冷凝锅炉热效率分析

关键词：热效率 冷凝锅炉
Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ Ｂｏｉｌｅｒ
ＣＨＥＮ Ｒｏｎｇ ＸＵ Ｃｈａｎｇｈｏｎｇ ＬＩ Ｊｕｎ （Ｊｉｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｏｉｌｅｒ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ， Ｊｉｎａｎ ２５００３３） Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ａｕｔｈｏｒ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａ ｒｅｓｕｌｔ ｔｈａｔ ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ ｂｏｉｌｅｒ ｃａｎ ｒｅｔｒｉｅｖｅ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｔｅｎｔ ｈｅａｔ ｉｎ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｉｔ ｉｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｅｘｉｔ ｆｌｕｅ ｇａｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｂｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ－ｆｉｒｅｄ ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ ｂｏｉｌｅｒ ｓｏ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ ｂｏｉｌｅｒ ｉｓ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｗｏｒｔｈ ｕｓｉｎｇ ｗｉｄｅｌｙ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：Ｔｈｅｒｍａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ ｂｏｉｌｅｒ
前言 目前我国的锅炉仍以燃煤为主，但随着天然 气的迅速发展，燃烧清洁能源 － 天然气供热锅炉 将会增多。由于燃烧天然气基本不排放 ＳＯ２，并比 燃 煤 减 少 氮 氧 化 合 物 排 放 ４５％， 减 少 ＣＯ２ 排 放 ５２％ ； 比 燃 油 减 少 氮 氧 化 合 物 ６３％ ， 减 少 ＣＯ２２６％。 按 照 国 际 上 采 用 的 成 本 效 率 分 析 法 ，即 把大气污染浓度或总排放量降到指标水平的成本 最低分析方法，发展天然气供热是一个可选择的 最佳方案。［１］ 因此，有条件的地区应推广使用天然 气锅炉。但是，一般天然气热水锅炉排烟温度在 １８０℃以 上 ，蒸 汽 锅 炉 在 ２００℃以 上 ，有 时 甚 至 高 达 ３００℃，浪费了大量的能源。而采用冷凝余热回 收锅炉， 回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜 热锅炉热效率可达 １０３％以上，排烟温度降至 ４０～ ５５℃。因而，充分利用了能源，并降低了使用费。本 文详细对天然气冷凝锅炉热效率进行分析和计
２ 燃料的高位发热值和低位发热值
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。因此传统的天然气锅炉热效率一般只能达 到 ８７％～９１％。而冷凝式锅炉，它把排烟温度降低
燃料的发热量— ——１ｋｇ 固（液）体燃料或 １Ｍ３ 到排烟温度降至 ４０～５５℃，充分回收了烟气中的
ＭＲＰ ＩＩ 是 通 过 计 划 的 及 时 滚 动 来 控 制 整 个
致。财务部门及时得到资金信息用于控制成本，通 生产过程，它的实时性较差，一般只能实现事中控
过资金流动状况反映物料和经营情况，随时分析 制。而 ＥＲＰ 系统支持在线分析处理 ＯＬＡＰ（Ｏｎｌｉｎｅ
企业的经济效益，参与决策，指导和控制经营和生 Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）、售后服务即质量反馈，强调
Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｙ Ｅ ＪＩＡ Ｏ ＬＩＵ
从图 ２ 曲线中我们可以看到随着排烟温度的 降 低 ，潜 热 换 热 量 占 总 换 热 量 比 例 逐 渐 增 大 ，最 后 趋于稳定值。从冷凝的角度来讲，烟气冷凝的难度 随着排烟温度降低越来越大。
按公式 １－ ２ 计算锅炉热效率，结果如图 ３ 所 示：
山 东 机 械
算。 １ 提高锅炉热效率的途径 教科书给出的提高锅炉热效率的途径是降低
锅炉的各项热损失。如下： ｑ２— — — 排 烟 损 失 ｑ３— — — 化 学 不 完 全 燃 烧 热 损 失 ｑ４— — — 机 械（固 体）不 完 全 燃 烧 热 损 失 ｑ５— — — 散 热 损 失 ｑ６— — — 灰 渣 物 理 热 损 失 锅炉效率 η＝１００－（ｑ２＋ｑ３＋ｑ４＋ｑ５＋ｑ６） （公式 １－ １） 以链条锅炉为例的燃煤锅炉 最大的热损失是排烟损 失 ｑ２、机械（固体）不
ＭＲＰ－ Ⅱ的基础上扩展了管理范围，给出了新的结 现物流信息同资金流信息的集成。传统的 ＭＲＰ ＩＩ
构。
系统主要包括的制造、供销和财务三大部分依然
Ｅ Ｒ Ｐ 同 Ｍ Ｒ Ｐ Ⅱ的主要区别
是 ＥＲＰ 系统不可跨越的重要组成。所以， ＭＲＰ ＩＩ
ＭＲＰ ＩＩ 主 要 侧 重 对 企 业 内 部 人 、财 、物 等 资 的信息集成内容既然已经包括在 ＥＲＰ 系统之中，
购、库存、计划、生产制造、质量控制、运输、分销、 扩展和深化， 每一次进展都是一次重大质的飞跃，
服务与维护、财务管理、人事管理、实验室管理、项 然而，又是一脉相成的。
目管理、配方管理等进行有效管理。
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图 ３ 不同排烟温度下的锅炉效率
由曲线可知，锅炉效率随着排烟温度的变化 分为两个比较明显的区域。在 ６０～１８０℃变化缓 慢，而在 ２０～６０℃变化较大。这主要是因为排烟 损失中水蒸气潜热损失占的比重大于烟气显热的 结果。当锅炉排烟温度降到 ２０℃时，锅炉效率理 论上可达 １０７．４％。
４ 结论 通 过 冷 凝 换 热 器 ，降 低 排 烟 温 度 ，冷 凝 锅 炉 就 可以充分回收了烟气中的显热和水蒸汽的凝结潜 热，所以锅炉热效率高，值得推广使用。
以上，此外在烟气中的 ＣＯ２ 和 ＮＯＸ 等有害 成份有 效 的 控 制 ，并 随 冷 凝 液 流 入 中 和 池 ， 这 对 环 保 来 说
图 １ 排烟温度（℃）
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 ，冷 凝 锅 炉 的 使 用 率
瑞士 ６０％，荷兰 ５０％，德国 ２０％，奥地利（２０％），英
参考文献： ［１］李先瑞 刘笑《燃气供热的现状与展望》２００３－ ０７－ ０３． ［２］车 得 福．冷 凝 式 锅 炉 及 其 系 统［Ｍ］．北 京：机 械 工 业 出 版社，２００２ 年 ７ 月．
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第 ４８ 页）金流动，保证生产和财务数据一
完全燃烧热损失 ｑ４。 ｑ２、ｑ４ 都在 １０％以上。化学 不完全燃烧热损失 ｑ３ 约为 ０．６％，散热损失 ｑ５ 约 为 ２％。
对 于 燃 油 、气 锅 炉 ：机 械（固 体）不 完 全 燃 烧 热
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行业交流
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损失ｑ４ 可忽略，油、气燃料含灰量很小，灰渣物理 热损失 ｑ６ 可忽略，即 ｑ４ ＝０，ｑ６＝０。燃油、气锅炉提 高热效率的主要途径是降低排烟损失 ｑ２。
东
机
含量％ ９６．３２ ０．６ ０．０８ ０．０１ ２．２３ ０．０４ ０．７２
械
陕北天然气烟气露点为 ５９．３℃，排烟温度对
发热量作为计算依据。
应的显热和潜热回收分析如下表：
因此锅炉热效率的计算（正平衡）： η＝（锅炉出力×饱和蒸汽焓－给水量×给水 焓 ）÷（ 燃 料 消 耗 量 × 燃 料 的 低 位 发 热 量 ）
３．１ 冷凝余热回收锅炉 （ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ ｂｏｉｌｅｒ）： 如 果 将 锅 炉 的 排 烟 降 低 到 足 够 低 的 温 度 水 平 ，烟 气中呈过热状态的水蒸气就会凝结而放出汽化潜
