板式冷却器冷凝式换热器是种低温热交换器

　　燃气锅炉冷凝器设计及系统_能源/化工_工程科技_专业资料。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

　　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 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。 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，而换热器内的水或空气吸 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 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 30～70℃，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：1Nm?天燃气燃烧生产理论烟气量约 10.3 N m? (大约 12.5kg)。以过量空气系数 1.3 为例，产生烟气 14 N m? (大 约 16.6kg)。取烟气温度 200℃降低至 70℃，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 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： CH4 + C2H6 + C3H8 + C4H10 + N2 甲烷 + 乙烷 + 丙烷 + 丁烷 + 氮 90 %+ 6.8% + 2.5 %+ 1% + 0.3% = 2、含在燃气中的氢(H)在锅炉内部燃烧时与氧结合成水。生成的 水从燃烧时产生的热量(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 m? - 950Kcal/N m? = 8500Kcal/N m? 3、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，并加热交换器内的 介质(冷水或空气)。 一般情况下，天然气燃烧排烟中含 CO2 含量约为 10-12%；NOx 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。 CO2+H2O→H2CO3 NOx+H2O→HNO2+HNO3 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 CO2 和 NOx 含量大大咸少,CO2 约减少 40%，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 6~7 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，烟气在通路内通过 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 120℃～250℃，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 40℃～ 80℃，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）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）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，其中包括燃烧产物中水蒸气冷却凝 结放出的汽化潜热。 热效率（R）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，工程计算中通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： 烟气损失 炉体散热损 失 10Kcal 水蒸气 汽化潜热 11Kcal 锅炉吸收热量 90Kcal 111Kcal 空气 天然气 锅炉吸收能量示意图 烟气损失 炉体散热损 失 2Kcal 水蒸气 汽化潜热 5Kcal 烟气回收热量 8Kcal + 冷凝回收热量 5Kcal 吸收总热量 104Kcal 锅炉吸收热量 90Kcal 111Kcal 空气 天然气 冷凝器吸收能量示意图 （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 30℃～70℃； 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）、与国内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 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，锅炉的排烟温度为 180℃，经过逆流烟气冷凝器后的烟气温度为 51℃，进入冷凝器的水温度为 30℃， 流出冷凝器的水温度为 33.5℃，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 35280Nm3。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 锅炉房补水箱内的系统补水。在 08~09 采暖季锅炉运行过程中， 在 2009 年 3 月 25 日我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 150℃，经过烟气冷凝器后 的排烟温度降至 50℃，进入冷凝器的水温为 40℃，冷凝器的出水温度为 50℃，水流量为 40m3/h。 2、2t/h 蒸汽锅炉运行数据：锅炉的排烟温度 137℃，经过烟气冷凝器后的 排烟温度降至 60℃，进入冷凝器的水温为 50℃，冷凝器的出水温度为 60℃， 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 1KW,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 2.05 元/Nm3 计算，则年节约费用为 113652 元人民币。 单纯的课本内容，并不能满足学生的需要，通过补充，达到内容的完善 教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑，所以一无所能。教育革命的对策是手脑联盟，结果是手与脑的力量都可以大到不可思议。
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