三．不同锅管式换热器炉的比较 我们可以通

　　新型冷凝式燃气锅炉 季卫 天和冷暖设工程技术有限 [摘要] 冷凝式锅炉的应用可以实现突出节能效果，它的年度使用热效率比现有的 高效锅炉（低温供暖锅炉）高出 15%，比过去的传统锅炉高 40%。冷凝的目的是为了回收 锅炉烟气中水蒸气转化为液态水时相变过程中的潜能（热能）。因此，冷凝锅炉的烟气排放 温度很低，可以达到很好的节能效果和十分明显的低污染排放。在 NOX（氮氧化物-导致酸 雨，破坏大气层）的排放方面比低温供暖锅炉降低了 1/3，比过去的传统锅炉降低了 90%。 此外，CO2（二氧化碳-温室效应，使全球升温）的排放降低 15%。 [关键词] 冷凝锅炉 热效率 原理 应用 一．概况 随着经济的快速发 展，人类对能源需求的 增加以及人们在环境保 护方面意识的加强，能 源和环保是我们越来越 关心的问题。在锅炉的 节能与环保技术方面， 欧洲在上世纪 70 年代就 开始开发、应用高效的 冷凝式锅炉。目前欧洲 的冷凝式锅 炉技术已发 图 1 冷凝锅炉 展到热效率可高达 109%，而烟气排放的氮氧化合物达到 NOX＜35mg/kw·h 的超 低污染排放，比国内传统锅炉节能 30%－40%，污染排放降低了 90%，锅炉重量减 轻了 2/3，体积减少了 1/2。欧洲现已全面推广使用冷凝锅炉，并有多个国家开 始限制非冷凝式锅炉的使用。 二．冷凝锅炉的原理 以天然气燃气冷凝式锅炉为例，天然气的可燃成份主要是甲烷 CH4，燃烧时 它与空气中氧分子及氮分子结合。 CH4 ＋ 2（02＋4N2） CO2+2H20+8N2 燃烧产物（烟气） ↓天然气 （1M3 气体） ↓空气 （主要是氧气和氮气） （10M3 气体） ↓产生热量 热值 二氧化碳、水蒸气、氮气 如果水蒸气冷凝，可产生 9M3 烟气，如果水蒸气不 冷凝，可产生 11M3 烟气。 根据以上可以看出，燃烧所产生的热值有两种数值，分别把它们称作低位热 值 PCI 和高位热值 PCS。即： 低位热值 PCI＝燃料燃烧后释放的热值，假定燃烧产物中含有的水处于水蒸气状 态； 高位热值 PCS＝燃料燃烧后释放的热值，假定燃烧产物中含有的水处于冷凝状态。 锅炉的热效率也就具有二种数值，取决于它是以低热值（PCI）和高热值 （PCS）。这两种热值的差值由于燃料的不同而不同。 PCI PCS 的比率 天然气 0.90 液化气 0.92 燃油 0.93 表 1 不同燃料低热值与高热值的关系 煤炭 0.95 至 0.98 表 1 可以看出，对于天然气而言，PCI/PCS 的比值较大。这也正是用天然气 作为燃料时，冷凝技术应用的必要性。 锅炉的热效率是锅炉的重要性能指标，是选择锅炉的主要考虑参数之一。热效率是 锅炉输出的有效热量与其消耗的能量之比，位消耗的能量可用两种不同的方式来表示， 即高热值能量 kw·hPCS 和低位热值能量 kw·hPCI。所以对于一台锅炉采用不同的能量 消耗计算方式便可得到两种不同的热效率。在我国计算锅炉的热效率是以低位热值 PCI 计算，与欧洲相同，而美国等一些国家则采用高位热值 PCS 计算。对于天然气而言，锅 炉的高位热值效率 RPCS＝0.9RPCI低位热值效率。我们通常所见的锅炉，如果热效率为 90% 的话，若按高位热值计算，热效率就应该是 81%。 对于一台天然气燃气锅炉，如果锅炉的有效输出功率为 90kw·h，效率为 90% 的线kw·h 显热损失。这部分显热是通过烟气被排出以及 通过锅炉的壳体对外散失。