冷凝器介绍_原创精品文档.pdf

冷凝器介绍

天然气锅炉的冷凝回收装置发源于欧洲。荷兰、英国、德国、法

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，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。在欧美等国，由于政府鼓励使用冷凝锅炉，所以需求量不断增

加，至2004年，冷凝锅炉的使用率瑞士60%，荷兰50%，德国20%，

奥地利(20%)，英国(15%)。

冷凝式换热器是一种低温热交换器，传热面积大，并使用了价格

昂贵的耐腐蚀的不锈钢材料，虽然价格较高，但这只是一次性投资，

其投资回收期一般不超过两年，节约的燃料费很快就将投资回收。

因为每1NM3天然气燃烧后可以产生1.55KG水蒸汽，具有可观

的汽化潜热，大约为3700KJ，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，可以利用温度较低的水或空气冷却烟

气，实现烟气温度降低，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，而换热器内的水或空气吸

热而被加热，实现热能回收，提高锅炉热效率。

以天然气为燃料的锅炉烟气中水蒸汽容积成分一般为

15%~19%，燃油锅炉烟气中水蒸汽含量为10%~12%，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，实际能源利用率并不高。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。

传统锅炉中，排烟温度一般在160～250℃，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87%～

91%。而烟气冷凝余热回收装置，它把排烟温度降低到50～70℃，充

分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜热。

锅炉热效率提高比例：1NM3天燃气燃烧生产理论烟气量约10.3

NM3(大约12.5KG)。以过量空气系数1.3为例，产生烟气14NM3(大

约16.6KG)。取烟气温度200℃降低至70℃，放出物理显热约1600KJ，

水蒸汽冷凝率取50%，放出汽化潜热约1850KJ，总计放热3450KJ，

约是天然气低位发热量的10%。若取80%烟气流过热能回收装置，

可以提高热能利用率8%以上，节省天然气燃料近10%。

(二)冷凝余热回收原理

1、天然气(LNG)以及其它的燃气燃料主要是碳(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=100

2、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/NM3

3、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539Kcal/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

器和加热空气的空气预热器，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