文_李旭剛 北京希克斯科技有限公司

1 普通臥式濕背式三回程燃?xì)庹羝仩t消耗

某制藥有限公司現(xiàn)有兩臺(tái)20t/h臥式濕背式三回程燃?xì)忮仩t，一用一備方式運(yùn)行,主要目的用于滿足本公司生產(chǎn)用蒸汽。按照制藥行業(yè)連續(xù)生產(chǎn)的運(yùn)行方式，平均每年實(shí)際運(yùn)行時(shí)間300d左右，鍋爐實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷率大約在75%左右，統(tǒng)計(jì)實(shí)際年消耗蒸汽量為108000t。按照鍋爐實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)情況和國產(chǎn)燃?xì)忮仩t生產(chǎn)廠家提供的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，以及北京市大規(guī)?！懊焊臍狻焙筮M(jìn)行的鍋爐熱效率實(shí)際測試結(jié)果，國內(nèi)普通臥式內(nèi)燃濕背式三回程天然氣蒸汽鍋爐實(shí)際運(yùn)行效率大約為88%～90%（熱水鍋爐熱效率稍高），折合燃?xì)獬杀竞牧繛?1.65m3/h。所以該公司20t/h鍋爐運(yùn)行每小時(shí)實(shí)際天然氣耗量為81.65×20＝1633m3，按照北京市工商業(yè)企業(yè)天然氣價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)，天然氣單價(jià)為3.23元/m3，20t/h燃?xì)庹羝仩t在75%負(fù)荷率運(yùn)行時(shí)每小時(shí)天然氣成本費(fèi)用為1633×3.23×75%＝3955.94元，全年燃料成本高達(dá)2848.2768萬元。

與常規(guī)燃?xì)鉄崴仩t被加熱介質(zhì)溫度較低有很大不同，常規(guī)臥式三回程結(jié)構(gòu)的燃?xì)庹羝仩t的煙溫度都較高。由于臥式內(nèi)燃三回程燃?xì)忮仩t為對(duì)流或者輻射換熱結(jié)構(gòu)所限，鍋爐排煙溫度一般要高于被加熱介質(zhì)溫度（蒸汽溫度）至少不低于50℃，在常規(guī)蒸汽壓力0.5MPa條件下，飽和蒸汽溫度對(duì)應(yīng)為160℃。因此,普通臥式內(nèi)燃三回程燃?xì)庹羝仩t排煙溫度不會(huì)低于200℃。為了有效地利用熱能，節(jié)約能源，提高燃?xì)忮仩t熱效率，一般都在鍋爐尾部加裝煙氣余熱回收裝置。但是值得注意的是，采用常規(guī)的余熱回收裝置回收煙氣中的熱量在傳統(tǒng)上處于只回收部分顯熱，并無水蒸汽冷凝的范圍，這樣下來，也僅僅使鍋爐的熱效率增加2%～5%，而大量的未被回收的熱能仍然存在于這些裝置下游的鍋爐排煙煙氣中。而且普通煙氣余熱回收裝置的初期投資較大，回收期比較長。如20t/h蒸汽鍋爐的煙氣余熱回收裝置的初投資一般都在30萬～60萬元，投資回收期都長達(dá)5～8年。

2 冷凝式燃?xì)庹羝仩t的燃?xì)忮仩t消耗

冷凝型鍋爐不僅可回收燃燒燃?xì)庵兴魵獾哪Y(jié)潛熱和排煙余熱得到較高的熱效率,而且大幅度降低了排煙中其他有害物質(zhì),因此,在現(xiàn)代的供熱技術(shù)領(lǐng)域中，冷凝型鍋爐得到越來越廣泛的應(yīng)用，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。

