摘要：冷凝式燃气锅炉就是使用冷凝式换热器，将锅炉排烟中水蒸气凝结下来，以达到提高锅炉热效率降低污染的燃气锅炉。由于其在提高热效率，降低污染物排放的突出优点，在供暖单位、铁路行业及其他行业都得到了广泛的应用。研究冷凝式燃气锅炉的节能与环保特性，无疑会对有效利用能源，提高能源的利用效率，都具有重大的现实意义。

关键词：冷凝式；燃气锅炉；节能；环保

1 冷凝式燃气锅炉热效率的计算

锅炉热效率，即锅炉的总有效利用热量占锅炉送入热量的百分数。一般设计锅炉和进行锅炉热效率分析时，多采用反平衡法。该方法要求测定锅炉的各项热损失，然后按照公式（1）进行计算。

（1）式中：η为锅炉的热效率，%；q2为排烟热损失，%；q3为化学不完全燃烧热损失，%；q4为机械不完全燃烧热损失，%；q5为锅炉的散热损失，%；q6为灰渣的物理热损失及冷却水热损失，%。而以不同的发热量作为计算依据，锅炉的热效率可以分为低位热效率和高位热效率。发热量是指1kg固（液）体燃料或1m3气体燃料，完全燃烧所放出的热量。将计入水蒸气汽化潜热的发热量称为高位发热量；将不计入水蒸气的汽化潜热的发热量称为低位发热量。在我国，传统的热效率计算是采用低位发热量作为基准。在考虑水蒸气汽化潜热的情况下，需要对公式（1）进行修正，修正结果如式（2）所示。

（2）式中：ηnet为按照低位发热量计算的热效率，Qgr，v，ar表示燃料的高位发热量，kJ/m3；而Qnet，v，ar表示燃料的低位发热量，kJ/m3，其余符号意义与式（1）相同。从公式（2）可以看出要提高锅炉热效率以实现节能，必须分析并设法减少后面的各项热损失。对于燃气锅炉，灰渣物理热损失q6和机械不完全燃烧热损失q4几乎为零；在锅炉正常运行的情况下，化学不完全燃烧热损失q3也接近为零；因此，燃气锅炉的最主要热损失是排烟热损失q2和散热损失q5。如果外表面采用绝热及密封性能好的外罩壳作为保温层，q5可以降低到较小。而冷凝式燃气锅炉的高热效率，则是通过回收烟气中的汽化潜热来实现的，排烟热损失q2对整体热效率的影响更为明显。故而，降低排烟热损失是冷凝式燃气锅炉提高热效率的主要途径。

2 冷凝式燃气锅炉的节能特性分析

2.1燃气种类

冷凝式燃气锅炉燃气种类包括天然气、矿井气、液化石油气等。不同的燃气组成成分各不相同，发热量也不同。组成成分不同，燃烧所需的理论空气量不同、燃烧产物更是不同。特别是H元素含量不同，天然气H元素含量的质量百分数往往高达18～26%。冷凝式燃气锅炉中燃气燃烧的产生的水蒸气体积分数和烟气体积分数的不同。以某地区天然气为例主要成分见表1。其燃烧化学反应方程式：

根据燃烧化学反应方程式结合某地区天然气成分显示冷凝燃气锅炉有别于燃用其他燃料锅炉冷凝。燃其他燃料锅炉中含H元素低，燃烧过程中产生的水蒸气份额并不大。尽管采用冷凝技术手段让其烟气中的水蒸汽90%冷凝下来，放出的全部显热和潜热被锅炉的冷凝器热交换系统全部吸收后对外供热。效率提高也不明显。然而，冷凝锅炉燃用的天然气产生大量的理论水蒸汽容积份额占烟气容积份额的18～25%。也包含少部分入炉冷空气带入的水蒸汽。相比较燃煤锅炉燃烧产物的水蒸汽份额仅为5～10%，燃油锅炉燃烧产物的水蒸汽含量为8～15%。烟气的水蒸汽容积份额越高，烟气露点温度也越高。天然气高位发热量和低位发热量相差很大。烟气热量的主要依靠大量的水蒸汽携带。携带的热量约为所有排烟热损失总和的50～79%。正因为天然气的该特性使冷凝式燃气锅炉能够充分利用这部分热量，进而提高锅炉的效率。

