結(jié)合工程經(jīng)驗對煙路、水路連接方式及儀表附件、冷凝水排放等問題進(jìn)行討論，提出合理的安裝建議；對系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)節(jié)方法及現(xiàn)場出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)；根據(jù)工程實(shí)例分析了煙路、水路連接方式及設(shè)備材質(zhì)、類型對節(jié)能率的影響。同時利用煙側(cè)放熱量與水側(cè)吸熱量的對比強(qiáng)調(diào)了旁通煙路閥門嚴(yán)密的重要性。

關(guān)鍵詞：煙氣余熱回收；設(shè)計安裝；節(jié)能效果

引言

天然氣鍋爐的效率目前通常為85~90%［1］。排煙熱損失是鍋爐效率的主要影響因素。熱水鍋爐排煙溫度約為150~200℃，蒸汽鍋爐排煙溫度為200~250℃［2］。有數(shù)據(jù)表明供熱鍋爐排煙溫度為80~160℃時，排煙造成的熱損失為鍋爐耗熱量的16%~20%［3］。如此高的排煙溫度不僅會造成能源浪費(fèi)，而且會引發(fā)大氣環(huán)境污染。在排煙過程中增設(shè)一套煙氣余熱回收系統(tǒng)能夠有效降低鍋爐排煙溫度，并利用其熱量，從而顯著提高鍋爐效率［4］。近些年，煙氣余熱回收技術(shù)在工程中的應(yīng)用越來越廣泛。間壁式換熱節(jié)能設(shè)備以其安裝便捷，回收效果較顯著的特點(diǎn)更是被廣泛應(yīng)用于小型區(qū)域鍋爐房中。由于多數(shù)鍋爐房空間有限，可被節(jié)能設(shè)備利用的空間更少，因此充分結(jié)合現(xiàn)場空間為熱回收系統(tǒng)量身定做節(jié)能產(chǎn)品非常必要。

1煙氣余熱回收系統(tǒng)設(shè)計計算

1.1節(jié)能量

低溫冷源和強(qiáng)化換熱是在回水溫度較高的集中采暖系統(tǒng)中余熱回收所面臨的兩個嚴(yán)峻問題［5］。在安裝之前須根據(jù)現(xiàn)有冷源及排煙溫度進(jìn)行節(jié)能效益計算。節(jié)能量，在初步設(shè)計階段認(rèn)為是煙氣與水換熱的過程中所釋放的熱量。在外保溫良好的情況下忽略熱傳遞的影響，這部分熱量全部由系統(tǒng)水回收到供熱系統(tǒng)中。在工程設(shè)計中采用下式計算：

Q=m(hi-ho)-Qc                         （1）

式中：Q-節(jié)能量，即煙氣側(cè)放熱量，kW；m-通過煙氣余熱回收設(shè)備的煙氣質(zhì)量流量，kg/s；hi-煙氣進(jìn)口比焓，kJ/kg；ho-煙氣出口比焓，kJ/kg；Qc-煙氣放熱過程中產(chǎn)生的冷凝水所帶走的熱量，kW。

1.2節(jié)能率

節(jié)能率是指節(jié)能量占鍋爐輸入熱量的比值。

A=Q/BH                           （2）

式中：A-節(jié)能率，%；Q-節(jié)能量，kW；H-燃?xì)獾臀话l(fā)熱值，kJ/Nm3；B-燃?xì)庀牧?，Nm3/h。

2煙氣余熱回收設(shè)備的設(shè)計安裝

2.1 節(jié)能設(shè)備煙路安裝方式

在煙氣余熱回收設(shè)備運(yùn)行過程中，冷凝水的排放是非常重要的問題，而影響冷凝水排放的一個關(guān)鍵因素就是節(jié)能設(shè)備的煙路安裝方式。對直通型節(jié)能設(shè)備而言，通常有兩種安裝方式，即水平安裝和豎直安裝。見圖1、圖2。

1）設(shè)備水平安裝

對水平安裝的節(jié)能設(shè)備而言，換熱過程中煙路的點(diǎn)即為設(shè)備本身，該種情況下只要設(shè)備本身開放冷凝水孔并且冷凝水順利排出，并不會產(chǎn)生冷凝水回流倒灌的情形。