但是如果以高位热值来计算的线kw·h 的汽化潜热没有被利用，而是以烟气中的水蒸气形式被排出室外了。 RPCS＝0.9RPCI RPCI= RPCS /0.9=111% 那么，如果以低位热值效率方式表示按高位热值计算的话，天然气燃气 锅炉的效率为 111%。 冷凝锅炉，就是把传统锅炉中随烟气被排出的热量予以回收，板式冷却器让烟气在低于 露点的温度中冷却，一部分水蒸气在冷凝中释放汽化潜热，同时锅炉也吸收一部 分烟气中的显热。 三．不同锅炉的比较 我们可以通过以下看出不同的锅炉它们的热效率及能源利用状况： 1．普通锅炉 如果以一台输出功率为 1kw·h，板式冷却器 热效率为 90%的普通热水锅炉来计 算，有 10%即 155.6kw·h 的显能损耗 和 11%既 171.1 的潜能损耗。若采用 冷凝式锅炉的线．低温供暖锅炉 如果以一台输出功率为 1kw·h，热效 率为 93%的低温供暖热水锅炉来计算，有 7%即 105.4kw·h 的显 能损耗和 11%既 165.6 的潜能损耗。 若采用冷凝式锅炉的线%炉体辐射损失，1%烟气显热 损失，0.5%未回收的水蒸气的潜热 损失，可以获得有效热效率 109%。 图 2 普通锅炉的热损失 图 3 低温供暖锅炉的热损失 图 4 冷凝锅炉的热损失 四．冷凝锅炉的特点 欧洲新型冷凝式燃气锅炉年度运行热效率比普通锅炉提高 30%-40%，比低温 供暖锅炉提高 10%-15%，已达到欧洲能效标准****CE 四星级标准，热效率 高达 109%，氮氧化 合物的排放 NOx35mg/kw·h 达 到了极低污染的排 放，比普通锅炉降 低了 90%的污染排 放，比低温供暖锅 炉降低了 1/3 的污 染排放，CO2 的排 放量也比过去降低 了 15%。由于冷凝 锅炉将燃烧后的烟气 图 5 冷凝锅炉燃烧器 中产生氮化合物、硫化合物、碳化合物等酸性物质被冷凝收集，有效地降低了烟 气对酸雨及大气温室效应的影响。 但对于锅炉而言，耐腐蚀这是关键因素。只有锅炉具有理想的材质才可实现 上述的节能和环保的目的。欧洲型的冷凝锅炉采用导热和耐腐蚀性能极佳的 硅铸铝铸造而成，具有超长的使用寿命，在极高的换热功率下实现小的体积和 重量，差不多每 1kwh 功率相当于 1kg 锅炉重量，是普通的锅炉重量的 1/3。壁 挂式冷凝锅炉通常采用不锈钢制作冷凝换热器，较高级的壁挂冷凝锅炉也有采用 硅铸铝铸造而成的冷凝换热器。当然对于冷凝锅炉的燃烧器也有极高的要求，通 常都采用无焰燃烧方式，全预混比例调节，这也是获得高的燃烧效率和极低污染 排放的重要因素。我们也可以看到一些只是在普通锅炉的排烟口加装了热回收装 置，这并不是真正的冷凝锅炉。冷凝锅炉功率可在 10%~之间根据热需求进 行无级调节，而普通锅炉的功率调节是不允许低于 50%，正是为了保证不让普通 锅炉产生冷凝腐蚀。冷凝锅炉运行噪音比普通锅炉降低 15%-20%，由于锅炉内 烟气冷凝后产生弱酸性液体，对锅炉燃烧内腔可起着清除积碳等燃烧杂质的作 用，不会向普通锅炉那样形成换热效率下降的现象，所以对炉膛内腔几乎不需要 保养。冷凝锅炉的另一优势就是对烟囱的要求变的非常简单，通常排烟温度只比 环境温度只高 30℃—40℃，一般不超过 70℃ 烟囱甚至可以用塑料来制作， 由于几乎没有污染完全可以低空排放。 五．冷凝锅炉的应用 我们为了得到更高的锅炉热效率，适当地降低锅炉的出水温度，这是极其重 要的，对冷凝锅炉更是如此。通常建议出水温度在 60℃—70℃不宜过高，比如 一台 90KW 的冷凝锅炉当功率为 ，锅炉出水温度为 70℃时的热效率大概在 98%，当功率为 30%，锅炉出水温度为 30℃时的热效率可达 108%。