2.2排烟温度

常规燃气锅炉在燃烧过程中，排烟温度和过量空气系数分别在250摄氏度和1.15以下，此时其热效率可以达到90%左右，而冷凝式燃气锅炉在应用的过程中，其热效率会提升到98%甚至105%，这与冷凝式燃气锅炉的露点温度相比更低具有密切的关系，露点温度的大小与烟气中水蒸气的含量之间具有较明显的正相关性。通常情况下燃气锅炉的烟气露点温度在55至60摄氏度之间，如果冷凝式燃气锅炉的露点温度在58.2摄氏度时，排烟处烟气温度比其小，冷凝式燃气锅炉会直接将烟气中含有的水蒸汽冷凝，是水蒸气中存在的潜热和被汽化的水蒸气中存在的潜热被直接回收利用，達到节能的效果，如果在冷凝式燃气锅炉的露点温度在58.2摄氏度时，排烟处烟气温度比其大，冷凝式燃气锅炉会通过冷凝器中相比烟气换热系数导热系数更突出的换热螺纹管对流过的烟气进行冷凝，同样达到节能的效果，不过此时的冷凝过程相比更加复杂。

2.3过量空气系数

总体来说，过量的空气系数增大会增加烟气的体积，水蒸汽容积份额减少，从而使水蒸汽分压力减小，烟气的露点温度也呈降低趋势。增加烟气中水蒸汽冷凝的难度。过量空气为1.15时露点温度为58.2。降低烟气露点温度对蒸汽冷凝热量的回收产生影响。除此之外，冷凝器的对外供热系统进出口工质参数、燃烧空气的参数都会对冷凝式燃气锅炉的排烟热损失产生影响，特别冷凝式燃气锅炉中的换热系统（冷凝器或节能器），通过工艺流体工质与换热器热交换，进而降低烟气温度，减少排烟热损失。入炉空气的含湿量和温度参数，标准状态下入炉空气的含湿量为10g/m3。这些参数变化都会对冷凝燃气锅炉中的排烟热损失产生影响。

3 冷凝式燃气锅炉的环保特性

由于燃气锅炉中使用的燃气，在燃烧后会产生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、硫化物、粉尘、碳氢化合物等对空气产生严重污染的气体和粉尘，所以在用冷凝式燃气锅炉替代传统燃气锅炉的过程中，要有意识的对其环保特性进行优化。冷凝式燃气锅炉在应用的过程中，可以直接利用冷凝器在烟气中产生大量的水蒸气，是其和烟气中含有的各种有害物质进行传热、传质等理化反应，使这些有害气体由气态转化成液态，进而被有效的收集，并传输至相应的处理厂集中的处理，这不仅可以使燃气燃烧过程中产生的有害物质不能直接的向空气排放，降低了有害气体对空气的污染和破坏，而且在燃气锅炉应用的过程中，可以舍去专项的脱硫工艺，降低了企业在设备成本方面的投入，所以冷凝式燃气锅炉在环保方面的效果也极为突出。

在实践中人们发现，在排气温度在25至40摄氏度，而空气过量系数在1至1.4之间的情况下，可以使排除烟气中一氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫的体积浓度分别缩减1.58×10-6至5.82×10-6m3/m3、1.19×10-6至2.92×10-6m3/m3、36×10-6至103×10-6m3/m3、1270×10-6至4591×10-6m3/m3，而且具体的环保效果会随着水蒸气温度的变化和空气过量系数的变化上下浮动；在排气温度在25至40摄氏度，而空气过量系数在1至1.4之间的情况下，排除烟气中一氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫的体积浓度的缩减与水蒸气的吸收也具有一定的关系，通常情况下，一氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫的吸收率会分别达到8.6%、2.0%、0.107%和100%，这进一步证实冷凝式燃气锅炉在环保方面的有效性。现阶段人们常识将燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉和冷凝式燃气锅炉的环保特性进行对比，但结合各方面的研究成果均体现出冷凝式燃气锅炉在环保方面的竞争优势，为冷凝式燃气锅炉的推广应用创造了条件。

4结束语：

冷凝式燃气锅炉既具有节能、环保的优势，又可以弥补燃气锅炉在热损失方面的缺陷，是一种高效率、低污染的现代锅炉。应大力推进冷凝式燃气锅炉的应用，并不断创新提高锅炉热效率，节约了天热气减少有害物质的排放。

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