2）設(shè)備豎直安裝

豎直安裝的節(jié)能設(shè)備，煙氣由下而上進(jìn)入設(shè)備。設(shè)備煙路入口處是凝結(jié)水大量集結(jié)的位置。而對于普通彎頭式安裝方式冷凝水勢必會沿彎頭進(jìn)入原煙道，產(chǎn)生的危害一是冷凝水流程過長，加大了被高溫?zé)煔舛渭訜岬臅r間，減小了回收熱量，二是不利于冷凝水排放，易造成冷凝水回灌，影響鍋爐壽命。因此，在安裝時充分考慮到現(xiàn)場的情況，可以將彎頭改成三通的形式便于收集冷凝水，在接口處設(shè)置導(dǎo)流板，可以減小煙氣流動阻力。

3）關(guān)于煙路的旁通

對于利用節(jié)能設(shè)備回收煙氣中熱量的節(jié)能方式，在現(xiàn)場條件允許的情況下，安裝煙路旁通是非常有必要的。一旦節(jié)能設(shè)備發(fā)生故障，煙氣可以通過旁通順利排出，不會影響鍋爐的正常運(yùn)行。但需要注意旁通支路煙道閥門內(nèi)部的嚴(yán)密性。如果旁通煙道閥門嚴(yán)密性不夠，會造成部分煙氣通過旁通排出，通過節(jié)能設(shè)備的煙氣量減少，降低整體節(jié)能率。

2.2冷凝水滲漏問題

由于高溫?zé)煔饨?jīng)過節(jié)能設(shè)備后，已經(jīng)達(dá)到或極為接近煙氣露點(diǎn)溫度。稍有溫降就會有冷凝水析出，如果設(shè)備出口與煙道間或煙道連接處密封不嚴(yán)就會有冷凝水滲漏。因此，建議節(jié)能設(shè)備出口之后的煙道采用全焊接連接，且調(diào)整好煙道的整體坡度，在低點(diǎn)位置設(shè)置冷凝水排放口。

2.3儀表附件安裝

通常情況下，節(jié)能設(shè)備安裝要求在煙路、水路進(jìn)出口安裝溫度計、壓力計?？赏ㄟ^節(jié)能設(shè)備進(jìn)出口煙溫、進(jìn)出口水溫初步判斷節(jié)能效果，也可通過儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行較精準(zhǔn)的節(jié)能效果計算。通過大量的現(xiàn)場實(shí)例觀察、測量，發(fā)現(xiàn)多數(shù)煙路的溫度計、壓力計顯示數(shù)值與實(shí)際并不相符。溫度計、壓力計等附件的安裝應(yīng)符合以下要求：

1）測溫元件應(yīng)安裝在介質(zhì)溫度變化靈敏和具有代表性的地方，不應(yīng)安裝在管道和設(shè)備的死角處[6]。對于圓形煙道，在煙道橫截面上煙氣溫度呈階梯性分布，越接近軸中心位置的煙氣溫度越高，因此合適的煙路溫度表插深與煙道直徑有關(guān)。

2）為了避免或減少溫度計的套管所產(chǎn)生的阻力對被測壓力的影響，取壓口應(yīng)選在溫度及安裝位置之前[6]。

3）壓力測點(diǎn)應(yīng)選在管道的直線段介質(zhì)流速穩(wěn)定的地方[6]。多數(shù)節(jié)能設(shè)備進(jìn)出口處的煙箱采用天圓地方形式，當(dāng)儀表安裝在煙箱處，尤其在角落處，此處易形成渦流，測得的壓力值并不準(zhǔn)確。

4）取壓裝置端部，不應(yīng)深入管道內(nèi)壁[6]。壓力是指介質(zhì)對管道內(nèi)壁產(chǎn)生的靜壓力，如壓力表端部深入管道內(nèi)部，煙氣的流動造成壓力測量值為動壓和靜壓之和，造成誤差。

3煙氣余熱回收設(shè)備的系統(tǒng)運(yùn)行

3.1運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作

1）新裝節(jié)能設(shè)備在初次運(yùn)行前要對設(shè)備做的檢查，包括設(shè)備外觀、煙路、水路閥門的啟閉狀態(tài)，冷凝水管口是否有堵塞等。

