冷凝式燃氣鍋爐及應(yīng)用現(xiàn)狀

與常規(guī)鍋爐一樣，冷凝式鍋爐也有很多種分類方法。現(xiàn)按結(jié)構(gòu)扼要介紹常用的冷凝式鍋爐型式。

1、整體型冷凝式鍋爐

整體型冷凝式鍋爐的特點是在鍋爐內(nèi)部實現(xiàn)煙氣中水蒸氣的冷凝，主要有兩級換熱器和倒置燃燒器兩類。兩級換熱器的冷凝式鍋爐分為輻射換熱器和對流冷凝換熱器。第一級換熱器直接接受火焰輻射，處于高溫環(huán)境；第二級換熱器在下降煙道中，煙氣與冷凝流動方向相同，易于冷凝液排泄。倒置燃燒器冷凝式鍋爐只有一級換熱器。上部主要接受輻射熱，下部以對流換熱為主。燃燒器在上部，煙氣自上而下流動，冷凝液與煙氣流動方向相同，類似兩級換熱器的第二級。

整體型冷凝式鍋爐對鍋爐本體改造較大，煙道結(jié)構(gòu)和阻力變化較大，需要增加較大的風機功率；冷凝液在爐內(nèi)產(chǎn)生，要求耐腐蝕換熱面；燃燒器在性能匹配上明顯與非冷凝式鍋爐不同。通常整體型冷凝式鍋爐的成本是常規(guī)鍋爐的1.6~2倍。

2、分離型冷凝式鍋爐

目前較大容量的整體型冷凝式鍋爐較少，通常采用分離式結(jié)構(gòu)，將煙氣中水蒸氣冷凝部分在鍋爐外實現(xiàn)，類似燃煤鍋爐的省煤器裝置，稱為煙氣冷凝熱能回收裝置，即：

常規(guī)鍋爐+煙氣冷凝熱能回收裝置=分離式冷凝鍋爐

煙氣冷凝熱能回收裝置分為直接接觸換熱型和間接換熱型。直接接觸型，噴淋室與鍋爐煙道相連，噴淋水階梯式下落，與煙氣逆流運動，進行熱量交換，熱能回收率很高，同時可高效除塵及吸收有害物質(zhì)。

但是，此類裝置回收的熱能品質(zhì)較低，凝結(jié)水含酸性，使用受到限制；混合換熱裝置長期與酸性噴淋水接觸，易腐蝕，一般要采用鑄鐵、鋁合金、耐酸鋼材或塑料進行制造。

二、冷凝式鍋爐及應(yīng)用現(xiàn)狀

如果燃氣鍋爐的排煙溫度降低到足夠低的水平，那么煙氣中呈過熱狀態(tài)的水蒸氣就會凝結(jié)而放出汽化潛熱，使煙氣中水蒸氣的汽化潛熱得以回收利用的鍋爐稱為冷凝式鍋爐。

世界上首臺冷凝式鍋爐1979年誕生于荷蘭，1980年開始應(yīng)用于實際工程中。由于其明顯的節(jié)能與環(huán)保效益，自20世紀80年代起，在北美和歐洲得到迅速發(fā)展，20世紀90年代初開始在英國、德國和法國廣泛應(yīng)用。鍋爐增設(shè)各種型式熱交換器，以利用煙氣中水蒸氣冷凝時放出的汽化潛熱。這樣，由于在供熱系統(tǒng)中廣泛使用冷凝式鍋爐使燃料消耗量大大減少，節(jié)約了能源。大量的實驗結(jié)果表明，當燃用天然氣時，鍋爐的保養(yǎng)工作量很少，熱效率可提高10%~15%。

國外冷凝式供熱鍋爐的生產(chǎn)與應(yīng)用已具有一定的規(guī)模。荷蘭1995年共有230萬臺用于住宅；法國2000年在全部供熱鍋爐中冷凝式占一半以上；俄羅斯1993年已開始批量生產(chǎn)；而我國目前尚無冷凝式鍋爐的生產(chǎn)廠家。因此，對冷凝式鍋爐的研制與應(yīng)用應(yīng)給予足夠的重視。