2.1 冷凝型鍋爐節(jié)能原理

按照熱工計(jì)算原理，鍋爐排煙溫度每降低13～15℃就可節(jié)能1%，對(duì)于一般傳統(tǒng)4t/h蒸汽鍋爐，根據(jù)北京節(jié)能環(huán)保中心和北京市煤炭節(jié)約監(jiān)測站對(duì)北京市數(shù)百家單位的實(shí)際測試結(jié)果標(biāo)明，普通臥式濕背式三回程天然氣蒸汽鍋爐實(shí)際運(yùn)行排煙溫度均在180～270℃，普通天然氣熱水鍋爐實(shí)際運(yùn)行排煙溫度在120～150℃。而根據(jù)實(shí)際測試結(jié)果，冷凝型蒸汽鍋爐的排煙溫度卻只有70℃左右，冷凝型熱水鍋爐排煙溫度更低。表面看來，在排煙溫度200℃左右溫降50℃的節(jié)能效果似乎與排煙溫度在100℃左右溫降50℃的差異不大，但實(shí)際節(jié)能效果差別非常懸殊，為什么？這就是冷凝型鍋爐實(shí)際節(jié)能效率非常高的奧秘所在。

2.2 從冷凝型鍋爐的獨(dú)特設(shè)計(jì)看節(jié)能效果的差異

為什么冷凝型鍋爐節(jié)能？為什么大多數(shù)普通燃?xì)忮仩t單獨(dú)增加尾部余熱回收裝置以后，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到真正冷凝式燃?xì)忮仩t實(shí)際節(jié)能效果？大多數(shù)人的回答都比較簡單：因?yàn)殄仩t采用了尾部余熱回收裝置。但是不是在普通天然氣鍋爐尾部增加個(gè)簡單的余熱回收裝置，就能夠達(dá)到冷凝式燃?xì)忮仩t節(jié)能效果了呢？結(jié)果并非如此，實(shí)際取得的節(jié)能效果的懸殊差異仍然讓不少人大跌眼鏡。實(shí)際上許多人并沒有了解到冷凝式燃?xì)忮仩t熱效率高的根本原因。冷凝型燃?xì)庹羝仩t并不是像大多數(shù)普通燃?xì)忮仩t那樣單純?cè)黾游膊坑酂峄厥昭b置，而是在整體鍋爐總體設(shè)計(jì)上采用了綜合節(jié)能的理念，至少在四個(gè)環(huán)節(jié)部位巧妙都設(shè)計(jì)了不同形式余熱回收。

第一是鍋爐后煙箱的余熱回收利用環(huán)節(jié)。冷凝式燃?xì)忮仩t在后部煙箱后管板即排煙出口處設(shè)計(jì)安裝了初級(jí)空氣預(yù)熱器，用鍋爐后管板排煙余熱加熱進(jìn)入燃燒機(jī)的冷空氣，這是第一級(jí)余熱利用。

第二環(huán)節(jié)是在鍋爐前煙箱內(nèi)部，并不是像普通鍋爐那樣，前煙箱內(nèi)部空置，而是巧妙采用了宇航熱管技術(shù)，在前煙箱內(nèi)部設(shè)計(jì)了反向傾斜式熱管余熱回收裝置，利用鍋爐二、三回程煙氣的熱能進(jìn)一步加熱燃燒機(jī)入口空氣，組成二級(jí)空氣預(yù)熱器；這樣進(jìn)一步提高了進(jìn)入燃燒機(jī)的空氣溫度。

第三環(huán)節(jié)是在鍋爐尾部高溫排煙管道設(shè)計(jì)了特殊的耐腐蝕冷凝型煙氣余熱回收利用復(fù)合系統(tǒng)。并在其中巧妙采用了低溫潛熱吸收冷凝技術(shù)，比普通單純利用鍋爐排煙余熱顯熱吸熱量要大得多。