2）開啟水側(cè)閥門后須觀察系統(tǒng)流量的變化，若系統(tǒng)改造對系統(tǒng)有較大的流量影響須調(diào)整水泵的運(yùn)行工作點(diǎn)。

3.2系統(tǒng)運(yùn)行注意事項

1）對于與鍋爐并聯(lián)的節(jié)能設(shè)備，一般情況下進(jìn)出設(shè)備的水側(cè)流量較鍋爐而言較少，此時需要調(diào)整設(shè)備進(jìn)水流量，控制節(jié)能設(shè)備進(jìn)出口水溫差在10~20攝氏度左右。

2）當(dāng)節(jié)能設(shè)備水側(cè)設(shè)計流量較大時，安裝方式可以選擇在鍋爐回水管上與鍋爐串聯(lián)，此時通過節(jié)能設(shè)備的流量較大，需通過旁通管路調(diào)節(jié)閥來控制，以對系統(tǒng)整體循環(huán)流量影響不大為宜。

3）若節(jié)能設(shè)備采用與板換并聯(lián)的方式，需注意調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)水量與板換進(jìn)水量之間的比例。尤其在初末寒期，鍋爐間歇運(yùn)行的情況較多，鍋爐達(dá)到停爐溫度停止運(yùn)行，二次水經(jīng)過節(jié)能設(shè)備并無溫度提升，之后與來自板換的二次水混合后進(jìn)入用戶，若此時經(jīng)過節(jié)能設(shè)備流量較大，會較大幅度地降低用戶側(cè)溫度。

另一種解決方式是節(jié)能設(shè)備水路安裝電動閥門，與鍋爐設(shè)置聯(lián)鎖，當(dāng)鍋爐自動停爐時閥門自動關(guān)閉，停止設(shè)備的運(yùn)行。這種方式可以根據(jù)鍋爐的啟/停自動控制設(shè)備水路的流動，但會增加初投資。

4實(shí)例分析

2017年非供暖季對公司多個項目加裝煙氣余熱回收節(jié)能設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造。經(jīng)過17-18采暖季運(yùn)行及測試相關(guān)數(shù)據(jù)，見表1。

表1中 “節(jié)能率”數(shù)據(jù)為三次測試結(jié)果平均值。測試方式：在鍋爐正常運(yùn)行狀態(tài)下記錄t1時刻燃?xì)獗順?biāo)況讀數(shù)M1（m3）、節(jié)能設(shè)備水路熱計量表累計熱量讀數(shù)Q1(kwh)，維持鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行，記錄t2時刻燃?xì)獗順?biāo)況讀數(shù)M2（m3）、節(jié)能設(shè)備水路熱計量表讀數(shù)Q2(kwh),一般情況下，t2-t1不小于60min。

節(jié)能率計算公式:

其中：A-節(jié)能率，%；

H-燃?xì)獾臀话l(fā)熱值，kJ/Nm3。

結(jié)合測試、計算的節(jié)能率數(shù)據(jù)及現(xiàn)場安裝、系統(tǒng)的形式，對以下幾種因素對節(jié)能效果的影響進(jìn)行了對比分析。

1）水系統(tǒng)連接方式對節(jié)能率的影響

由圖3節(jié)能設(shè)備與鍋爐串聯(lián)、與板換串聯(lián)的項目平均節(jié)能率分別為9.17%、7.16%，與鍋爐并聯(lián)、與板換并聯(lián)的項目平均節(jié)能率分別為6.49%、5.99%，可以得出串聯(lián)連接的項目節(jié)能效果要明顯高于并聯(lián)連接的項目，這是由于串聯(lián)的連接方式允許通過節(jié)能設(shè)備的流量更大。但這并不僅僅取決于系統(tǒng)的連接形式，更加取決于不同廠家對設(shè)備的設(shè)計允許流量。若強(qiáng)行改變水系統(tǒng)形式，加大通過節(jié)能設(shè)備的流量可能造成系統(tǒng)阻力過大。

