后，可产生1.66kg水），并且大大减少了co2、co、nox等有害物质向大气的排放，起到了明显的节能、降耗、减排及保护锅炉设备的作用。从而达到节能增效的目的。 三、改造方案 3.1、设备选型 烟气余热回收器选用瑞典爱瑞科（AIREC）瑞典 板式烟气热回收器 AIREC公司是世界上唯一一家钎焊式模块化非对称流量板式换 热器的专业生产制造商，凭借独到的设计理念，雄厚的产品开 发能力和多年行业丰富的实践经验使AIREC成为在非对称流量 换热领域的真正领导者。 irCross21由多块板片重叠冲压在一起，在真空和高温 的环境下，板片用铜或镍焊接在一起，具有很高的机械强度， 更大的传热面积，更高的效率，更轻便小巧。AIREC通过继承 CBE（钎焊式换热器）的技术特点，独特的换热器设计板纹，
燃气锅炉烟气余热回收利用技术 发表时间：2018-09-18T20:51:04.930Z 来源：《基层建设》2018年第26期作者：李杨 [导读] 摘要：随着能源价格的日益增长，以及环境污染的日趋严重，对燃气锅炉烟气余热进行回收已经成了一个越来越重要的话题，燃气锅炉烟气的余热回收技术是一种进行余热回收和热量再次利用的设计，这是针对锅炉尾部烟气的余热而实施的。 天津泰达热电有限公司天津 300457 摘要：随着能源价格的日益增长，以及环境污染的日趋严重，对燃气锅炉烟气余热进行回收已经成了一个越来越重要的话题，燃气锅炉烟气的余热回收技术是一种进行余热回收和热量再次利用的设计，这是针对锅炉尾部烟气的余热而实施的。本文对锅炉烟气余热回收方式以及回收装置进行简单介绍，并对烟气余热回收技术进行了节能意义及经济效益评估，希望为该项工作的开展提供参考。 关键词：燃气锅炉烟气；余热回收；热泵技术应用 燃气锅炉是工业生产中经常被运用的设备，燃气的燃烧会产生余热，余热是二次能源利用的一种。锅炉的烟气排放是造成热能动力损耗的原因，而且直排烟气还会造成环境污染。另一方面，如果不进行处理，锅炉排烟的温度远远超过100℃，造成烟气“白烟”。如何积极的利用锅炉燃烧中产生的余热进行二次投入，对于提高锅炉的各项效率减少污染的排放率尤其重要。同时烟气余热回收满足日益严格的环保“消白烟”要求。 1、锅炉烟气余热回收技术利用 1.1锅炉烟气余热回收利用的难点及解决方法 对锅炉的烟气余热进行回收的实际应用当中，存在一定程度的障碍，如果采用常规的换热器，一旦排烟温度比较低，则会导致锅炉尾部受热面中的烟气和工制存在着温差传热减小的趋势，导致传热面积被增大，由于布置的管道多而密，局限在有限的空间之内，会造成烟气流阻力大，以及金属消耗和动力消耗比较大，导致设备初期的投资大幅度增加[1]。同时由于燃气锅炉节能器后烟气温度本身不高，进行回收困难。 热泵式烟气回收技术是这几年新兴的技术，很多地方环保局鼓励企业进行热泵烟气余热回收的技术改造。烟气冷凝热回收原理是在燃气锅炉之后设置烟气冷凝热换热器，利用锅炉尾部的低温烟气的余热进行低温换热（在锅炉回水温度70℃时，锅炉的排烟温度从约90℃降低到40℃以下；在锅炉回水温度60℃时，锅炉的排烟温度从约90℃降低到30℃以下），通过系统循环水，置换出烟气的低温余热，同时，采用吸收式热泵技术吸收循环水的热量，转化为低温热水，通过补燃天然气进一步将锅炉回水加热到目标温度。锅炉排放烟气经冷凝热回收后烟气温度降低，烟气中的水份凝结后回收，因此，本系统对于节能、节水、提高系统的综合利用效率都有重要意义。 1.2热泵式烟气余热回收装置的结构与应用介绍 热泵烟气余热回收系统由吸收式热泵、接触式换热塔和循环水泵组成。接触式换热塔负责将烟气中的余热转移至水中，吸收式热泵负责将循环水中的余热转移至高温热水中。通过这两个步骤，烟气低温余热便可转移至高温热水中。 接触式换热塔是烟气与水换热的设备，换热塔中布满填料，循环水自上喷淋，烟气自下而上流动，烟气和水直接接触换热。换热过程中，烟气的温度下降至30℃，热量转移至循环水中，烟气中的水蒸气和酸性可溶物也同时混入循环水中。通过水质在线管理，可以保证循环水水质满足热泵的使用要求。 