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[摘 要]随着经济的发展以及对节能环保要求的提高，冷凝换热技术与锅炉等相关产品得到了一定发展，但在实际应用的过程中存在一定的问题亟需解决。目前我国燃油气锅炉具有较高的排烟温度，提高锅炉效率可以从利用节能器回收烟气余热入手。因此，本文对目前冷凝式锅炉技术研发过程中的问题进行分析，并在此基础上探讨燃油气锅炉节能方法，从而确保了冷凝换热锅炉的安全及高效运行，制定相关的技术规范。
[关键词]冷凝换热 燃油气 锅炉节能
中图分类号：TD74 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0150-01
1、前言
燃油气锅炉在得到快速的发展后，为了能够在便于运输、节约材料以及减轻重量外，一般会将其设计成组装以及快装型式，燃油气锅炉效率在85%-88%之间，因而均未增加装节能器。而随着燃油气锅炉的进一步发展，通过强化燃烧及传热、改善技术条件、降低排烟温度以及加强水处理等多种技术，显著地提高了发达国家燃油锅炉效率（95%），有效地节约了油气燃料。至此我国燃油锅炉也开始得到迅速发展，但大部分燃油气锅炉几乎没有设置相关的节能装置，实际运行效率仍然与发达国家存在差距。而关于冷凝式锅炉的研究中可以得出几下几点：①是否采用冷凝方式将烟气的余热进行回收的主要因素取决于能否加以利用回收热量；②若能够降低锅炉的排烟温度，则烟气中呈现出过热状况的水蒸气便会出现凝结，最终放出汽化潜热；③降低烟气的温度至露点前，可以有效地提高锅炉热效率2%-5%之间，倘若烟气温度在露点下则可以提高锅炉热效率11%-15%以上；④一般情况下只有当拍严重的水蒸气潜热温度在60℃下才能回收，因而能够回收的热量主要依赖于所要求的利用率及温度。
2、冷凝换热
2.1 冷凝锅炉动力
由于天然气中主要的成分为甲烷CH4，占天然气所有成分的95%左右，同时还包括少量的氢气及碳氢化合物成分。甲烷CH4完全燃烧后的化学方程式为：CH4+2O2=CO2+2H2O
这表明16g的甲烷完全燃烧所生成的36g水，在炉膛内这些水分将会全部蒸发成水蒸气，而这些水蒸气具有非常可观的重量，相当于甲烷自身燃烧重量的2.25倍。因此，在天然气完全燃烧后所产生的大量水蒸气是开发冷凝锅炉的动力。
2.2 水蒸气冷凝温度
无论在设计锅炉或者拟定产品的技术参数过程中，燃天然气锅炉烟气中水蒸气的冷凝温度是我们必须明确掌握的指标。根据相关的资料表明，天然气主要成分为甲烷与碳氢化合物，基本没有硫的存在，天然气在燃烧后期烟气的主要成分为N2、NOx、CO2、H2O。因此，当在大气压的环境中燃烧天然气，过量空气系数为1.1时，则相应的烟气露点温度应该在57℃左右。
3、节能措施
3.1 于煙管中增加扰流子
目前市场上锅壳式燃油燃气蒸汽锅炉与热水锅炉包括WNS型与LHS型，其烟管主要包括光管及螺纹烟管两种。对于螺纹烟管来说，其是在机床上外压螺旋凹槽在管内所形成的螺旋凸缘，主要目的在于对管内烟气流动“层流底层”进行破坏，以此来提高烟管传热效率。但是在实际应用中，一部分螺纹烟管在制作上由于工艺因素在管内并未形成一定凸缘高度，因而并不能够对“层流底层”进行扰流或破坏，所以其并不具有明显的传热效果。因此，便可以在管内加“扰流子”的方法来提高传热效果，具体的方法如下：
