冷凝式燃氣鍋爐及應用現狀

與常規鍋爐一樣，冷凝式鍋爐也有很多種分類方法。現按結構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部實現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，煙道結構和阻力變化較大，需要增加較大的風機功率；冷凝液在爐內產生，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，通常采用分離式結構，將煙氣中水蒸氣冷凝部分在鍋爐外實現，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。

但是，此類裝置回收的熱能品質較低，凝結水含酸性，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、冷凝式鍋爐及應用現狀

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的水蒸氣就會凝結而放出汽化潛熱，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年開始應用于實際工程中。由于其明顯的節能與環保效益，自20世紀80年代起，在北美和歐洲得到迅速發展，20世紀90年代初開始在英國、德國和法國廣泛應用。鍋爐增設各種型式熱交換器，以利用煙氣中水蒸氣冷凝時放出的汽化潛熱。這樣，由于在供熱系統中廣泛使用冷凝式鍋爐使燃料消耗量大大減少，節約了能源。大量的實驗結果表明，當燃用天然氣時，鍋爐的保養工作量很少，熱效率可提高10%~15%。

國外冷凝式供熱鍋爐的生產與應用已具有一定的規模。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；而我國目前尚無冷凝式鍋爐的生產廠家。因此，對冷凝式鍋爐的研制與應用應給予足夠的重視。

康丹森全預混冷凝鍋爐卓越的安全系統

超壓保護系統：超過6公斤水壓時，鍋爐自動停止運行

自動排氣閥：排出鍋爐內水循環產生的空氣，確保系統正常運行，防止腐蝕

離子探針：檢查燃燒機是否燃燒，如果沒有火焰，自動關閉進氣口確保系統安全

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：煙氣感應器檢測煙氣溫度，如果煙氣溫度超過極限，系統停止運行

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

軍團桿菌防護：生活熱水儲罐內的水低于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,將鍋爐的效率發揮至極限；

NOx、COx、SOx等有害物質排放大量減少；

天然氣的大部分成分是甲烷（CH4）,燃燒產物中水蒸氣占18%以上，1立方天然氣燃燒后，可產生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,占天然氣低位發熱量的10%以上；

普通鍋爐燃燒產生的熱量80~85%傳給了工質，散熱占1%左右，而根據燃料的不同，較大的排煙損失可高達高位發熱量的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，不可能凝結成液態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熱值計算所得，未考慮燃料高位發熱值中汽化潛熱量的熱損失。因此傳統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熱量計算，盡管名義上熱效率較高，但由于天然氣高、低位發熱量值相差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%的高低位發熱量差就能被有效利用。

經濟利益

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。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式水源空調，其供熱熱水溫度為25℃，采用冷凝式鍋爐比普通熱水鍋爐節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10個小時，采暖周期為100天的話，采用冷凝式鍋爐每年可節約天然氣16500 Nm3，以天然氣價1.8元計，每年節約運行費用2.97萬元。

環保作用

燃料燃燒會產生大量的CO2、NOX和少量的SO2，這些物質排放到大氣，會引起溫室效應和酸雨的產生，對環境產生破壞作用。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，因此，采用冷凝式鍋爐對保護環境也具有重要的意義。

是否帶冷凝器

2010年8月30日國家質檢總局頒布了TSG G0002-2010《鍋爐節能技術監督管理規程》，本規程依據《特種設備安全監察條例》、《高耗能特種設備節能監督管理辦法》的規定，對鍋爐設計、制造、安裝、改造、維修和使用等環節的節能工作提出了明確要求，對規范鍋爐節能工作具有重要意義。

一些重要條款摘錄如下：

第八條：鍋爐排煙溫度設計應當綜合考慮鍋爐的安全性和經濟性，并且符合以下要求：

（一） 額定蒸發量小于1t/h的蒸汽鍋爐，不高于230℃

（二） 額定蒸發量小于0.7MW的蒸汽鍋爐，不高于180℃

（三） 額定蒸發量大于或者等于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 鍋爐制造單位應當向使用單位提供鍋爐產品能效測試報告。能效測試工作應當由國家質檢總局確定的鍋爐能效測試機構進行。