吸收式热泵是一种可以将低温热量转移至高温热源中的设备。其原理为，以溴化锂浓溶液为吸收剂，水为蒸发剂，利用水在低压真空状态下低沸点沸腾的特性，提取低位余热源的热量，通过吸收剂回收热量并转换制取工艺性或供暖用的热水。 1.3烟气余热同收方式对比 传统的烟气余热回收可通过节能器及空气预热器进行余热回收。空预器技术通过空气提高进入锅炉的温度来实现用加热空气燃烧用进行，通过排烟温度的降提高炉膛温度的降低，节能器通过提高热网回水全部或部分温度来降低烟气温度。举例某供热锅炉，两种回收余热排烟方式均被利用，烟气余温40-50摄氏度。冬季时仍有明显白烟冒出。 和传统方式相比，热泵烟气余热回收系统存在独特的技术优势。 1.4烟气余热同收方式对比经济效益 以某热源厂2*29MW燃气热水锅炉为例： 天然气热值10kwh/Nm3 气价3.05元/ Nm3 每年采暖时长3000小时电价0.81元/kwh 采暖年平均负荷率 50% 采暖回水温度对余热回收影响系数0.75 锅炉排烟温度150℃余热回收后的排烟温度30℃ 锅炉热效率 91% 直燃吸收式热泵效率170% 29MW燃气锅炉的排烟量约 40000 m3/h， 150℃烟气密度0.85kg/ m3，焓值479.9KJ/kg 30℃烟气焓值105 KJ/kg， 每台锅炉可回收的烟气热量 40000×0.85×（479.9－105）×0.5×0.75＝4.77GJ/h 五台锅炉每个采暖季回收的热量 4.77×3000×2=28620GJ 折合锅炉耗气量：28620×278÷10÷0.91＝87.2万Nm3 价值：87.2×3.05＝265万元 系统每年运行增加的电费：8万元
燃气锅炉烟气余热回收利用技术分析 发表时间：2018-07-23T17:48:12.747Z 来源：《知识-力量》2018年8月上作者：李言 [导读] 燃气锅炉排放出的烟气温度较高，设备温度损失较大，为了提升燃气热能利用率，热力公司需合理应用燃气锅炉烟气余热回收利用技术。 （西安市热力总公司，陕西省西安市 710016） 摘要：燃气锅炉排放出的烟气温度较高，设备温度损失较大，为了提升燃气热能利用率，热力公司需合理应用燃气锅炉烟气余热回收利用技术。现阶段，可采用的烟气余热回收利用技术有利用换热器回收烟气余热技术、利用热泵回收烟气余热技术两种，前者的技术装置有间接接触式余热回收换热器、直接接触式余热回收换热器两种，后者的技术装置有电压缩式热泵、吸收式热泵两种。在实际应用过程中，根据烟气余热回收级数可分为单级余热回收供热型和双级余热回收供热型两种。 关键词：燃气锅炉；烟气余热；回收利用技术 在环保型社会建设过程中，生态环保已成为各个行业发展的战略制高点，如何降低生产过程中污染物的排放量，实现对于生产资源的循环高效利用，是现阶段生产工艺优化的目标。燃气锅炉是集中供热系统中的关键性设备，一般来说，设备运行时的排烟温度是比较高的，其中蒸汽型燃气锅炉的排烟温度可达200℃至250℃，热水型燃气锅炉的排烟温度可达115℃至180℃，在这一过程中，面临着较大的温度损失[1]。为了减少燃气锅炉排烟造成的热量损失，热力公司一般会采用常规省煤器及空气预热器等烟气余热回收设备，不过这些设备仅能回收部分热量，燃气锅炉运行时的供热效率只能达到80%至90%，还有10%左右的天然气热值无法回收利用。针对这一现状，人们加大了对于燃气锅炉烟气余热回收利用技术的研究，并将有效技术推广在工业实践中。 1. 燃气锅炉烟气余热回收利用技术 1.1利用换热器回收烟气余热技术 换热器是常见的燃气锅炉烟气余热回收利用设备，根据换热方式的不同，这一设备可分为两种类型： ①间接接触式余热回收换热器。包括翅片管换热器、热管换热器、板式换热器三种，通过在壁面分开空间中独立流动的冷热介质来进行换热。不同的间接换热器有不同的优点，其中，翅片管换热器具有热传递效率高、结构紧凑、材材质丰富且结垢少的优点，热管换热器具有结构简单、质量轻、体积小、传热系数高的优点，板式换热器结构紧凑、质量轻、节能效果显著的优点； ②直接接触式余热回收换热器。