高效节能板式换热器在燃气锅炉烟气余热回收中的应用

摘 要：天然气在锅炉燃烧腔内燃烧过程中，燃烧不断放出热量，燃烧产生的高温烟气通过热的传播，将热量传递给锅炉受热面，而本身温度逐渐降低，最后由烟囱排出。据统计通过烟囱排出的烟气热量占燃料燃烧释放全部热量的10%以上，因此锅炉排烟是一个潜力很大余热资源，充分回收利用好余热资源，对企业节能减排工作有着非常重要的意义。本文着重论述企业在燃气锅炉烟气余热回收利用上，通过在烟筒上安装高效节能的不锈钢板式换热器，利用烟气余热提升锅炉供水温度间接减少天然气使用量的经验介绍。

关键词：烟气余热；板式换热器；锅炉供水温度；天然气；节能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.047

1 技术方案

1.1 系统效益

（1）节能：烟气中有大量的水蒸汽（燃料中的H燃烧产生）水蒸汽冷凝会释放大量的凝结潜热，安装冷凝换热器后，排烟温度可降到100度以下，吸收了烟气中的显热和水蒸汽凝结后发出的潜热。锅炉的热效率提高至95%以上。

（2）环保：烟气中的水蒸汽冷凝结露过程中，吸收了烟气中的NOX、SOX等有害气体，排放物中的有害气体大大低于国家排放标准；同时对燃料的节约，降低了用户的年CO2排放。

1.2 技术特点

（1）本项目使用了不对称气液换热板换，钎焊模块结构，进行选型计算和组装制造。

（2）板片专门对气侧大流量进行了优化设计，压降低于300Pa。

（3）高效换热器模块为316L不锈钢，并有防腐涂层，壳体及辅件采用304不锈钢，可以有效抗烟气及冷凝液腐蚀，运行可靠。

（4）高效换热器水侧在出厂前进行压力测试，无泄漏产生。

（5）换热循环水管系统：从锅炉供给水箱下部设一根￠63两台节能器共用给水管，上部设同样口径回水管，供回水管分别并联连接两台烟筒上的节能器，连接支管采用￠40口径。循环泵按流量6吨/时、扬程16米、功率0.75千瓦时、电压380伏的凯泉牌管道泵选取，泵前进水管上安装过滤器，管道材质为304卫生级不锈钢管。全程管道保温，材质为硅酸盐、外安装不锈钢装饰管。

1.3 工艺流程图

1.4 高效换热模块（外购）

2 节能原理说明

（1）天然气成分主要为烃，排烟中水蒸汽含量较高。每1NM3天然气，燃烧后产生1.55kg 水蒸气，具有可观的汽化潜热，大约为3700kJ，约占1NM3的天然气低位燃烧热值的10%。因此本项目回收的是高温烟气的显热和烟气中水蒸气的汽化潜热两部分。

（2）露点计算：一般纯天然气的成分为 CH4（98%），C3H3（0.3%），C4H4（0.3%），C5以上（0.4%），N2（1%）。露點与成分及过量空气系数都有关联，选取过量空气系数1.1，在大气压下燃烧，水蒸汽体积百分含量为17.4%，相应的露点温度为57 摄氏度。因此，全冷凝的温区一般在55-60摄氏度。

（3）本项目采用了不锈钢气体-液体换热，由于气体流道特殊强化构造，气侧流速较低的情况下即可形成紊流流动。由于整个装置是全逆流状况，较低的接触面温度在烟气平均温度在100-120摄氏度之间已经产生部分冷凝。本项目按98摄氏度平均出口温度计算，最高壁温120度，最低壁温35度，部分冷凝。

（4）采用部分冷凝的方案是兼顾技术和经济性，技术上有能力将整体烟气降至露点区55-60度，但由于换热温差（水侧出口端部温差）的限制，整体换热面积增加太多，设备价格过高，影响用户的初投资和节能回收期。理论计算的全冷凝量由于气体是持续流动的，压降很小的情况下通道流速为8.45m/s，实际冷凝量也大大低于理论冷凝量。因此冷凝区在80 摄氏度以上是比较经济的，并且回收了部分水的汽化潜热。

3 换热器选配与节能回收效益

注释：（1）考虑锅炉负荷的波动，年节约费用按年均总耗量×节能率8%估算，按企业年消耗天然气100万立方米计算，全年节省燃气费8万立方米×3.57元/立方米=28.56万元。（2）两台汽液板式换热器22万元+安装费5.8万元=27.8万元，板换换热器安装使用一年即可收回全部投资。

4 结论

长春祈健生物制品有限公司利用不锈钢板式换热器效率高、耐腐蚀的特性，把燃气锅炉的高温烟气余热回收利用，回收热能用于锅炉给水，提升锅炉供水温度，间接的减少了锅炉天然气的用量。从烟筒安装不锈钢板式换热器以来，两台六吨燃气锅炉平均每年下降天然气使用量13万立方米，减少燃料费46万元，实际使用的换热器节能效率超过15%，为企业降低生产成本、提高利润、减少能耗与污染物排放，起到了非常大促进作用。

参考文献：

[1]国家标准.综合能耗计算通则（GB/T2589-2008）[S].

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