WNS燃气冷凝式蒸汽介绍(2015).doc

1、燃气冷凝式蒸汽锅炉概述传统燃气（油）锅炉热效率一般只能达到85%92%，排烟温度一般140250，使得燃料燃烧时产生的水(例如天然气：CH4+2O2CO2+2H2O)在烟气中处于过热状态的水蒸汽，随烟气从烟囱中流失。而冷凝燃气锅炉，利用水蒸汽凝结成液态水过程整释放大量汽化潜热的原理，通过增设烟气余热回收装置把排烟温度降低到5070，充分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热，热效率理论值最高可达109%。 一般来说，热效率100%以上的锅炉在常识上虽然难以理解，但如果将烟气中的水蒸汽凝结潜热利用起来，并且排烟温度降低得足够低，排烟损失很低的情况下，锅炉的热效率会提高到100%，甚至超过100%。冷凝式锅炉发轫于欧洲。德国、荷兰、英国、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，荷兰率先将冷凝式锅炉应用在大中型工业锅炉上，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。 冷凝式锅炉可以回收排烟中的水蒸汽凝结潜热，还可以降低烟气中的有害气体，所以它很快确立了其在暖通领域中的地位，欧洲国家对冷凝锅炉的认知普及及政策的倾斜，使得冷凝锅炉的应用极为广泛。而在中国，冷凝锅炉还是空白，人们对冷凝锅炉的认识不足是一重要原囡，另一原因就是生产厂家对冷凝锅炉的推广和研发不力。浙江特富锅炉作为国内专业燃油、气锅炉第一品牌，多年来始终至力于将国外的先进锅炉技术与中国锅炉的现状相结合，走一条绿色节能环保的民族路线。依靠强大的技术研发团队，以及30年来工业锅炉制造经验，先后研发出冷凝无压热水锅炉、冷凝余热回收锅炉、冷凝常压热水锅炉、冷凝承压热水锅炉，并将国外先进的能源利用理念引入中国，特别在冷凝锅炉的推广上做了大量的工作，走在了中国节能环保领域的最前列。1992年，浙江特富制造国内第一台喷淋式冷凝锅炉，96%热效率创造当时国内最佳纪录，该锅炉目前仍在杭州天星龙大厦正常运行，该系统目前仍处于国内领先水平。1997年，国内首台间壁式余热回收冷凝锅炉由我公司研发成功，填补了国内冷凝锅炉领域的又一项空白。2004年国内第一台 ND钢鳍片管式冷凝器在浙江特富投产，开创了国内冷凝锅炉新革命。2005年浙江特富冷凝锅炉大规模市场推广开来，贵阳老干妈、福建闽中食品、井冈山卷烟厂、浙江大学、正大集团农牧分公司、正大集团大福饲料、成都铁路局、民生制药、江西北洋食品添加剂等大批国内知名企业均选用了浙江特富国内燃油、气第一民族品牌，浙江特富冷凝锅炉国内市场占有率超过70%。2008年浙江特富与德国博世布德鲁斯锅炉战略性合作启动，共同完善冷凝锅炉系列产品。2010年浙江特富冷凝锅炉冷凝锅炉系列产品市场占有率逐年提升。2、冷凝式锅炉热效率分析 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1.71kg水蒸汽，具有可观的汽化潜热，大约为4000kJ，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。烟气冷凝余热回收装置，利用温度较低的锅炉补给水或热媒水冷却烟气，实现烟气温度的降低，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，同时换热器内的低温补给水或热媒水吸热而被加热，实现热能回收，提高锅炉热效率。锅炉热效率的提高：1Nm3天然气燃烧产生理论烟气量约10.56Nm3（大约13.0kg）。以过量空气系数1.1为例，产生烟气11.52Nm3（大约14.3kg）。取烟气温度155降低至54，放出物理显热约1610kJ，水蒸汽冷凝率取23%，放出汽化潜热约938 kJ，总计放热2548 kJ，约是天然气低位发热量的7.2%。若全部烟气进入冷凝回收装置，可以提高热能利用率7.2%以上，节省天然气燃料近10%。