2）煙路安裝方式對節(jié)能率的影響

由圖4可以看出，橫向安裝節(jié)能效果略高于豎向安裝，但整體相差不大。在安裝時推薦橫向安裝，有利于冷凝水排放。但若現(xiàn)場條件有限，豎向安裝的情況也很常見，安裝施工可。

圖4  煙路連接方式對節(jié)能率的影響

3）設(shè)備的材質(zhì)種類對節(jié)能率的影響

由圖5可以看出，不銹鋼材質(zhì)的節(jié)能設(shè)備節(jié)能效果要優(yōu)于鋼鋁復(fù)合材質(zhì)，板式換熱器的節(jié)能率介于兩種翅片管式換熱器之間。材質(zhì)不同影響的主要是設(shè)備的使用壽命。這兩種金屬材質(zhì)導(dǎo)熱性能相差并不大，換熱過程主要是對流換熱，與流體的流動形式有關(guān)。在汽水換熱過程中，由于水蒸氣冷凝析出，在金屬表面形成薄的水膜，這種薄膜換熱效果更優(yōu)于普通對流換熱。不同廠家設(shè)備的設(shè)計、工藝、制造水平的高低等多種因素都會對整體換熱系數(shù)產(chǎn)生影響，從而造成節(jié)能率差異較為明顯。

4）煙側(cè)放熱量與水側(cè)吸熱量對比分析

節(jié)能率測試過程中，測試人員不僅對熱量表、燃?xì)獗黻P(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，而且對節(jié)能設(shè)備進(jìn)出口煙溫、水溫及流量進(jìn)行記錄。通過以上數(shù)據(jù)計算出煙側(cè)放熱量和水側(cè)吸熱量，見圖4?？梢园l(fā)現(xiàn)煙側(cè)放熱量與水側(cè)吸熱量基本持平，但也有個別項目相差較大，如項目c、項目f、項目g。

項目c現(xiàn)場測試的節(jié)能率為11.09%，現(xiàn)場實(shí)測節(jié)能設(shè)備出口煙溫45攝氏度，與其他項目相比較低。當(dāng)煙氣溫度降低到濕煙氣露點(diǎn)溫度之后，回收的大部分為冷凝潛熱，而這部分潛熱在理論計算時難以與實(shí)際狀況完全一致，導(dǎo)致煙側(cè)放熱量理論計算值偏低。

項目f和項目g均屬于煙側(cè)放熱量比水側(cè)吸熱量大很多，即煙氣放出的熱量沒有完全被水吸收。項目g屬于煙風(fēng)系統(tǒng)阻力較大，在安裝節(jié)能設(shè)備之后，須打開一部分旁通煙路系統(tǒng)才能正常運(yùn)行，因此一部分煙氣被旁通掉了。而項目f在采暖季結(jié)束后對煙路進(jìn)行檢查改造，發(fā)現(xiàn)安裝在旁通煙路的煙道閥嚴(yán)密性較差，造成一部分煙氣被旁通，節(jié)能效果較差。因此在施工安裝過程中，要注意旁通煙道閥的嚴(yán)密性。

5結(jié)論

1）節(jié)能設(shè)備煙路水平或豎直安裝對節(jié)能率影響并不明顯，但要注意豎直安裝時的冷凝水排放問題。

2）節(jié)能設(shè)備水路連接選擇串聯(lián)方式時節(jié)能效果要優(yōu)于并聯(lián)方式。

3）節(jié)能設(shè)備材質(zhì)對節(jié)能率影響不大，但不同廠家的設(shè)備換熱效果差別較大。

4）節(jié)能設(shè)備的運(yùn)行要注意對原系統(tǒng)流量影響不大；與板換并聯(lián)的設(shè)備要平衡設(shè)備通過流量，以防間歇運(yùn)行造成用戶側(cè)溫度過低。

5）節(jié)能設(shè)備出口及出口后沿途煙道連接處須嚴(yán)密，以防冷凝水泄露。

6）儀表附件安裝位置優(yōu)先選擇進(jìn)、出口煙道上，且要注意儀表規(guī)范安裝。

7）煙路設(shè)旁通非常必要，須注意旁通煙路閥門的嚴(yán)密性。