这一设施的传热递质直接接触，根据接触结构的不同，可分为多孔板鼓泡型、折流盘型、填料型三种，在这一技术装置应用过程中，接触换热强度会受到介质接触面积、气液比、湍流强度、换热器高度、水滴雾化粒径等因素的影响，不过由于我国供热供回水温度过高的原因，直接接触式余热回收换热器的应用可行性不高，于是人们提出了基于空气加湿的直接接触换热冷凝式燃气锅炉的概念[2]。 1.2利用热泵回收烟气余热技术 燃气锅炉产生的烟气，其露点为55℃至65℃，当供热回水温度控制在这一温度范围之内，便可利用热泵回收烟气冷凝余热，用于预热供热回收。在此过程中，看根据燃气锅炉容量大小，选择合适的热泵，一般来说，0.01MW至10MW的锅炉可选电压缩式热泵，将之于烟气冷凝余热回收装置相结合，其中，烟气余热回收装置作为压缩式热泵蒸发器而存在，或者是，将装置内的循环水作为压缩式热泵的低温侧热源，用于预热热网回水[3]。 除此之外，还有一种利用吸收式热泵回收烟气预热的技术，其中采用的吸收式热泵，可分为闭式吸收式热泵及开式吸收式热泵两种。在这一技术应用过程中，人们经过试验提出了不同构想，比如说第一类吸收式热泵与冷凝换热器结合使用，利用低温循环水盘管换热器与烟气之间的间接换热，来回收烟气预热，同时规避了换热器腐蚀的问题；比如说将吸收式热泵与直接接触式换热器结合使用，可全部回收烟气显热和冷凝潜热，换热效率高。 2.烟气余热回收利用技术在集中供热系统中的应用 在集中供热系统中，根据烟气余热回收级数，可见烟气余热回收技术分为单级余热回收供热型和双级余热回收供热型两种。 2.1单级余热回收供热型 在热力公司中，可采用的单级余热回收供热型有以下两种类型： ①余热热网回水，即利用天然气驱动的吸收式热泵，通过烟气-水换热装置，回收烟气余热，得到的热水可作为低温热源，将之用于预热一次热网回水，一次热网回水经锅炉加热后，可给一次网供水，能够将燃气能源的利用率提升10%以上，技术投资可在3至4年内回收； ②供生活热水。利用烟气冷凝热回收装置，收集余热用于加热生活热水，同时烟气凝结的水可为空调系统补水，在酒店天然气直燃机改造中应用过，设备热效率提升11%[4]。 2.2双级余热回收供热型 双级余热回收供热型装置，通过高温烟气来加热热网回水，然后再利用热泵机组回收烟气中的余热，利用加热热泵机组高温侧加热热网回水，使之都能达到客户需求的供水温度。装置中的换热器可根据实际情况变化，采用双级换热装置，可大幅度降低燃气烟气温度，并实现燃气热值的最大化利用，为供热用户提供较高的热网供水温度。 3.结语 燃气锅炉烟气余热回收利用技术应用的目的，是为了最大程度利用天然气热值，提升燃气锅炉的供热效率，其理论依据为：当燃气锅炉排烟温度降低，烟气理论可回收热量减少，锅炉理论供热效率提升。也就是说，将排烟温度降低至烟气露点，便可获得较高的燃气锅炉理论热效率，比如说，当将烟气的排放温度从 180 ℃降低到 35 ℃至 40 ℃，燃气锅炉的理论供热效率便可提升13.8% 至15.2%[5]。除此之外，还可以采取回收烟气中水分的方式，来提燃气锅炉供热效率，降低烟气污染物排放量。现阶段，我国工业中采用的烟气余热回收技术有利用换热器回收烟气余热技术、利用热泵回收烟气余热技术两大类，其技术装置仍有改进的余地，且新型技术仍在不断开发的过程中。参考文献
燃气锅炉节能环保管理制度 篇一：燃气锅炉节能 燃气锅炉节能方案燃气锅炉节能器燃气锅炉余热回收 泰安博信能源设备有限公司----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------mobile:133********add:泰安市长城路中段 一、简介 二、天然气锅炉的热效率分析 三、安装烟气冷凝余热回收器的必要性 四、燃气锅炉节能器技术原理 五、燃气锅炉烟气余热回收器特点 一、简介 工业燃油、燃气、燃煤锅炉设计制造时，为了防止锅炉尾部受热面腐蚀和堵灰，标准状态排烟温度一般不低于180℃，最高可达250℃，高温烟气排放不但造成大量热能浪费，同时也污染环境。余热回收器可将烟气热量回收，回收的热量根据需要加热水用作锅炉补水或生活用水，或加热空气用作锅炉助燃风或干燥物料。节省燃料费用，降低生产成本，减少废气排放，节能环保一举两得。改造投资3-10个月回收，经济效益显著。为落实国家节能减排计划，国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局根据《特种设备安全监察条例》发布实