传统锅炉中，排烟温度一般在150250，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%，即使按最新的国家强制性节能规范（TSG G0002-2010锅炉节能技术监督管理规程）的要求（锅炉排烟温度170）加装节能器后，锅炉排烟温度仍有150左右。而冷凝式余热回收锅炉，它能把排烟温度降低到5070，充分回收了烟气中的显热和烟气中水蒸汽的凝结潜热。以天然气为燃料的冷凝余热回收锅炉烟气中水蒸汽容积份额一般为18%19%，燃油锅炉烟气中水蒸汽含量为12%13%，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，但由于天然气高、低位发热量值相差10%左右，实际能源利用率尚待提高。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。 3、冷凝式锅炉的设计思想及原理排烟温度是锅炉的基本设计参数之一。设计锅炉时首先要对该参数进行选定。锅炉排烟温度直接影响到锅炉机组的经济性和尾部受热面工作的安全性。选择较低的排烟温度可以降低锅炉的排烟热损失，有利于提高锅炉的热效率，节约能源及降低锅炉的运行费用。因此，如何有效地降低锅炉的排烟温度并使之合理利用，是一个重大的技术性课题，特富锅炉引进荷兰技术研发的冷凝式余热回收锅炉，其降低排烟温度是通过以下方法来实现：（1）、通过增加锅炉本体的对流受热面的换热面积或采用提高对流换热系数的方法，降低排烟温度；（2）、在尾部烟道增设高效的鳍片式冷凝换热器。上述方法在实际应用中有效地回收排烟中显热与汽化潜热。3、冷凝式锅炉的显形优势：（1） 使用了鳍片式冷凝换热器，有效地降低了排烟温度。（2） 冷凝节能装置为了防止排烟凝结水的酸性腐蚀，使用ND钢材质制作的螺纹管，它与直管相比，导热性能比直管高2倍以上。（4）烟气的有害气体得到有效的控制，并随冷凝液流入中和池。综上所述，冷凝式锅炉，是传热学、物理学、燃烧学、材料等科学的结晶。它以绝对的经济性傲视传统锅炉。冷凝式锅炉的推广，是一场思维的闪耀与观念的变革，同时，必将会推动热工领域的发展。4、冷凝式锅炉的显形优势（1）使用了高效翅片管节能器（高温给水加热器）、耐腐蚀高效翅片管冷凝换热器（低温给水预加热器），有效地降低了排烟温度，提高了锅炉热效率（达到甚至超过100%）。（2）锅炉结构采用了高度整合技术，将本体受热面与低温扩展受热面（节能器及冷凝器）高度整合，使得该型锅炉结构紧凑、占地面积小，节约了锅炉房建设用地和基建成本，同时简化了现场安装工作量。（3）烟气的有害气体得到有效的控制，并随冷凝液流入中和池。综上所述，冷凝式锅炉，是传热学、物理学、燃烧学、材料学等科学的结晶。它以绝对的经济性傲视传统锅炉。冷凝式锅炉的推广，是一场思维的闪耀与观念的变革，同时，必将会推动热工领域的发展。5、冷凝式锅炉原理1、天然气（LNG）以及其它的气体燃料主要是碳（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=1002、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/Nm3 - 950kcal/Nm3 = 8500kcal/Nm33、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567kcal/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，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）。4、锅炉热效率的计算：锅炉的正平衡效率：=（锅炉出力饱和蒸汽焓给水量给水焓）（燃料消耗量燃料的低位发热量）5、将余热回收锅炉的原理公式化、图表化如（图-1）。CmHn + (O2+N2) CO2 + NOx + H2O + N2 + O2 + 高位发热量天然气空气燃烧9450kcal/Nm3低位发热量8500kcal/Nm3潜热950kcal/Nm3炉水吸热(88.8%)锅炉散热等损失(1%)变成过热水蒸汽成为烟气的一部分 255节能器吸热显热(4.6%) 155冷凝器吸热显热+潜热(4.5%+2.6%=7.2%)凝结水排放至大气(65)图1 冷凝余热回收锅炉原理含有显热的烟气(10.2%)6、冷凝式锅炉和环境保护燃气与燃重油或轻油相比对环境污染相对小一些，它是一种清洁燃料。