同时也要保证 较低的回水温度，回水温度越低效率越高，图 6 给出了锅炉回水温度、锅炉的调 节功率与热效 率的关系。所以 片面地强调冷 凝锅炉的 值热效率是不 正确的，冷凝锅 炉的实际使用 热效率是取决 图 6 冷凝锅炉回水温度、调节功率与热效率的关系 于它的使用条 件，这是我们在设计选型时需要认真考虑的。冷凝锅炉可用于中央空调热源或是 提供生活热水，当用于泳池、地采暖等低温加热系统时热效率可达到的理想 值。欧洲通常所用的冷凝锅炉有壁挂锅炉和落地锅炉，壁挂式冷凝锅炉主要用于 家庭及小型商业供热系统，也可多台联机用于较大的供热系统。落地式冷凝锅炉 通常用于大型供热系统，也可多台联机用于更大的供热系统。以下是两种典型的 多台联机系统： 图 7 壁挂式冷凝锅炉多台联机系统 壁挂式冷凝锅炉多台联机系统，板式冷却器多可实现十台联机运行，单机输出功率为 90kwh。 图 8 落地式冷凝锅炉多台联机系统 冷凝锅炉多台联机系统，多可实现十台联机运行，单机输出功率为 1140kwh。 六．应用实例 南京某酒店式公寓 160 套，每套有厨房和卫生间，要求 24 小时供恒温热水， 所提供的能源为天然气。由于该建筑为全玻璃慕墙，且未设置独立烟道，安装普 通锅炉则会使烟囱破坏建筑的整体造型，也无法达到环保要求，采用冷凝锅炉的 方案如下。 根据计算可得该公寓日消耗热水量：Cgj＝户数（n）×平均日用水量（Cj） ×修正系数（K）×用水等级系数（Cs）=160×150×0.9×1.1=23760L /日。 采用半即热式加热方式，在储水罐蓄满热水的情况下，系统应该能够补偿 10 分钟的高峰流量及保证 2 小时用水高峰的耗热量。取每户 10 分钟的高峰流量 Qp=860L/h，每户 2 小时的高峰流量 C2h=220L。 每天 2 小时的高峰总流量 Cg2h=户数（n）×每户 2 小时的高峰流量（C2h ） ×修正系数（S）×用水等级（Cs）=160×220×0.248×1.1=9602.6L。 S=0.896*(1/n0.253)=0.248 每天 10 分钟的高峰总流量 Qpq=户数（n）×每户 10 分钟的高峰流量（Qp） ×同时使用系数（m）×用水等级（Cs）=160×860×0.2×1.1=30272L/h。 其中 m 取 0.2 10 分钟的高峰总流量为 30272/6=5045L 如果选板式换热器的换热量为:360KW 10 分钟内能提供热水量为 360×600/4.18×(60-10)=1033.5L 所需热水罐的小体积为:5045-1033.5=4011.5L 2 小时内能提供热水量为 360×7200/4.18×(60-10)=12402L9602.6L。 结论，该板式换热器的加热功率能够保证 2 小时用水高峰的耗热量及 10 分 钟的高峰流量。热水罐的小体积为 4M3 用 4 小时加热 23760L 热水，所需功率为：P≈345KW360KW。 所以系统所需要的供热功率可选为 360KW，可以选择的冷凝锅炉： 1、采用落地式冷凝锅炉 C310 Eco，功率为 353KW，一台。 2、采用壁挂式冷凝锅炉 MC90，单台输出功率为 90KW，建议选择四台， 则总输出功率为 360KW。 图 9 采用落地冷凝锅炉功率为 353KW 生活热水系统 图 10 采用壁挂冷凝锅炉 MC90 功率为 90KW 生活热水系统
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