更少煤耗更大能效——高效冷凝机组技术

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序言：在各种综合能源技术中，能效技术是各国能源新政方针中推动节能降耗的重要途径之一。机组作为能源供应端的一种常见的工业生产和民用设备，运用了燃料燃烧释放的热能或其他热能，将工质水或其他流体加热到一定参数，以便满足了供水的需求。但在这一能量交换的过程中总是会伴随着一部份的能量损失，怎样在消耗相似煤气的状况下形成更多的能量，提高能源效率，是供能领域一个重点探究方向。在这一过程中，高效冷凝机组技术应运而生。除此此外，与普通机组相比，冷凝机组的大棚二氧化碳排放也明显偏高，因此还具备环保优势。

一、技术原理简介

机组主要分为“锅”和“炉”两个部份。后者是装水的容器，由锅筒和许多铁管组成。前者是燃料燃烧的场所，所得糖分通过传热传递到水底。传统窑炉的排烟气温在110℃-200℃之间，烟气中的水处于过热状态，以水蒸汽的方式存在。要逐步实现高效节能，可以逐步“压榨”燃烧产物，回收烟气中的糖分，将烟气的湿度增加到50℃左右以获取其中的气化热容，并仍将其应适于机组。总而言之，冷凝机组就是运用高效的冷凝余热回收装置搜集低温烟气中的显热和水蒸汽凝结释放的热容，进而实现减少机组效率的目的。

图一：冷凝机组工作原理图

二、技术发展及成熟度

世界上第一台冷凝机组于1979年在英国由理查德·维特（RidVetter）开发，1982年适于天然气，1984年适于石油。自1990年以来，全氮气冷凝机组技术仍然是最先进的技术。最初的机组材料和水塔管没有足够的耐磨蚀性，来自冷凝机组的冷却烟气不再加热水塔，而是将可冷凝成份冷凝在水温较低的水塔上。但因为冷凝作用造成排烟体温过高，当高于临界点时会形成冷凝水，因而形成弱酸冷凝物侵蚀基础材料。为了防止这一状况，不仅要控制排烟体温外，具备非吸收性、无孔表面的耐腐管（由最高耐120°C低温的聚丙烯-S、最高耐160°C低温的的PTFE制成或铸铁管）也被广泛应适于冷凝机组设备的生产中去。之外，为了经济地制造冷凝机组的热交换器，并使设备在安装时便于管理，、往往会选用最小的实际应用规格。但这些方式会造成热交换器的燃烧侧阻力变高，一般还要使用燃烧电扇来使尾气通过窄小的通道。排出的燃烧氢气通常高于100°C，密度接近于空气，几乎没有压强，所以还须要安装燃烧电扇将废水泵送到外部。另外还须要安装热交换器冷凝水排放系统，烟气中的冷凝物在密封管的内壁上向上回流，从热交换器中排出，最终根据法律法规排入废水系统。

三、技术优势

1.高效节能：

使用高灰分燃料的传统机组热效率通常为70%-80%，同等条件下冷凝机组的热效率在实际生产中可达到98%，理论上并且能达到更高水准。从下边图表中我们可以看出，冷凝机组在较低湿度工作情况下热效率较高。

图二：不同载荷冷凝机组热效率（来源[3]）

2.全预混式燃烧

常规机组风量不能手动调节，因此在小火时空气供给量大，而火灾时或许会过小，因而不完全燃烧，耗费煤气；而冷凝机组是全预混式燃烧，空气量可以手动调节，使空气量与煤气量的比列愈发合适燃烧。

3.全封闭式燃烧

常规机组只有火焰底部有主热交换器，周围会导致糖分损失；而冷凝机组选用全封闭燃烧节能锅炉，燃烧火焰周围全是热交换器，以便有效的减少了炉体自身的糖分。

4.环保，提高有害排放

冷凝机组与常规机组相比，使用了这些新的技术，而这种技术不仅能增加机组的热效率节能锅炉，达到节能的目的此外，也才能提高机组使用时对于环境的污染和破坏。奇特的风冷燃烧器+全预混燃烧技术以及传热原理，确保有害物NOx以及CO排放比常规机组低。

5.更长的使用寿命

冷凝机组与常规机组在外观上并没有哪些差别，但冷凝机组的燃烧室通常由碳钢或则硅铝合金材料制造，相比常规机组的主要材质为铜加铝材料制造，具备更的解痉性抗磨蚀性。但是遭到国外氨氮、燃气内杂质和空气品质等诱因的影响，但冷凝机组寿命通常还是可达到25年左右。机组使用寿命大致状况如下表：

图三：机组使用寿命大致状况表（来源[4]）

四、技术经济性案例剖析

高温冷凝机组技术在提升效率，节省燃料的同时也降低了设备费用。这部份的费用主要包括换热材料费用、阀门及管线成本、设备安装成本、加装换热后带给的修理成本以及改装换热后阻力降低造成的水泵耗功降低，以下将从国外美国两个案例的视角来展现冷凝机组的投资经济效益。

国外案例

以国外某项目投资为例，不同材质的安装设备投资费用和投资收益期还有所不同。如右图所示，假若将180℃的排烟湿度增加到50℃,回收余热的冷凝式热能回收装置选用普通铁管时回收期为300h,选用铸铁回收期为900h,选用PTFE塑胶管投资回收期则为1800h。从估算结果还可以看出材料寿命分别为3、5和10年时对投资回收期的影响不大。

图四：不同冷凝式热能回收装置的投资收益曲线（来源[2])

1-PTFE管(寿命10年)的投资回收期;

2,3,4-铸铁寿命分别为3、5、10年时的投资回收期;

5-普通钢寿命分别为3、5、10年时的投资回收期(因为很接近几乎成一条曲线)