但燃烧时生成的CO2、CO、NOX仍然对环境会产生影响。在先进国家也尽量力求减少此类污染物的排放，开发和使用低NOX燃烧器，低NOX锅炉等。但CO2依然被排出，而NOX控制在60ppm以下排出。一般情况下，天然气燃烧排烟中含CO2含量约为10%；NOX含量约为6080ppm，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+H2OH2CO3NOX+H2OHNO2+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含量大大减少,CO2约减少40%，含量由原来的10%下降至67%;NOX约减少至20ppm以下。酸性的冷凝水排出时需进行中和处理：H2CO3+Ca2+2OH-CaCO3+2H2OH2NO3+Ca2+2OH-CaNO3+2H2O可以设置一中和池，将冷凝水排放到中和池中，定期检查中和池的PH值。7、燃气冷凝式蒸汽锅炉特点结构特点浙江特富冷凝式锅炉是一种热效率高、能源消耗率低、节能效果显著、烟气阻力小、烟气对环境造成的污染小的新型锅炉。是一种结构紧凑，使用方便、使用寿命长、运行安全可靠、自动化程度高的环保型制热设备。本锅炉的主要技术特点如下：1.锅炉燃烧室及受热面采用燃烧室低位设计，受热面采用偏心布置方式，即把炉胆布置在最低位置，这样有利于将温度最高的燃烧室埋在水中，使锅炉水位的安全范围增大；2.锅炉采用湿背式、全波纹炉胆结构布置，使得锅炉的后管板不受高温烟气的直接冲刷，即改善了锅炉工作条件，又减少了锅炉的散热损失；3.为进一步降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率。锅炉尾部布置有冷凝器，冷凝器结构布置紧凑，体积小，换热效果好，烟气阻力小。冷凝器采用ND钢设计，可根据用户不同要求灵活选配，冷凝器一般适用于以轻柴油、气体双燃料的工业锅炉；4.燃烧器特殊设计，采用低过量空气系数，保证燃烧完全的同时，能极大地减少有害气体的生成；5.该锅炉外壳采用高热阻纤维和封闭式金属外罩作为绝热层，并且在设计时充分考虑操作、检修、维护的方便，设置了如下装置：（1）设置了可灵活开启的前烟箱门和后烟箱门，以便于清理和维修锅炉烟管；（2）锅炉后部设置了火焰观察孔兼人孔，供锅炉运行时观察锅炉燃烧运行状况及停炉时进入炉胆清理、检修；（3）锅炉顶部也设置了人孔，用来检修锅炉汽水空间；（4）锅炉设置有平台扶梯，大大提高了司炉工的操作方便性；6.锅炉本体在设计时，充分考虑了锅炉本体燃料的适应性，锅炉在本体无须变化的情况下，只须更换燃烧设备，就可燃重油、轻柴油以及气体燃料；7.锅炉的控制系统是在传统的燃油锅炉控制系统的基础上，引进了可编程序控制器这一先进的工业控制计算机，使电控系统的功能和可靠性有了较大的提高。该系列锅炉控制系统包括：给水自动控制、燃烧自动调节、油温自动控制（重油和渣油）、气压高（低）保护（气体燃料）、程序控制、自动点火、停炉及其它安全保护等。节能装置特点1、本冷凝余热回收装置为了防止排烟结露的酸性腐蚀和提供清洁热水，采用优质耐硫酸露点腐蚀钢09CrCuSb（ND钢）螺旋翅片管来制成。2、与光管相比，使用了传热性能高出2倍以上的螺旋翅片管，在同样工况下，重量可减轻60%左右，尺寸可减少35%以上。耐腐蚀钢的使用，保证了锅炉尾部受热面及低温烟道的安全可靠运行。3、本装置可组装在锅炉上部，无占地面积，生成在传热面上的凝结水亦可自然排出。4、本锅炉配有常压冷凝器，其目的是为了吸收烟气中的汽化热从而达到节能高效的效果。5、冷凝器的系统是独立的，具体安装时按公司提供的管路系统图进行。6、冷凝器安装时其出水管路上严禁安装任何阀门。8、冷凝式锅炉的经济性以下将对WNS常规燃气蒸汽锅炉、WNS常压节能器燃气蒸汽锅炉与WNS冷凝式蒸汽锅炉各型号锅炉的经济技术参数进行对比分析（详见后续