康丹森全預混冷凝鍋爐卓越的安全系統(tǒng)

超壓保護系統(tǒng)：超過6公斤水壓時，鍋爐自動停止運行

自動排氣閥：排出鍋爐內(nèi)水循環(huán)產(chǎn)生的空氣，確保系統(tǒng)正常運行，防止腐蝕

離子探針：檢查燃燒機是否燃燒，如果沒有火焰，自動關(guān)閉進氣口確保系統(tǒng)安全

低水壓安全保護：時刻檢查鍋爐水壓，如果壓力低于0.8公斤，鍋爐自動關(guān)閉

溫度安全保護：如果鍋爐水溫超過95℃，自動停爐

二級過熱保護：鍋爐水溫超過105℃，自動停爐

煙氣溫度安全防護：煙氣感應(yīng)器檢測煙氣溫度，如果煙氣溫度超過極限，系統(tǒng)停止運行

防凍保護：當鍋爐水溫低至4℃，鍋爐會自動升溫到15℃以免結(jié)霜（鍋爐電壓必須開啟）

水泵保護：如果鍋爐長期不用，水泵自動定期、定時運轉(zhuǎn)

軍團桿菌防護：生活熱水儲罐內(nèi)的水低于60℃長時間不用，會生成軍團桿菌，鍋爐會定時自動運行使水溫達到65℃，避免生成軍團桿菌

高低電壓保護：鍋爐不會因電壓變動而受到損壞

一體式完全冷凝蒸汽鍋爐不同于普通清潔燃料鍋爐，該系列鍋爐的效率達到極限，有害物質(zhì)的排放量更低。

排煙余熱梯級利用，充分提高鍋爐效率；

排煙溫度低，熱效率高達100%以上,將鍋爐的效率發(fā)揮至極限；

NOx、COx、SOx等有害物質(zhì)排放大量減少；

天然氣的大部分成分是甲烷（CH4）,燃燒產(chǎn)物中水蒸氣占18%以上，1立方天然氣燃燒后，可產(chǎn)生1.55Kg的水蒸氣；

在鍋爐排煙的可利用的熱能中，水蒸氣的汽化潛熱占有很大的份額，大約為3700KJ/Nm3,占天然氣低位發(fā)熱量的10%以上；

普通鍋爐燃燒產(chǎn)生的熱量80~85%傳給了工質(zhì)，散熱占1%左右，而根據(jù)燃料的不同，較大的排煙損失可高達高位發(fā)熱量的20~30%;

對于普通天然氣鍋爐而言，水蒸氣所帶走的熱損失占整個排煙損失的55%~75%；

將鍋爐排煙溫度降低到水蒸氣露點以上，鍋爐效率可提高2~5%，若將排煙溫度降低到露點以下，挽回了水蒸氣的汽化潛熱，可使熱效率提高11%~15%以上。

冷凝式鍋爐

冷凝式鍋爐就是利用高效的煙氣冷凝余熱回收裝置來吸收鍋爐尾部排煙中的顯熱和水蒸汽凝結(jié)所釋放的潛熱，以達到提高鍋爐熱效率的目的。

熱效率分析

傳統(tǒng)鍋爐中，排煙溫度一般在160～ 250℃，煙氣中的水蒸汽仍處于過熱狀態(tài)，不可能凝結(jié)成液態(tài)的水而放出汽化潛熱。眾所周知，鍋爐熱效率是以燃料低位發(fā)熱值計算所得，未考慮燃料高位發(fā)熱值中汽化潛熱量的熱損失。因此傳統(tǒng)鍋爐熱效率一般只能達到87%～91%。而冷凝式余熱回收鍋爐，它把排煙溫度降低到50～70℃，充分回收了煙氣中的顯熱和水蒸汽的凝結(jié)潛熱。以天然氣為燃料的冷凝余熱回收鍋爐煙氣中水蒸汽容積成分一般為15%～19%，燃油鍋爐煙氣中水蒸汽含量為10%～12%，遠高于燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣中6%以下的水蒸汽含量。目前鍋爐熱效率均以低位發(fā)熱量計算，盡管名義上熱效率較高，但由于天然氣高、低位發(fā)熱量值相差10%左右，實際能源利用率尚待提高。為了充分利用能源，降低排煙溫度，回收煙氣的物理熱能，當換熱器壁面溫度低于煙氣的露點溫度時，煙氣中的水蒸汽將被冷凝，釋放潛熱，10%的高低位發(fā)熱量差就能被有效利用。