总回收热量 （ＫＪ／Ｎｍ３） ６１１５ ５８９５ ５６２５ ５２９１ ４８７２ ３６５５ １８０２ １２１０ ６０９ 冷凝液量 （ＫＪ／Ｎｍ３） １．５２ １．４６ １．３８ １．２７ １．１３ ０．７ ０ ０ ０
项目
排烟温度℃ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ５０ ６０ １００ １４０
显热回收 （ＫＪ／Ｎｍ３） ２４５０ ２３８８ ２３２４ ２２５６ ２１８４ ２１０５ １８０２ １２１０ ６０９
（公式 １－ ２） ３ 冷凝余热回收锅炉热效率分析、计算
潜热回收 （ＫＪ／Ｎｍ３） ３６５５ ３５０６ ３３０１ ３０３４ ２６８８ １６４９ ０ ０ ０
产活动。
企 业 的 事 前 控 制 能 力 ，它 可 以 将 设 计 、制 造 、销 售 、
以上几个方 面的特点表 明，ＭＲＰⅡ是一个 比 运输等通过集成来并行地进行各种相关的作 业，
较完整的生产经营管理计划体系，是实现制造业 为企业提供了对质量、适应变化、客户满意、绩效
企业整体效益的有效管理模式。
气体燃料完全燃烧所放出的热量。虑到燃料燃烧 显热和水蒸汽的凝结潜热，按低位发热量为基准
产物中水分的状态，有高位发热量和低位发热量 计算，冷凝锅炉锅炉热效率达到和超过 １００％ 。
之 分 。 高 位 发 热 量— — — 计 入 水 蒸 气 的 汽 化 潜 热 的
余热计算结果见下表：以陕北天然气为例进
热，将凝结水的汽化潜热得以回收利用。利用高效
的冷凝换热器和空气预热器来吸收锅炉尾部排烟
中的显热和水蒸汽凝结所释放的潜热，这种锅炉
就是冷凝余热回收锅炉。天然气锅炉如按低位发

热量为基准计算的锅炉热效率可能达到或超过
１００％ 。 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％
步发展为 ９０ 年代怎样有效利用和管理整体资源 统则将财务计划和价值控制功能集成到了整个供
的 管 理 思 想 ，ＥＲＰ （Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｐｌａｎｎｉｎｇ） 应链上。
— ——企 业 资 源 计 划 也 就 随 之 产 生 。 ＥＲＰ 是 在
ＥＲＰ 是一个高度集成的信息系统， 它必然体
国（１５％）。
３．２ 以天然气为例冷凝余热回收锅炉热效率
分析与计算
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。传统锅炉中，排
图 ２ 排烟温度（℃）
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行业交流
源的管理，ＥＲＰ 系统在 ＭＲＰ ＩＩ 的基础上扩展了管 就没有必要再突出 ＭＲＰ ＩＩ。形象说， ＭＲＰ ＩＩ 已经
理范围，它把客户需求和企业内部的制造活动、以 “融化”在 ＥＲＰ 之中，而不是“不再存在”。
及供应商的制造资源整合在一起，形成企业一个
总之，从管理信息集成的角度来看，从 ＭＲＰ 到
完整的供应链并对供应链上所有环节如订单、采 ＭＲＰ ＩＩ 再到 ＥＲＰ， 是制造业管理信息集成的不断
发热量；低位发热量— ——不计水蒸气的汽化潜热 行计算
的发热量。传统锅炉中燃料在锅炉燃烧后，排烟温 度有相当高的温度（２００℃左右）烟气中的 水蒸气 仍处于过热蒸汽状态，不能凝结成为汽态水而放 出汽化潜热。在传统锅炉设计中认为这部分热量 是不可利用的，因此锅炉热力计算中都采用低位
陕北天然气成分：
山
成分 ＣＨ４ Ｃ２Ｈ６ Ｃ３Ｈ８ Ｃ４Ｈ１０ ＣＯ２ Ｈ２ Ｎ２
行业交流
Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｙ Ｅ ＪＩＡ Ｏ ＬＩＵ
冷凝锅炉热效率分析
陈蓉 徐长虹 李军
山
（济南市锅炉压力容器检验研究所 济南 ２５００３３）
东
机
械
摘 要：本文通过对燃烧天然气的冷凝式锅炉热效率的分析和计算，得出冷凝式锅炉因 为降低了排烟温度，可以充分
回 收 了 烟 气 中 的 显 热 和 水 蒸 汽 的 凝 结 潜 热 ，所 以 锅 炉 热 效 率 高 ，值 得 推 广 使 用 。
等关键问题的实时分析能力。
进入 ９０ 年代，随着市场竞争的进一步加剧，
此外，在 ＭＲＰ ＩＩ 中，财 务系 统 只 是 一 个 信 息
企业竞争空间与范围的进一步扩大，８０ 年代 ＭＲＰ 的归结者，它的功能是将供、产、销中的数量信息
Ⅱ主要面向企业内部资源全面计划管理的思想逐 转变为价值信息，是物流的价值反映。而 ＥＲＰ 系