全预混燃烧及冷凝换热技术在锅炉上的研究与应用

全预混燃烧及冷凝换热技术

在锅炉上的研究与应用

黄丹君

浙江音诺伟森热能科技有限公司

摘要：本文介绍的一种新型全预混冷凝燃气锅炉，其整体结构布局、关键零部件材质选择及结构特点，验证全预混燃烧技术和冷凝换热技术在燃气锅炉上应用的先进性和成熟性及其给产品综合性能上带来的 提升。实践验证，全预混冷凝炉运行热效率在97%。以上；部分负荷冷凝状态下，热效率可大于107%。；同时烟气中N O jP C O的排放均满足国家最严标准。相比其他类型的传统锅炉，全预混冷凝炉在节约能耗，降低有害物质排放及提升热效率等方面均有着显著的优势。

关键词：全预混燃烧冷凝换热热效率热水锅炉铸铝热交换器天然气

DOI:10.13770/ki.issn2095-705x.2018.03.010

R esearch and A pplication on Full Prem ixed C om bustion and Condensation H eat Exchange Technology at Boiler

Huang Danjun

Zhejiang Province Inovisen Thermal Science Technology Co.，Ltd

Abstract:The article introduces new type full premixed condensation gas-fired boiler,whole overall structure arrangem ent,key parts materials selection and structure characteristics confirm advantage and mature and comprehensive performance improvement of full premixed combustion technology and condensation heat exchange technology applied in gas-fired boiler.The case study shows that operation efficiency is over97%and 107%under some load condensation mode.While NOx and CO emission meet national standard com paring to other typical boilers,full premixed condensation boiler has advance in energy sa vin g,em ission reducing and heating efficiency im proving.

Key words:Full Premixed Com bustion,Condensation Heat Exchange,Heating Efficiency,Hot W ater Boiler,Cast Aluminium Heat Exchanger,Natural Gas

上海节能

全预混冷凝技术是一种比较成熟的技术。在 欧洲，由于当地法规的强制要求，所有欧洲市场 的锅炉必须是冷凝炉，并出台了相应的法规标准。在国内，全预混冷凝锅炉尚属于比较新型的采暖 设备，且对于70 k W以上的冷凝供暖锅炉没有相应的标准。本文所有设计及测试基于欧洲最新标 准，针对70 k W以上2 800 k W以下的燃气铸铝锅 炉展开研究分析。通过运行测试和比较，得出全 预混冷凝技术对锅炉热效率、能耗及环保方面均 带来了卓越的改进。

[作者简介]

黄丹君（1986.11 —），女，浙江台州，工程师，从事全预混冷凝燃气锅炉的技术研究工作。

ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGIES AND PRODUCTS

上海节能No.03

2018

1全预混燃烧和冷凝换热技术

1.1全预混低氮燃烧技术

(1)前预混full-premixed

全预混燃烧是指将燃气和足够的空气在进入燃 烧器之前进行充分的预混合，在燃烧的过程中无 需再补绐空气的燃烧方式。全预混燃烧分为前预 混燃烧和后预混燃烧，前预混则是指燃气和空气 在风机前的混合器中以一定比例进行预混，再由 风机吹入燃烧器。根据热需求或热负荷，风机转 速调整空气进风量，燃气进气量则随着进风量的 变化而变化，以保证精确的空燃比。由此，可使 燃气充分燃烧，保证最佳燃烧工况，提高燃烧效 率和降低有害气体排放。如图1所示。

图i风机前预混释放热量，冷凝技术就是充分回收这些热量以增 加热效率。通过热媒水和高温烟气的热交换，既 可降低排烟温度，又可以将回水预热，在此过程 中，回水充分吸收了烟气中的显热及水蒸气凝结 后的潜热。以天然气低热值计算，热效率可超过 100%，不仅降低了能耗，而且减少了燃烧产物中 有害物质的排放。

回水和烟气的热交换如图2所示。

预混气

图2热水锅炉的冷凝换热示意图

2冷凝燃气热水锅炉主热交换器

2.1 —种铸铝式热交换器

(2)全预混金属纤维燃烧器

前预混燃烧中使用的一种燃烧器为金属纤维燃 烧器，其表面为耐热且软韧的金属纤维毡，内有钢

质支撑结枸，可通过滚压焊接实现两者的组装。同时由于燃烧表面的纤维结枸，其稳焰性能远高于其 他材料，可以采用两种燃烧方式进行：蓝焰方式和 红外方式。火焰在纤维表面外或表面形成，热量以 对流或红外辐射形式传导。火焰短而稳定、径向分 布，温度场均匀，基本杜绝了燃烧室的极端高温，由此可显著降低NOx的生成机会[1]。

由于金属纤维燃烧器网布孔隙细密，且具有 一定的厚度和弹性，可保证气流均匀分布、火焰 均匀燃烧，耐受热应力及高温蠕变损坏的能力更 强，从而其使用寿命也更长。同时由于预混火焰 结枸紧凑，因此也可降低燃烧室的空间需求。

1.2冷凝换热技术

冷凝的原理是指高温烟气在遇冷凝结过程中

冷凝式燃气锅炉其核心部件为主热交换器。传统的热交换器材质一般为铸铁或不锈钢，本文 阐述的是一种硅铝合金热交换器，其材质是一种 典型的铝合金，通用于欧美国家。铝是一种具有 活性的金属，在自然条件下，铝材的表面能够形 成一层致密的氧化层，可以有效防止酸性腐蚀和 氧化，另外，铝的导热系数是不锈钢的10倍以上，故铸铝热交换器比传统的不锈钢热交换器导热能 力强，可帮用户节省更多的能源。

在铸造技术上，采用整体式砂铸，采用冷芯 与热芯相结合的制芯技术及惰性气体除气技术。由于铝的熔点较低，在高温铸造时有较高的流动 性，铸造和加工性能良好，成本低，同时可铸造 出结枸较为复杂的热交换器。

2.2铸铝式热交换器的结构介绍

铸铝热交换器可采用整体式铸造，也可由若 干片铸铝模块组合而成，集燃烧室、烟道、水道 等结枸于一体。铸铝件烟气通道表面规则分布着