第四環(huán)節(jié)是加裝了蒸汽鍋爐表面排污余熱加熱鍋爐給水系統(tǒng)。

這種多重余熱回收獨(dú)特設(shè)計(jì)是目前世界上最先進(jìn)的，代表了國際燃?xì)忮仩t最新節(jié)能發(fā)展水平。目前我國900多家具有鍋爐壓力容器生產(chǎn)資質(zhì)的廠家還沒有實(shí)現(xiàn)這樣的設(shè)計(jì)。冷凝型鍋爐不但在設(shè)計(jì)上考慮了多重余熱回收環(huán)節(jié)，而且還特別設(shè)計(jì)了強(qiáng)制通風(fēng)高背壓燃燒機(jī)，同時(shí)考慮設(shè)計(jì)專門回收過濾高腐蝕性強(qiáng)酸凝結(jié)水的綜合多級(jí)水處理系統(tǒng)，使高腐蝕性強(qiáng)酸凝結(jié)水經(jīng)過四層化學(xué)過濾系統(tǒng)的綜合處理器后才進(jìn)行對(duì)外排放，這樣設(shè)計(jì)，既大大延長了燃?xì)忮仩t的使用壽命，又達(dá)到了真正的無污染水環(huán)保排放。

2.3 冷凝型鍋爐的推廣應(yīng)用

冷凝式鍋爐最早發(fā)源于歐洲。德國、荷蘭、英國、奧地利等國家于20世紀(jì)70年代相繼開發(fā)出家用冷凝式鍋爐，到80年代末期90年代初期，韓國率先將冷凝式鍋爐應(yīng)用在大中型工業(yè)鍋爐上。冷凝式鍋爐除了具有傳統(tǒng)鍋爐的共性之外，更是制熱機(jī)理的大膽革命與突破。在一些能源利用率較高的歐美國家，燃?xì)饫淠接酂峄厥盏臒崴仩t其熱效率高達(dá)103%以上，此外在煙氣中的CO2和NOx等有害成分也大大降低，這對(duì)環(huán)保來說是非常有利的。

在歐美等國，由于政府鼓勵(lì)使用冷凝式鍋爐，所以需求量不斷增加，冷凝式鍋爐的使用率瑞士為60%、荷蘭為50%、德國為20%、奧地利為20%、英國為15%。目前僅有美國、韓國、德國等少數(shù)國家能夠研制和開發(fā)生產(chǎn)大型一體冷凝式天然氣鍋爐，而我國國內(nèi)尚無此類產(chǎn)品。

我國冷凝式鍋爐開發(fā)與應(yīng)用還是空白，人們對(duì)冷凝鍋爐的認(rèn)識(shí)不足是一重要原因，另一原因就是生產(chǎn)廠家對(duì)冷凝式鍋爐這一高附加值節(jié)能產(chǎn)品的推廣和研發(fā)不力。國內(nèi)大多數(shù)天然氣鍋爐廠家僅僅滿足于能夠采用外置式煙氣余熱回收裝置，或投資建設(shè)方自行改造安裝外置式煙氣余熱裝置的方式，來彌補(bǔ)國產(chǎn)普通型天然氣鍋爐的熱效率的不足。由于近年來國內(nèi)新設(shè)計(jì)安裝燃?xì)忮仩t中普通臥式三回程濕背式鍋爐市場占有率高達(dá)80%以上，大多數(shù)單位僅在原來鍋爐煙囪出口增加普通外置式余熱回收的設(shè)計(jì)方式，完全沒有充分考慮到普通槍式燃燒機(jī)的合理匹配、鍋爐背壓的適應(yīng)范圍、燃燒機(jī)入口空氣預(yù)熱器特殊設(shè)計(jì)阻力以及煙氣中冷凝潛熱的余熱回收方式等因素，因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國外一體冷凝式天然氣鍋爐的使用效果。相比國外一體化整體設(shè)計(jì)多環(huán)節(jié)內(nèi)置式冷凝+外置式冷凝優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)的方式，從總體性能上看，我國國內(nèi)產(chǎn)品和國外生產(chǎn)的一體冷凝式天然氣鍋爐相比還有相當(dāng)大的差距。