①在插入螺旋弹簧丝的过程中要紧紧地贴着烟管内壁面，也就是说可以采用直径为2mm的不锈钢丝，并将其绕成螺距为28mm的弹簧丝，最后将其勾住管子两端。②紧贴烟管的内壁面并插入一个波浪形的扁钢。也就是说采用一个厚度为1.0-1.2mm的不锈钢板，并将其裁成一个宽度稍微小于管内径的不锈钢条，可以确保不锈钢板与烟管长度一样，然后每隔50mm便将其扭约120度，插入管孔内。需要注意的是螺旋弹簧丝或者波浪形的扁钢必须要紧紧地贴于烟管的内壁面。但是由于在烟管内烟气处于一个紊流的状态，因此其所存在的“层流底层”具有较大的热阻，扰流子紧紧地贴于烟管内壁面，从而便会导致“层流底层”出现周期性地被破坏状况，从而便会在一定程度上降低传热热阻，最终强化传热效率。此种方法在实践中的应用表明，能够有效地降低燃油燃气锅壳式蒸汽锅炉排烟温度30-50℃左右，也能显著提高传热效率1.2%-2.0%左右
3.2 于锅炉尾部增加冷凝换热器
一般情况下，锅炉尾气在高于100℃的温度下便会离开锅炉进入烟囱，这一温度远远地高于烟气的露点，因此便会浪费掉这部分水蒸气的凝结放热。而对一些清洁燃料而言，如木材燃料或者天然气，可以通过将烟气温度降低到60℃以下的方式，额外获得11%～15%的热量。冷凝换热回收的热量在室内采暖、游泳池以及加热工艺用水等需要的工艺热水适合采用冷凝式换热回收热量的方式。在实践中于常规燃气蒸汽锅炉和热水锅炉尾部加冷凝换热器回收烟气余热的方式表明，冷凝换热器可以确保锅炉系统同时能够拥有高温及低温回路。低温回路在20-45℃热水用途不会受到限制，能够用于生活以及生产工艺用水，从而能够满足不同用户的不同需求。冷凝换热器主要采用的是传热系数大且重量轻的具有外扩张面的09CrCuSb耐硫酸低温露点腐蚀用钢管或者纯铜整体翼片内螺纹换热管制成。
3.3 其他措施
目前市场上流通一些用于重油且轻柴油改良剂、添加剂或者净化剂，声称能够有效地改善燃油的燃烧性能或者改善锅炉的燃烧工况，从而提高锅炉效率，最终减少SO2以及NOx的排放，甚至还能够自动清除油路以及燃烧器积焦和结碳。一些发明者自称利用他发明的添加剂能节油10%以上，且SO2和NOx排放量可降低70%-90%左右。但是，这些添加剂是否确有如此起到节能环保的效果，还需要实践的进一步验证。根据相关的资料表明，这些添加剂可以在一定程度上导致长链碳分子的断裂，并且在分子表面形成包围层，从而使更加充分且更加彻底地促使燃料燃烧，这些结论也有待确认。根据相关的试验以及实践中表明，有一部分确实有一定的节能效果和环保效果的，因此对于名目繁多的添加剂，应该去伪存真，积极支持其中有一定科学依据的创新做法，给予试验或验证的条件，以为燃油锅炉的节能工作开辟更多的途径及更多的方式。
结束语
综上所述，每个行业工作者需要承担起发展燃气冷凝锅炉产品的责任，并积极地做好响应的研究以及相关推广工作，在此基础上总结提升现有的研发成果以及技术经验。然后借鉴国外发展经验进行有关标准化工作，进一步规范并引导我国燃气冷凝锅炉朝着科学且健康的方向发展，从而为市场提供更多更好的燃气冷凝锅炉产品，促进我国工业锅炉的节能减排。
参考文献
[1] 李丙奇.燃油气蒸汽锅炉供热的节能分析[J].中华民居，2011，（1）：41-41.
[2] 马得明，王善武.基于变频控制技术的燃油气锅炉燃烧器的开发和应用[J].工业锅炉，2011，（5）：19-24.
[3] 温芝香，葛升群，张晓明等.在用燃油气锅炉热效率计算与评价[J].工业锅炉，2011，（6）：14-16.
[4] 王晓桥，温芝香.正平衡法燃油气锅炉热效率测试不确定度分析[J].节能，2012，31（11）：22-23.
[5] 初同辉，刘淼，初航等.富氧燃烧技术在油气混烧锅炉上的应用[J].炼油与化工，2016，27（3）：20-21.
