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冷凝式节能器在燃气锅炉上的应用 摘 要：论述了烟气冷凝式节能器的节能原理及其可行性分析，并对影响换热关键因素进行了阐述。 关键词：凝结换热；涡街发生器；翅片管换热器 Application of Condensation Type Energy Recovery Equipment at Gas-fired Boiler MA Wen-shu, BAI Feng-chen Abstract: The principle and feasibility study of condensation energy recovery equipment for flue gas are discussed, the key factors influencing heat exchange are described as well. Key words: condensing heat exchange; vortex generator; fm-tube heat exchanger . 冷凝式热能回收装置是指能够从锅炉排放的烟气中吸收水蒸气所含的汽化潜热的烟气余热回收装置。常规锅炉将烟气中大部分显热传递给水或蒸汽，而冷凝式锅炉不仅将更大一部分显热传递给水或蒸汽，而且还吸收了部分烟气中的水蒸气冷凝后释放的汽化潜热，因此这部分锅炉具有较高的热效率。 天然气和城市煤气燃烧所生成的烟气中含有大量的水蒸气，其汽化潜热值可占到燃气高位热值的10%。显然，如果能将燃气锅炉的排烟温度降至露点温度以下，将凝结水的汽化潜热回收利用，那么锅炉的热效率将大大提高，在大幅度降低锅炉运行成本的同时，有效保护了城市环境（热污染）。 冷凝式热能回收装置首先是由西方发达国家研究应用的。20世纪70年代以来，法国、荷兰、英国、加拿大、瑞典、美国相继进行了这种节能式锅炉的研制。在锅炉中增设各种型式换热器，回收并利用烟气中水蒸气冷凝时放出的汽化潜热。现在法国全部供热锅炉中一半以上安装了节能装置；到1984年，荷兰35%以上的住宅及工业建筑供暖锅炉使用带有冷凝式节能设备的锅炉，到2003年全部供热锅炉中安装节能器的锅炉占80%以上。 我国尚没有冷凝式节能设备的生产厂家，与发达国家相比差距较大，但我们已掌握了生产冷凝式节能器的核心技术，这一产品将很快在中国市场上得以推广。 1我国烟气余热回收装置的技术现状 我国现有的烟气余热回收装置主要是指省煤器和空气预热器。由于设计原则的限制，利用此装置来达到大幅度降低排烟温度的目的是难以实现的。常规的烟气余热回收装置的设计要避免传热面内冷凝现象的发生，因此，排烟温度的降幅非常有限，一般来说，常规烟气余热回收装置最佳排烟温度降幅为50—60℃，它不能将燃气锅炉的排烟温度降低至露点温度(60℃左右)以下来回收潜热，因此，节能效果不明显。后来，尝试用热管作为换热核心制造燃气锅炉节能器，但因为热管内介质负压工况无法保证准确而不能实际应用。对于气体换热，翅片管换热器采用扩展换热面的方法强化传热，可以显著减小设备体积，但过大的翅化比限制了翅片间烟气的流动，其Re值明显不足，换热能力受到很大限制。 总之，我国现有的常规烟气余热回收装置的技术水平无法有效解决燃气锅炉的节能问题，造成燃气锅炉效率低下(85%左右)，燃料浪费严重，应该开发新的高效节能产品来填充这一领域的空白。 2冷凝式热能回收装置开发应用 2.1结构及换热机理 传统翅片管换热，为提高翅化比，翅片间距一般限定在1.5～2.5mm之间，在如此狭窄空间内烟气呈层流流动状态，换热能力受到很大限制。而新型冷凝式热能回收装置是由涡街发生装置和换热器共同组成的，其换热机理是：在一定雷 诺数范围内，当烟气绕过涡街发生体时，会在其下游产生两列交错的稳定涡街；利用连续不断的涡街射向翅片间隙，使翅片间原来稳定的层流变为强劲紊流状态。紊流边界层与主流间由于掺混而发生剧烈的动量交换，增强了主流对边界层 内流体的加速作用，提高了边界层流体克服黏性阻滞的能力，有效破坏层流边界层，使烟气与金属翅片之间的换热得到强化，换热系数提高数倍，使烟气侧与水侧换热能力持平，达到高效换热。同时，交替出现的脉冲压力波，使冷凝液膜 明显减薄，加快冷凝液的脱离速度，强化凝结换热。 2.2余热回收的经济性分析 冷凝式热能回收装置回收的水蒸气凝结热的多少与燃料的种类和供热系统水温高低有关。对燃煤锅炉来说，烟气中水蒸气份额并不大，即使水蒸气全部凝结下来，放出的热量也不能使锅炉热效率提高很多。但对于天然气锅炉而言，情况就完全不同了。因为气体燃料的高低位发热量相差很大，实施烟气中水蒸气凝结热回收可使其热效率提高很多。当无冷凝式热交换器的锅炉燃天然气时，如果在