2006年11月北京市發(fā)布的《北京市居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中，兩次提到新建建筑應(yīng)選用冷凝型鍋爐。但是多年來，北京市煤改氣實(shí)施和運(yùn)行中，卻很少見到冷凝型鍋爐。為什么作為國內(nèi)外大力宣傳推廣優(yōu)秀節(jié)能產(chǎn)品的沒有得到國內(nèi)用戶的認(rèn)可？主要還是因?yàn)楦甙旱某杀痉恋K了冷凝型鍋爐的推廣應(yīng)用。

3 冷凝式燃?xì)忮仩t與普通濕背式燃?xì)忮仩t運(yùn)行經(jīng)濟(jì)分析

3.1 鍋爐改造投資計(jì)算

普通國產(chǎn)臥式三回程濕背式天然氣蒸汽鍋爐大約為120萬～130萬元（這差不多已經(jīng)是國產(chǎn)最低價(jià)格,如包括蒸汽鍋爐尾部余熱回收裝置在內(nèi)鍋爐總體價(jià)格為170萬元左右）。

由北京?？怂箍萍加邢薰究偞淼倪M(jìn)口世界名牌全冷凝型燃?xì)庹羝仩t大約為647萬元（此價(jià)格已經(jīng)全部包括全冷凝型余熱回收裝置在內(nèi)的總體價(jià)格）。兩者總的鍋爐價(jià)差為 477萬元。

3.2 節(jié)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與投資回報(bào)

下面我們通過實(shí)例對(duì)比計(jì)算，分析鍋爐改造的節(jié)能效益。以前文中某制藥有限公司生產(chǎn)用20t/h冷凝式天然氣蒸汽鍋爐為例，生產(chǎn)每噸蒸汽天然氣耗量只需要74m3（本燃?xì)庀臄?shù)據(jù)詳見冷凝式天然氣蒸汽鍋爐在北京百事可樂有限公司、中海油北京國賓大廈、北京河北飯店等單位實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)）。而普通臥式濕背式三回程燃?xì)庹羝仩t生產(chǎn)每噸蒸汽，消耗天然氣81.65 m3，則其實(shí)際生產(chǎn)成本：81.65m3/t×3.23元/m3=263.73元/t。

冷凝式燃?xì)庹羝仩t每噸蒸汽實(shí)際生產(chǎn)成本：74m3/t×3.23元/m3=239元/t。

如果按照該制藥企業(yè)年實(shí)際生產(chǎn)需要消耗108000t蒸汽計(jì)算，使用冷凝式燃?xì)庹羝仩t比采用普通20t/h燃?xì)庹羝仩t一年所實(shí)際節(jié)約的天然氣費(fèi)用：108000t×（263.73元/t-239.02元/t）=266.87萬元。

也就是說，即使按照采用冷凝式鍋爐與普通燃?xì)忮仩t多花477萬元投資計(jì)算，經(jīng)過不到2年的實(shí)際運(yùn)行，多投資的鍋爐成本完全可以回收。

若按照新建鍋爐實(shí)際運(yùn)行使用壽命服役20年計(jì)，該制藥有限公司選用一體冷凝式燃?xì)庹羝仩t20年大約可以節(jié)省天然氣費(fèi)用5337萬元，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于初投資多花的477萬元。

4 結(jié)論

冷凝型鍋爐屬于節(jié)能創(chuàng)新產(chǎn)品，非常符合低碳環(huán)保的發(fā)展方向。即便目前冷凝型鍋爐價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通鍋爐，但仍然受到西方國家的熱烈歡迎。在國內(nèi)，雖然冷凝型鍋爐引進(jìn)較晚，使用單位并不多，而且投資高，但該鍋爐熱效率高，回收效果快。許多用戶在使用冷凝型鍋爐的2～3年內(nèi)即可完全收回高于普通鍋爐的投資資金，之后的運(yùn)行時(shí)間都在“額外回收”節(jié)能的利潤。這與現(xiàn)在大多數(shù)仍然使用普通天然氣鍋爐的單位“花的起錢買鍋爐，燒不起氣”的現(xiàn)狀形成了鮮明的對(duì)比。