吴研志 唐学英

（1天津市联合环保工程设计有限公司 天津 300191 2天津丽茂源松节能技术有限公司 天津 300392）

1 引言

冷凝式燃气锅炉在进行余热回收时，冷凝式换热器排烟温度低于水蒸汽露点温度，烟气中部分水蒸汽会发生冷凝而释放大量汽化潜热，并作为输出热量被锅炉有效吸收。由于现阶段计算锅炉热效率是以燃料的低位发热量为基础，即燃料的水份汽化潜热不作为输入热量，导致锅炉有效吸收热量大于输入热量，故冷凝式燃气锅炉热效率通常大于100%。

针对已运行的冷凝式燃气锅炉，可借助监测手段测量其烟气余热回收量的大小；但是对于实施“煤改气”技术改造、履行节能审查、编制可行性研究报告等前期咨询需进行节能潜力分析时，仅能通过定量计算的方法测算烟气余热回收量。本文以天然气的燃烧计算为基础，初步探索冷凝式燃气锅炉烟气余热回收量的计算方法。

2 过程推导

（1）天然气成分计算

天然气主要成分包括甲烷CH4、乙烷C2H6、丙烷C3H8、丁烷C4H10、H2、N2、O2、CO、CO2、H2S 等，不同气源所含成分及其体积分数均有所不同。为便于计算，本文不同成分体积分数以其化学式表示，单位为%。

（2）烟气量计算计算

天然气燃烧后的烟气成分主要包括二氧化碳CO2、二氧化硫SO2、水蒸汽H2O、氮气N2以及过量空气，实际烟气量应为各组分体积的总和。

①理论空气量

②三原子气体体积

③水蒸汽体积

理论水蒸汽体积

上式中，参照《天然气水含量与水露点之间的换算》（GB/T22634-2008）：

实际水蒸汽体积

⑥实际烟气量

燃气燃烧后，生成的实际烟气量应为三原子气体体积、实际水蒸汽体积、实际氮气体积以及过量氧体积之和。即，

（3）冷凝换热器进口排烟焓计算

冷凝式燃气余热锅炉排烟末级进入冷凝式换热器，烟气温度由160~180℃降至40~60℃，除回收烟气余热外，同时吸收了烟气中水蒸汽释放的汽化潜热。在计算此部分余热量过程中，需用到冷凝换热器进口实际排烟焓、冷凝换热器出口实际排烟焓以及排烟不同状态的水蒸汽焓。

烟气理论焓值应为各组成成分焓值的总和。即，

当α＞1时，烟气中除了理论烟气外，还有过量空气，则实际排烟焓应为理论排烟焓加上过量空气焓。即，

（4）冷凝换热器出口排烟冷凝水量及其焓值计算①t1时，冷凝换热器进口排烟水蒸汽量

注：饱和水蒸汽比容可查阅《水和水蒸气热力性质图表》。③t1时，冷凝换热器进口实际排烟焓t2时，冷凝换热器出口理论空气焓烟气冷凝余热回收总计t2时，冷凝换热器出口排烟冷凝水量

（5）冷凝换热器出口排烟焓计算

①t2时，冷凝换热器出口排烟冷凝水体积

烟气理论焓值应为各组成成分焓值的总和。即：

（6）烟气冷凝余热回收热量计算

冷凝式燃气余热锅炉排烟在末级冷凝换热器中可回收余热量应为烟气余热回收热量及烟气冷凝水汽化潜热之和。

①烟气余热回收热量

3实际案例

某项目进行节能评估与审查时，其燃气锅炉排烟温度为160℃（即t1=160℃），锅炉未设置冷凝式换热器。节能报告分析提出，通过在燃气锅炉加装冷凝式换热器，可进一步提高烟气余热回收利用程度。

已知条件：

气源为陕北气，成分为CH496.32%、C2H60.6%、C3H80.08%、C4H100.01%、CO22.23%、H20.04%、N20.72%；过量空气系数 α=1.1；冷凝换热器排烟温度t2=50℃；锅炉燃气消耗量B=49.50万Nm3/a。

表1 冷凝式换热器余热回收量计算表

经计算，该燃气锅炉加装冷凝式换热器后，共计回收余热1756.82GJ/a，折合 59.94tce（1756.82GJ×0.03412GJ/tce），相当于节约天然气实物量4.94万Nm3/a（59.94tce÷12.143万Nm3/tce），即节省天然气消耗约9.98%。

结语

“十三五”期间，我国以推进煤改气、煤改电，鼓励利用可再生能源、天然气、电力等优质能源为手段，促进能源结构优化；新增“煤改气”工程用气450亿立方米以上，替代燃煤锅炉18.9万整吨。通过上述计算分析，针对燃气锅炉推广冷凝余热回收技术，既降低了运行成本，又达到了节能增效、保护环境的双重作用。

[1]杨麟,王杨.冷凝式锅炉冷凝段的热平衡计算和测试方法[J].工业锅炉.2013,（5）.

[2]韩三飞,张争光,王政伟.燃气锅炉冷凝余热回收效率分析计算[J].常州大学学报（自然科学版）.2013,25(2).

[3]吴味隆等.锅炉及锅炉房设备（第四版）[M]：中共建筑工业出版社,2006.