經(jīng)濟利益

冷凝式鍋爐能夠回收煙氣中水蒸汽潛熱的多少與鍋爐所使用的燃料種類和鍋爐的出水溫度有關(guān)。當無冷凝回收裝置的普通鍋爐燃燒天然氣時，如果鍋爐的熱效率按燃料低位發(fā)熱量計算為90%時，采用冷凝式余熱回收裝置后，排煙溫度降到30～50℃，其熱效率則會提高到107%左右。在燃料的耗量不變的情況下，供熱系統(tǒng)的回水越低，冷凝式余熱回收裝置回收的熱量就越多，鍋爐的熱效率就越高。對于冬季使用鍋爐提供熱能的水環(huán)式水源空調(diào)，其供熱熱水溫度為25℃，采用冷凝式鍋爐比普通熱水鍋爐節(jié)約相當多的運行費用。以100萬kcal/h鍋爐為例，普通鍋爐天然氣耗量為126.5Nm3/h(天然氣低位熱值為8500kcal/Nm3)，冷凝式鍋爐天然氣耗量為110 Nm3/h，如果鍋爐每天運轉(zhuǎn)10個小時，采暖周期為100天的話，采用冷凝式鍋爐每年可節(jié)約天然氣16500 Nm3，以天然氣價1.8元計，每年節(jié)約運行費用2.97萬元。

環(huán)保作用

燃料燃燒會產(chǎn)生大量的CO2、NOX和少量的SO2，這些物質(zhì)排放到大氣，會引起溫室效應(yīng)和酸雨的產(chǎn)生，對環(huán)境產(chǎn)生破壞作用。冷凝式鍋爐在冷凝煙氣中水蒸汽的同時，可以方便地去除煙氣中的這些有害物質(zhì)，因此，采用冷凝式鍋爐對保護環(huán)境也具有重要的意義。

是否帶冷凝器

2010年8月30日國家質(zhì)檢總局頒布了TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》，本規(guī)程依據(jù)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》、《高耗能特種設(shè)備節(jié)能監(jiān)督管理辦法》的規(guī)定，對鍋爐設(shè)計、制造、安裝、改造、維修和使用等環(huán)節(jié)的節(jié)能工作提出了明確要求，對規(guī)范鍋爐節(jié)能工作具有重要意義。

一些重要條款摘錄如下：

第八條：鍋爐排煙溫度設(shè)計應(yīng)當綜合考慮鍋爐的安全性和經(jīng)濟性，并且符合以下要求：

（一） 額定蒸發(fā)量小于1t/h的蒸汽鍋爐，不高于230℃

（二） 額定蒸發(fā)量小于0.7MW的蒸汽鍋爐，不高于180℃

（三） 額定蒸發(fā)量大于或者等于1t/h的蒸汽鍋爐和額定熱功率大于或者等于0.7MW的熱水鍋爐，不高于170℃

（四） 額定熱功率小于或者等于1.4MW的有機熱載體鍋爐，不高于進口介質(zhì)溫度50℃

（五） 額定熱功率大于1.4MW的有機熱載體鍋爐，不高于170℃

第二十三條 以天然氣為燃料的鍋爐，宜采用半冷凝或者全冷凝尾部熱交換裝置，回收煙氣中的熱量。

第二十六條 鍋爐制造單位應(yīng)當向使用單位提供鍋爐產(chǎn)品能效測試報告。能效測試工作應(yīng)當由國家質(zhì)檢總局確定的鍋爐能效測試機構(gòu)進行。