[6] 张华军.层燃锅炉燃煤改烧生物质颗粒燃料分析[J].山东工业技术，2016，（4）：78.
[7] 刘佳明.长庆油田燃煤蒸汽锅炉节能技术探究[J].中国化工装备，2015，（1）：16-19.
[关键词]冷凝换热 燃油气 锅炉节能
中图分类号：TD74 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0150-01
1、前言
燃油气锅炉在得到快速的发展后，为了能够在便于运输、节约材料以及减轻重量外，一般会将其设计成组装以及快装型式，燃油气锅炉效率在85%-88%之间，因而均未增加装节能器。而随着燃油气锅炉的进一步发展，通过强化燃烧及传热、改善技术条件、降低排烟温度以及加强水处理等多种技术，显著地提高了发达国家燃油锅炉效率（95%），有效地节约了油气燃料。至此我国燃油锅炉也开始得到迅速发展，但大部分燃油气锅炉几乎没有设置相关的节能装置，实际运行效率仍然与发达国家存在差距。而关于冷凝式锅炉的研究中可以得出几下几点：①是否采用冷凝方式将烟气的余热进行回收的主要因素取决于能否加以利用回收热量；②若能够降低锅炉的排烟温度，则烟气中呈现出过热状况的水蒸气便会出现凝结，最终放出汽化潜热；③降低烟气的温度至露点前，可以有效地提高锅炉热效率2%-5%之间，倘若烟气温度在露点下则可以提高锅炉热效率11%-15%以上；④一般情况下只有当拍严重的水蒸气潜热温度在60℃下才能回收，因而能够回收的热量主要依赖于所要求的利用率及温度。
2、冷凝换热
2.1 冷凝锅炉动力
由于天然气中主要的成分为甲烷CH4，占天然气所有成分的95%左右，同时还包括少量的氢气及碳氢化合物成分。甲烷CH4完全燃烧后的化学方程式为：CH4+2O2=CO2+2H2O
这表明16g的甲烷完全燃烧所生成的36g水，在炉膛内这些水分将会全部蒸发成水蒸气，而这些水蒸气具有非常可观的重量，相当于甲烷自身燃烧重量的2.25倍。因此，在天然气完全燃烧后所产生的大量水蒸气是开发冷凝锅炉的动力。
2.2 水蒸气冷凝温度
无论在设计锅炉或者拟定产品的技术参数过程中，燃天然气锅炉烟气中水蒸气的冷凝温度是我们必须明确掌握的指标。根据相关的资料表明，天然气主要成分为甲烷与碳氢化合物，基本没有硫的存在，天然气在燃烧后期烟气的主要成分为N2、NOx、CO2、H2O。因此，当在大气压的环境中燃烧天然气，过量空气系数为1.1时，则相应的烟气露点温度应该在57℃左右。
3、节能措施
3.1 于煙管中增加扰流子
目前市场上锅壳式燃油燃气蒸汽锅炉与热水锅炉包括WNS型与LHS型，其烟管主要包括光管及螺纹烟管两种。对于螺纹烟管来说，其是在机床上外压螺旋凹槽在管内所形成的螺旋凸缘，主要目的在于对管内烟气流动“层流底层”进行破坏，以此来提高烟管传热效率。但是在实际应用中，一部分螺纹烟管在制作上由于工艺因素在管内并未形成一定凸缘高度，因而并不能够对“层流底层”进行扰流或破坏，所以其并不具有明显的传热效果。因此，便可以在管内加“扰流子”的方法来提高传热效果，具体的方法如下：
①在插入螺旋弹簧丝的过程中要紧紧地贴着烟管内壁面，也就是说可以采用直径为2mm的不锈钢丝，并将其绕成螺距为28mm的弹簧丝，最后将其勾住管子两端。②紧贴烟管的内壁面并插入一个波浪形的扁钢。也就是说采用一个厚度为1.0-1.2mm的不锈钢板，并将其裁成一个宽度稍微小于管内径的不锈钢条，可以确保不锈钢板与烟管长度一样，然后每隔50mm便将其扭约120度，插入管孔内。需要注意的是螺旋弹簧丝或者波浪形的扁钢必须要紧紧地贴于烟管的内壁面。但是由于在烟管内烟气处于一个紊流的状态，因此其所存在的“层流底层”具有较大的热阻，扰流子紧紧地贴于烟管内壁面，从而便会导致“层流底层”出现周期性地被破坏状况，从而便会在一定程度上降低传热热阻，最终强化传热效率。此种方法在实践中的应用表明，能够有效地降低燃油燃气锅壳式蒸汽锅炉排烟温度30-50℃左右，也能显著提高传热效率1.2%-2.0%左右
