以燃气全冷凝锅炉为例
天然气主要是碳(C)和氢(H)两元素组成。其主要成分如下:
95%CH4(甲烷)+2.4%CnHn(烷酊类混合物)+1.0%H2(氢气)+0.1%CO(一氧化碳)+0.5% CO2(二氧化碳)+1.0%N2(氮气)
含在天然气中的氢(H)在锅炉内部燃烧时与氧气中的氧(O)结合成水。生成的水从燃料燃烧时产生的热量(称为高位发热量)中吸收约10%的汽化热而变成水蒸汽,与排出的烟气一道排出。如下等式:
燃气高位发热量9450kcal/Nm3—汽化热950kcal/Nm3(潜热)=低位发热量8500kcal/Nm3
每1Nm3天然气燃烧后可以产生1.7Kg水蒸汽,可见里面含有可观的汽化潜热,约4000kJ,占天然气高位发热量的10%左右。在排烟较高时(传统锅炉排烟温度大约在250℃左右),水蒸汽不能冷却凝结放出热量,随烟气排放而浪费,且高温烟气中含有大量显热也一起被浪费掉,形成很大的排烟损失。因此传统锅炉热效率是以低位发热值计算所得,一般只能达到88%~92%。根据最新的国家强制节能规范(TSGG0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》的要求(控制排烟温度≤170℃),现一般采用在锅炉排烟口处加装节能器,利用锅炉补给水冷却烟气,排烟温度可控制在150℃左右。但也只是吸收了一部分烟气中的显热而已,水蒸汽中的潜热未能吸收。
全冷凝高效吸收原理是通过优化锅炉本体的受热面,大量吸收热量降低排烟温度(250℃左右),再运用高效翅片管节能器(高温给水加热器)利用锅炉补给水冷却烟气降低排烟温度(150℃左右),最后采用耐腐蚀高效翅片管冷凝换热器(低温给水预加热器),利用温度较低的锅炉补给水再次冷却烟气降低排烟温度(<65℃),烟气中的水蒸汽冷凝成水释放潜热,实现烟气中显热和水蒸汽凝结潜热同时释放,将换热器中的低温补给水或热媒水被加热进入锅炉,达到热能回收,提高锅炉效率。采用燃料高位发热量计算,效率可达100%以上;采用燃料低位发热量计算达97%以上。原理图如下:
燃油锅炉烟气中水蒸汽容积含量约为12~13%,同样可得到有效的烟气回收利用,提高锅炉运行效率和节约燃料。
二、发展趋势
冷凝式锅炉起源于欧洲,由荷兰率先将冷凝式锅炉应用在大中型工业锅炉上。由于冷凝式锅炉具有传统锅炉的共性外,还具有明显的燃料节约特点,热效率高达103%以上,大大降低了燃料耗量,同时烟气中的SO2和NOX等有害成分也大大降低,降低了有害气体的排放。因此冷凝式锅炉在欧洲国家得到了政府政策的支持和推广运用,代表着最先进的高效节能环保锅炉的标志和发展方向。
三、性能特点
1、高效节能
采用锅炉本体受热面和低温扩展受热面(节能器和冷凝器)的有机完美整合,通过低温水与高温尾气充分换热,大量吸收烟气热量并有效回收利用,大幅度降低热量散失和燃料消耗,提高锅炉运行效率(达100%以上,排烟温度低于65℃)。
2、清洁环保
普通燃气锅炉排烟中CO2含量约为10%,NOX含量约为60~80ppm,而全冷凝式燃气锅炉排烟中CO2含量约为6~7%,NOX含量在20ppm以下,含量明显低于普通锅炉。同时CO2和NOX在全冷凝锅炉的尾部烟道中与冷凝结露的H2O结合生成对应的酸,并随着凝结水从排放管排至中和池进行中和处理,最大程度减少有害气体对大气的污染。
3、结构合理
全冷凝卧式高效燃油(气)蒸汽锅炉本体采用湿背式中心低位对称布置,能改善炉体的应力分布,结构稳健,蒸汽空间大,使用寿命长。
波纹炉胆和螺纹烟管的应用,既增强了换热效果,又缓解热胀冷缩对燃烧室的损伤。
锅炉、内置一级节能器、外置二级冷凝器一体化组合结构,既提高锅炉效率,又使锅炉结构紧凑美观,占地小,简化现场安装工作量,节约锅炉房建设用地和基建成本。外置冷凝器使用耐腐蚀材料,使用寿命长。
4、保养方便
设置便捷式全开启高密封性烟箱门,锅炉后部设置防爆装置、检查门、观火孔,炉体设置人孔、手孔,方便检修。
5、使用便捷安全
配置国内外优质控制元器件、泵阀、全自动控制系统和世界知名品牌燃烧器,运行稳定可靠,安全保护功能齐全,操作简单便捷,自动化程度高。
6、优质服务
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项目 | WNS1 | WNS1.5 | WNS2 | WNS3 | WNS4 | WNS6 | WNS8 | WNS10 | WNS12 | WNS15 | WNS20 | ||
额定蒸发量 | t/h | 1 | 1.5 | 2 | 3 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 15 | 20 | |
额定蒸汽压力 | Mpa | 0.7/1.0/1.25/1.6 | |||||||||||
