摘要：燃气锅炉安装烟气余热回收装置已经成为燃气锅炉房常用的节能措施之一。烟气余热回收装置有空气预热器和省煤器2种，在部分场所由于安装空间的限制，仅能安装空气预热器或省煤器，如何进行方案选择需要从节能潜力和实际节能效果来进行探讨。
关键词：烟气余热回收 省煤器 空气预热器 节能
一、前言
随着乌鲁木齐市清洁能源改造工程的顺利实施，目前乌鲁木齐市天然气供暖面积约为1.2亿㎡。“煤改气”后，企业燃料成本急剧增加，在现行供热价格下，供热成本急剧增长。面对如此大规模的燃气供热工程，燃气锅炉房必须采取合理的节能措施以降低能耗。
工程设计中，在燃气锅炉尾部安装烟气余热回收装置为目前常用的节能措施。烟气余热回收装置按加热介质划分，主要有空气预热器、省煤器2种。本篇重点探讨燃气热水锅炉仅安装空气预热器和仅安装省煤器的节能潜力理论计算和实际节能效果对比，以方便日后进行烟气余热回收方案的选择。
二、天然气燃烧理论计算
1.天然气组分和热值（计算基础数据）
表1 天然气组分和热值一览表
.png)
天然气锅炉的极限热效率η=高位热值/低位热值=110.7%。
2.燃烧计算结果
燃烧计算以在标准状态下1m3干气体燃料为单位进行，燃烧所需的理论空气量和燃烧烟气量用标准状态（0℃，0.1013MPa）下的体积m3表示。
理论空气量V0=9.84（m3/m3）；实际烟气量Vy（过量空气系数α=1.1）=11.85（m3/m3），烟气成分和比例见表2。
表2 标态下实际烟气的主要成分及体积百分比计算结果（α=1.1）
.png)
三、烟气余热回收潜力的理论计算
1.烟气的总回收热量=显热回收热量+潜热回收热量；提高锅炉热效率以燃气的低位热值为基准。
2.在烟气露点以上时，烟气中水蒸气尚未凝结，降低排烟温度后，只能回收烟气显热，本篇排烟温度按150℃为初始排烟基准温度进行计算。
3.由于天然气中含硫量较低，因此近似认为烟气露点温度即为烟气水露点温度。水蒸气的体积百分比为17.13%（见表2），利用插值法查得：烟气露点温度为56.2℃。
4.具体计算公式和过程详见《燃油燃气锅炉房设计手册》（第二版）。
5.回收的总热量及提高锅炉热效率计算结果见表3。
表3 回收的总热量和提高的锅炉效率列表
.png)
.png)
四、空气预热器与省煤器节能效果对比
1.燃气热水锅炉仅安装空气预热器的节能潜力理论计算
①理论计算主要边界条件：
a.锅炉燃烧的空气量均由回收的烟气余热来加热；b.室外冷空气温度按照供暖期室外平均温度取值：-7.1℃；c.传热端差≥10℃；d.定压空气比热容≈1.005kJ/（kg·K）。
②计算结果
表4 空气预热器节能潜力理论计算
.png)
根据表4，仅安装空气预热器时，最低排烟温度理论极限值约为75℃，提高锅炉效率极值约为3.3%。根据调查，在乌鲁木齐燃气热水锅炉空气预热器加热后的实际空气温度一般均低于50℃，排烟温度高于100℃。因此燃气锅炉仅安装空气预热器时，能提高锅炉热效率约为2.2%。
2.燃气热水锅炉仅安装省煤器的节能潜力理论计算
省煤器安装在燃气热水锅炉尾部，利用烟气余热预热锅炉回水。
①计算边界条件：a.加热一网回水；b.传热端差≥10℃；c.假定冷媒流量充足。
②计算结果
表5 省煤器节能潜力理论计算
.png)
.png)
根据表5，仅安装省煤器时，若一网回水温度40℃，排烟温度达到50℃时，提高锅炉效率极值为7%。根据调查，在乌鲁木齐燃气热水锅炉的实际一网回水温度约为50℃，此时排烟温度按60℃计算，能提高锅炉热效率约为3.9%。
五、小结
1.通常情况下，在乌鲁木齐无论是单独安装空气预热器加热冷空气，还是单独安装省煤器加热一网回水，可以提高锅炉热效率的范围为2%~4%。
2.省煤器节能效果优于空气预热器；但是两者的排烟温度均未降至烟气冷凝温度以下，节能效果不是特别明显。另外，省煤器的节能潜力较大，若能匹配合适的冷媒将排烟温度降至烟气冷凝温度以下，节能效果将十分突出；若将烟气温度降至40℃，可以提高锅炉热效率约10.8%。
因此，省煤器的节能潜力和实际节能效果均大于空气预热器且适应性更广。
参考文献：
[1]张泉根 主编 《燃油燃气锅炉房设计手册》（第二版2013年）；
[2]聂勇,朱鹏.燃气锅炉烟气余热利用与凝结水回收探讨[J].区域供热,2015(03):64-69+77.
[3]毛丽燕,张荣华.燃气锅炉烟气凝结水的回收与利用[J].中国特种设备安全,2016,32(10):45-47+54.
[4]]惠荷.燃气锅炉烟气冷凝水回收利用的设计计算及探讨[J].电力与能源,2020,41(03):375-377.
[5] 柯国华,张涛,刘丽珍,张夏.燃气锅炉烟气余热深度回收技术研究[J].中国资源综合利用,2020,38(01):173-177.
[6]李清,赵耀宗,高峻,王逊.燃气锅炉烟气余热回收方案比选[J].煤气与热力,2019,39(11):17-20+42.
[7] 赵兴罡.浅议燃气锅炉烟气余热回收技术[J].科学技术创新,2019(35):152-153.