施了《锅炉节能技术监督管理规程》和《工业锅炉能效测试与评价规则》两个节能技术规范。这两个节能技术规范于20XX年8月30日批准，将于20XX年12月1日起实行。对高耗能特种设备节能监管工作建立了3项工作制度。这两个技术规范的实施将大力推进目前锅炉节能工作的全面展开。将使锅炉节能管理进入新的里程碑。 二、天然气锅炉的热效率分析 不改变物质的形态而引起其温度变化的热量称为显热。改变物质的温度而引起物态变化(又称相变)的热量称为潜热。天然气燃料中含有大量氢元素，燃烧产生大量水蒸汽。每1nm3天然气燃烧后可以产生1.55KG水蒸汽，具有可观的汽化潜热，大约为3700KJ，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。同时，高温烟气也带走大量显热，一起形成较大的排烟损失。在天然气锅炉中，排烟温度一般在160～250℃，烟气中的水蒸汽仍处于过热状态，不可能凝结成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，锅炉热效率一般只能达到70～85%。热效率约80％左右，约20％的热能从炉体表面散发和烟气排空浪费。 三、安装烟气冷凝余热回收器的必要性 烟气冷凝余热回收器，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
工业导热油锅炉余热回收节能项目 第一章总论 一、项目背景 1.项目名称： 利用余热锅炉和空气预热器的工业导热油锅炉余热回收节能项目 2.相关国策: 为深入贯彻科学发展观，落实节约资源基本国策，调动社会各方面力量进一步加强节能工作，加快建设节约型社会，实现“十一五”规划纲要提出的节能目标，促进经济社会发展切实转入全面协调可持续发展的轨道，目前工业窑炉余热利用率仅有15%左右，工业炉应优先把高品位愈能余热用于发电，低温余热用于空调、采暖或生活用热。 2010年财政部、国家发展改革联合出台的《关于印发合同能源管理财政奖励资金管理暂行办法的通知》中明确规定，相关部门将对节能服务公司以节能效益分享型合同能源管理方式实施的年节能量在500吨标准煤以上（含）、10000吨标准煤以下的工业节能改造项目给予奖励； 3.EPC在中国工业的发展前景分析: 工业是我国的第一大耗能大户。2006年我国的工业能源消费量占全国能源消耗总量的71.2%，以煤炭、焦炭、原油和电力为主要能源消费对象，在能源消费的几个部门当中，工业以绝对“优势”占第一位。世界各国工业能源消费一般只占能源消费总量的1/3左右，而在我国，工业能耗占比接近70%。 二、项目概况 1.企业现状
该工业企业存在大量余热资源，包括烟气余热、炉体散热、高温产品余热、冷却介质余热、废气和废料余热等。其中烟气余热几乎占燃料消耗量的1/3以上，是主要的余热资源。 该锅炉目前排烟温度为600℃，单台烟气量为h Nm /200003，燃柴油。 2.锅炉烟气余热问题分析 大型锅炉都安装有铸铁管或不锈钢式省煤器，用来助燃空气或预热锅炉给水，但是由于石油、煤、天然气燃料中均含有硫，在燃烧时，硫氧化物的产生是必不可少的，它与水蒸气结合后即形成硫酸蒸汽。 当锅炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点（称为酸露点），就会在其表面形成液态硫酸（称为结露）。 据相关数据表明，一般工业锅炉的热效率约为60～70%，它的排烟温度大概在250℃～350℃之间，而导热油炉，排烟温度更是达到280℃以上，大量余热未充分利用，如果把这些烟气直接排放到空气中，这不但会导致气温升高，污染了环境，而且极大的浪费了能源。 ①稍高于烟气露点腐蚀温度。 露点防腐蚀的一般方法是通过精心的设计，在效率降低不多的情况下，提高换热面的壁温，使之稍高于烟气露点温度，使之不产生露点，从而防止腐蚀。 ②选用耐腐蚀材料。 比如，我们可以用ND 钢（09CrCuSb ），因为它具有较高的抵抗低温腐蚀能力，不但能抗硫酸腐蚀，而且在负氯离子中也具有较高的耐蚀性，而它的力学性能与碳钢相当。 ③加入换热器。 锅炉余热回收主要是在烟气进入水膜除尘器前增加烟道截面积，同时再加入一组换热器。的加入会影响到锅炉的排烟流量和排烟阻力，而增加烟道截面积主要是为避免加入换热器后在烟道中形成的阻力。 3.投资必要性 该烟气含有的余热量为h KJ c t G Q g g g g /104568.1214.1600200007?=??== 这部分能量若白白排入空气中，不但造成了能源的巨大浪费，而且造成了环境的热污染。随着全社会对节能减排的提倡和企业对节能降耗越来越重视，为降低成本，充分利用排掉的烟气中的热量，是每一个工业企业都应该重视起来的。 生产中发现，不论是燃用何种燃料的导热油炉，其热效率普遍偏低，一般都在60%以下。其中原因是排烟温度高，该油炉排烟温度高达600℃，烟气余热未能得到利用，造成热能损失过大。 该项目是符合国家产业政策的，本项目的实施，将大大减少企业能源消耗，提高企业的产品质量，增加企业经济效益，促进企业的健康发展，有助于缓解政府能源供应和建设压力，对减少大气污染保护环境也有巨大的现实意义。
XX制药股份有限公司 烟气余热回收改造项目 技术方案 XXX能源有限公司 二O 年月
一、运行现状 锅炉房配备6吨天然气锅炉1台，供应蒸汽，年耗220万方天然气，一立方天然气单价3.48元，全年费用765.6万元，不含其它费用。 锅炉房排烟温度没有改造就在120--190℃，进水温度30-50℃，锅炉系统运行进出水温差较小，排烟热损失较大，同时影响锅炉热效率的提高，回收利用潜力明显。 二、技术介绍 烟道V型槽烟气余热回收利用装置的主要特点： 该项装置是国内节能专家肖国雄先生于2008年发明的，2009年先后获得国家科技部创新基金和湖南省科技厅的扶持，该项装置与肖国雄先生以前发明的几项节能环保专利相比较，具有以下主要特点： 2.1、低温烟气生产高温热水：V型槽烟气余热回收利用装置内置许多V型槽，上宽下尖，不会对烟气产生较大的阻力，保证锅炉在微正压即20毫米水柱内燃烧。塔高约25米，确保低温（小于120℃）烟气与水充分进行热交换的时间，并达到较高的水温（约70℃），获得高品质的热水，而非本发明的节能装置都未回收这部份热量。这部份热量相当于锅炉能耗的10%。如果做洗浴热水，水温下降至约50℃，生产1吨蒸汽的天然气烟气热量可产生约3吨热水，此时，节能率达到15%以上；
2.2、脱硫与防止腐蚀：一类天然气每立方米含有硫200毫克，燃烧后产生大量的SO2气体，与水结合成亚硫酸，对设备产生腐蚀。这就是蒸汽锅炉的排烟温度不能低于160℃的原因。本装置所用材料为316L不锈钢，包括水泵，管道使用PPR高分子材料，同时，循环水箱中不定期加入碱性物质，中和循环水，达到一个中性的工作环境。通过本装置后烟气中的二氧化硫大量中和，使锅炉房周围的空气酸浓度达到最小程度。 2.3、施工时不会影响锅炉的正常运行：本装置是一个相对独立的运行系统，施工完毕后，接口与原有烟囱接口相连。可见，时既不会改造原锅炉管道设施系统，也不会影响原系统的正常运行，且现场安装不受场地限制，待安装调试完毕后，与原锅炉热水系统互不影响，若V型系统故障期间，原系统照常运行，特别是安装的仪器仪表设施占地空间很小； 2.4、本装置故障率低：本系统中只有2个热水水泵是运行部件，我公司选择了国际知名品牌产品，以保证本装置长达10年以上的运行使用寿命； 2.5、本装置是全自动控制系统，生产过程中无人值守，且无任何安全隐患，无任何消防事故； 2.6、本装置运行成本极低，水泵消耗的电费占节能收入的2%左右。 3.0烟道V型槽烟气余热回收利用装置的工作原理及工艺流程