饱和蒸汽温度 | ℃ | 171/184/193/204 | |||||||||||
额定给水温度 | ℃ | 20 | 104(热力除氧)/20(常温除氧) | ||||||||||
水容量 | t | 2.9 | 3.8 | 7 | 9 | 9.3 | 10.6 | 14.8 | 18.5 | 23 | 25 | 39.5 | |
设计换热面积 | m2 | 68 | 104.4 | 136.7 | 147.2 | 219.8 | 302.5 | 370 | 468 | 556 | 697 | 967 | |
设计热效率 | % | 100.1~100.8 | |||||||||||
设计燃料 | — | 天然气 | |||||||||||
适用燃料 | — | 城市煤气、轻油 | |||||||||||
主汽阀口径 | mm | 50 | 65 | 65 | 80 | 100 | 125 | 150 | 150 | 150 | 200 | 200 | |
放汽阀口径 | mm | 25 | 25 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | |
安全阀口径 | mm | 2×40 | 2×40 | 2×40 | 2×40 | 2×50 | 2×80 | 2×80 | 2×80 | 2×80 | 2×100 | 2×100 | |
排污阀口径 | mm | 40 | 50 | 50 | 50 | 50 | 2×40 | 2×40 | 2×50 | 2×50 | 2×50 | 2×50 | |
给水口径 | mm | 25 | 40 | 40 | 40 | 40 | 50 | 50 | 50 | 65 | 65 | 65 | |
冷凝器进出水口径 | mm | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 40 | 40 | 50 | 50 | 65 | 65 | |
烟囱直径 | mm | 280 | 320 | 350 | 400 | 450 | 500 | 600 | 650 | 700 | 800 | 900 | |
燃料耗量 | 天然气 | Nm3/h | 75 | 110.5 | 149.05 | 223 | 298.1 | 420 | 560 | 708 | 840 | 1051 | 1402 |
城市煤气 | Nm3/h | 159.6 | 234.8 | 316.7 | 473.7 | 633 | 888.7 | 1183.2 | 1500 | 1783 | 2234 | 2972 | |
轻油 | Kg/h | 63.64 | 93.75 | 126.47 | 189.2 | 252.95 | 348.9 | 464.7 | 588.7 | 700 | 875 | 1190 | |
锅炉运输重量 | t | 6 | 8 | 10.5 | 11.3 | 12 | 16 | 19 | 24.5 | 28.8 | 35 | 47 | |
最大运输尺寸 | 长 | mm | 3600 | 4200 | 5000 | 5100 | 5250 | 6350 | 7000 | 7600 | 7800 | 8300 | 9200 |
宽 | mm | 1700 | 1900 | 2100 | 2150 | 2240 | 2450 | 2600 | 3000 | 3100 | 3200 | 3600 | |
高 | mm | 2200 | 2400 | 2600 | 2600 | 2800 | 3000 | 3100 | 3300 | 3600 | 3800 | 4100 | |
最大外型尺寸 | 长 | mm | 4200 | 4800 | 5800 | 5900 | 6150 | 7600 | 8400 | 9100 | 9300 | 9900 | 11000 |
宽 | mm | 2600 | 2800 | 3000 | 3060 | 3150 | 3360 | 3500 | 3910 | 3900 | 4400 | 4800 | |
高 | mm | 3000 | 3200 | 3400 | 3500 | 3600 | 3800 | 3900 | 4100 | 4300 | 4800 | 5300 | |
底座尺寸 | 长 | mm | 2700 | 3000 | 4300 | 4400 | 4600 | 5100 | 5600 | 6200 | 6600 | 7000 | 7600 |
宽 | mm | 1200 | 1400 | 1400 | 1400 | 1600 | 1700 | 1800 | 2000 | 2200 | 2200 | 2400 |