3.2 于锅炉尾部增加冷凝换热器
一般情况下，锅炉尾气在高于100℃的温度下便会离开锅炉进入烟囱，这一温度远远地高于烟气的露点，因此便会浪费掉这部分水蒸气的凝结放热。而对一些清洁燃料而言，如木材燃料或者天然气，可以通过将烟气温度降低到60℃以下的方式，额外获得11%～15%的热量。冷凝换热回收的热量在室内采暖、游泳池以及加热工艺用水等需要的工艺热水适合采用冷凝式换热回收热量的方式。在实践中于常规燃气蒸汽锅炉和热水锅炉尾部加冷凝换热器回收烟气余热的方式表明，冷凝换热器可以确保锅炉系统同时能够拥有高温及低温回路。低温回路在20-45℃热水用途不会受到限制，能够用于生活以及生产工艺用水，从而能够满足不同用户的不同需求。冷凝换热器主要采用的是传热系数大且重量轻的具有外扩张面的09CrCuSb耐硫酸低温露点腐蚀用钢管或者纯铜整体翼片内螺纹换热管制成。
3.3 其他措施
目前市场上流通一些用于重油且轻柴油改良剂、添加剂或者净化剂，声称能够有效地改善燃油的燃烧性能或者改善锅炉的燃烧工况，从而提高锅炉效率，最终减少SO2以及NOx的排放，甚至还能够自动清除油路以及燃烧器积焦和结碳。一些发明者自称利用他发明的添加剂能节油10%以上，且SO2和NOx排放量可降低70%-90%左右。但是，这些添加剂是否确有如此起到节能环保的效果，还需要实践的进一步验证。根据相关的资料表明，这些添加剂可以在一定程度上导致长链碳分子的断裂，并且在分子表面形成包围层，从而使更加充分且更加彻底地促使燃料燃烧，这些结论也有待确认。根据相关的试验以及实践中表明，有一部分确实有一定的节能效果和环保效果的，因此对于名目繁多的添加剂，应该去伪存真，积极支持其中有一定科学依据的创新做法，给予试验或验证的条件，以为燃油锅炉的节能工作开辟更多的途径及更多的方式。
结束语
综上所述，每个行业工作者需要承担起发展燃气冷凝锅炉产品的责任，并积极地做好响应的研究以及相关推广工作，在此基础上总结提升现有的研发成果以及技术经验。然后借鉴国外发展经验进行有关标准化工作，进一步规范并引导我国燃气冷凝锅炉朝着科学且健康的方向发展，从而为市场提供更多更好的燃气冷凝锅炉产品，促进我国工业锅炉的节能减排。
参考文献
[1] 李丙奇.燃油气蒸汽锅炉供热的节能分析[J].中华民居，2011，（1）：41-41.
[2] 马得明，王善武.基于变频控制技术的燃油气锅炉燃烧器的开发和应用[J].工业锅炉，2011，（5）：19-24.
[3] 温芝香，葛升群，张晓明等.在用燃油气锅炉热效率计算与评价[J].工业锅炉，2011，（6）：14-16.
[4] 王晓桥，温芝香.正平衡法燃油气锅炉热效率测试不确定度分析[J].节能，2012，31（11）：22-23.
[5] 初同辉，刘淼，初航等.富氧燃烧技术在油气混烧锅炉上的应用[J].炼油与化工，2016，27（3）：20-21.
[6] 张华军.层燃锅炉燃煤改烧生物质颗粒燃料分析[J].山东工业技术，2016，（4）：78.
[7] 刘佳明.长庆油田燃煤蒸汽锅炉节能技术探究[J].中国化工装备，2015，（1）：16-19.