結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)煙路、水路連接方式及儀表附件、冷凝水排放等問(wèn)題進(jìn)行討論，提出合理的安裝建議；對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)節(jié)方法及現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問(wèn)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(duì)節(jié)能率的影響。同時(shí)利用煙側(cè)放熱量與水側(cè)吸熱量的對(duì)比強(qiáng)調(diào)了旁通煙路閥門(mén)嚴(yán)密的重要性。

關(guān)鍵詞：煙氣余熱回收；設(shè)計(jì)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(shí)，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(huì)造成能源浪費(fèi)，而且會(huì)引發(fā)大氣環(huán)境污染。在排煙過(guò)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(lái)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(chǎng)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(jì)計(jì)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(gè)嚴(yán)峻問(wèn)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(jì)算。節(jié)能量，在初步設(shè)計(jì)階段認(rèn)為是煙氣與水換熱的過(guò)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(jì)中采用下式計(jì)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(guò)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(guò)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牧浚琋m3/h。

2煙氣余熱回收設(shè)備的設(shè)計(jì)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(guò)程中，冷凝水的排放是非常重要的問(wèn)題，而影響冷凝水排放的一個(gè)關(guān)鍵因素就是節(jié)能設(shè)備的煙路安裝方式。對(duì)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(jiàn)圖1、圖2。

1）設(shè)備水平安裝

對(duì)水平安裝的節(jié)能設(shè)備而言，換熱過(guò)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(kāi)放冷凝水孔并且冷凝水順利排出，并不會(huì)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(duì)于普通彎頭式安裝方式冷凝水勢(shì)必會(huì)沿彎頭進(jìn)入原煙道，產(chǎn)生的危害一是冷凝水流程過(guò)長(zhǎng)，加大了被高溫?zé)煔舛渭訜岬臅r(shí)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(shí)充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)阻力。

3）關(guān)于煙路的旁通

對(duì)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(chǎng)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(guò)旁通順利排出，不會(huì)影響鍋爐的正常運(yùn)行。但需要注意旁通支路煙道閥門(mén)內(nèi)部的嚴(yán)密性。如果旁通煙道閥門(mén)嚴(yán)密性不夠，會(huì)造成部分煙氣通過(guò)旁通排出，通過(guò)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(wèn)題

由于高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)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(huì)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(huì)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(jì)、壓力計(jì)?？赏ㄟ^(guò)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(guò)儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行較精準(zhǔn)的節(jié)能效果計(jì)算。通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例觀察、測(cè)量，發(fā)現(xiàn)多數(shù)煙路的溫度計(jì)、壓力計(jì)顯示數(shù)值與實(shí)際并不相符。溫度計(jì)、壓力計(jì)等附件的安裝應(yīng)符合以下要求：

1）測(cè)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(duì)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(jì)的套管所產(chǎn)生的阻力對(duì)被測(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(dòng)造成壓力測(cè)量值為動(dòng)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(duì)設(shè)備做的檢查，包括設(shè)備外觀、煙路、水路閥門(mén)的啟閉狀態(tài)，冷凝水管口是否有堵塞等。

2）開(kāi)啟水側(cè)閥門(mén)后須觀察系統(tǒng)流量的變化，若系統(tǒng)改造對(duì)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(xiàng)

1）對(duì)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(shí)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(jì)流量較大時(shí)，安裝方式可以選擇在鍋爐回水管上與鍋爐串聯(lián)，此時(shí)通過(guò)節(jié)能設(shè)備的流量較大，需通過(guò)旁通管路調(diào)節(jié)閥來(lái)控制，以對(duì)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(guò)節(jié)能設(shè)備并無(wú)溫度提升，之后與來(lái)自板換的二次水混合后進(jìn)入用戶，若此時(shí)經(jīng)過(guò)節(jié)能設(shè)備流量較大，會(huì)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(dòng)閥門(mén)，與鍋爐設(shè)置聯(lián)鎖，當(dāng)鍋爐自動(dòng)停爐時(shí)閥門(mén)自動(dòng)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(dòng)控制設(shè)備水路的流動(dòng)，但會(huì)增加初投資。

4實(shí)例分析

2017年非供暖季對(duì)公司多個(gè)項(xiàng)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(guò)17-18采暖季運(yùn)行及測(cè)試相關(guān)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

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

節(jié)能率計(jì)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(cè)試、計(jì)算的節(jié)能率數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)安裝、系統(tǒng)的形式，對(duì)以下幾種因素對(duì)節(jié)能效果的影響進(jìn)行了對(duì)比分析。

1）水系統(tǒng)連接方式對(duì)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目節(jié)能效果要明顯高于并聯(lián)連接的項(xiàng)目，這是由于串聯(lián)的連接方式允許通過(guò)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(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)允許流量。若強(qiáng)行改變水系統(tǒng)形式，加大通過(guò)節(jié)能設(shè)備的流量可能造成系統(tǒng)阻力過(guò)大。

2）煙路安裝方式對(duì)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(shí)推薦橫向安裝，有利于冷凝水排放。但若現(xiàn)場(chǎng)條件有限，豎向安裝的情況也很常見(jiàn)，安裝施工可。

圖4  煙路連接方式對(duì)節(jié)能率的影響

3）設(shè)備的材質(zhì)種類對(duì)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(guò)程主要是對(duì)流換熱，與流體的流動(dòng)形式有關(guān)。在汽水換熱過(guò)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(duì)流換熱。不同廠家設(shè)備的設(shè)計(jì)、工藝、制造水平的高低等多種因素都會(huì)對(duì)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(duì)比分析

節(jié)能率測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試人員不僅對(duì)熱量表、燃?xì)獗黻P(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，而且對(duì)節(jié)能設(shè)備進(jìn)出口煙溫、水溫及流量進(jìn)行記錄。通過(guò)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出煙側(cè)放熱量和水側(cè)吸熱量，見(jiàn)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(gè)別項(xiàng)目相差較大，如項(xiàng)目c、項(xiàng)目f、項(xiàng)目g。

項(xiàng)目c現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的節(jié)能率為11.09%，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)節(jié)能設(shè)備出口煙溫45攝氏度，與其他項(xiàng)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(jì)算時(shí)難以與實(shí)際狀況完全一致，導(dǎo)致煙側(cè)放熱量理論計(jì)算值偏低。

項(xiàng)目f和項(xiàng)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(méi)有完全被水吸收。項(xiàng)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(kāi)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(xiàng)目f在采暖季結(jié)束后對(duì)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(guò)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(duì)節(jié)能率影響并不明顯，但要注意豎直安裝時(shí)的冷凝水排放問(wèn)題。

2）節(jié)能設(shè)備水路連接選擇串聯(lián)方式時(shí)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(duì)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(duì)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(guò)流量，以防間歇運(yùn)行造成用戶側(cè)溫度過(guò)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(mén)的嚴(yán)密性。