冷(lěng)凝式換熱器(qì)就是增設在天然氣鍋爐尾部的(de)餘熱回收裝置，當煙(yān)氣在通(tōng)道(dào)內(nèi)通(tōng)過傳熱面，溫度降至露點溫度以下(xià)，從(cóng)而使排煙(yān)中的(de)水(shuǐ)蒸氣凝結釋放(fàng)潛熱傳遞給回收工(gōng)質，可以将排煙(yān)中大量的(de)能量加以回收利用，從(cóng)而達到節能環保的(de)效果。随着制造工(gōng)業(yè)的(de)不斷發展，各種新型高(gāo)效的(de)冷(lěng)凝換熱裝置層出不窮，不論從(cóng)結構還(hái)是實際餘熱回收效果來(lái)看(kàn)都(dōu)有(yǒu)了非常大的(de)改進。
　　1 煙(yān)氣的(de)特性分析
　　天然氣成分絕大部分為(wèi)烴，燃氣鍋爐排煙(yān)中水(shuǐ)蒸氣的(de)含量較高(gāo)，分析表明(míng)，排煙(yān)中可利用的(de)熱能中，水(shuǐ)蒸氣的(de)汽化(huà)潛熱所占的(de)份額相(xiàng)當大。每1m3天然氣燃燒後可以産生(shēng)1. 55 kg水(shuǐ)蒸氣，具有(yǒu)可觀的(de)汽化(huà)潛熱，大約為(wèi)3 700 kJ/Nm3，占天然氣的(de)低(dī)位發熱量的(de)10%以上(shàng)。傳統鍋爐中，排煙(yān)溫度一般在160～250℃，煙(yān)氣中的(de)水(shuǐ)蒸氣仍處于過熱狀态，不可能凝結成液态的(de)水(shuǐ)而放(fàng)出汽化(huà)潛熱。因此傳統的(de)天然氣鍋爐理(lǐ)論熱效率一般隻能達到95%左右，利用冷(lěng)凝式換熱器(qì)隻要把煙(yān)氣溫度降到煙(yān)氣露點溫度以下(xià)，就可回收煙(yān)氣中的(de)顯熱和(hé)水(shuǐ)蒸氣的(de)凝結潛熱，按低(dī)位發熱量為(wèi)基準計(jì)算(suàn)，天然氣鍋爐熱效率可達到和(hé)超過110%。
　　1.1露點計(jì)算(suàn)
　　通(tōng)過觀察可知，煙(yān)氣露點溫度随過量空氣系數的(de)變化(huà)而變化(huà)。因為(wèi)根據道(dào)爾頓分壓定律，露點溫度的(de)高(gāo)低(dī)與煙(yān)道(dào)中水(shuǐ)蒸氣的(de)分壓量（即水(shuǐ)蒸氣的(de)含量）成正比，随着過量空氣系數的(de)增加，煙(yān)道(dào)中水(shuǐ)蒸氣的(de)相(xiàng)對(duì)體(tǐ)積減小(xiǎo)，水(shuǐ)蒸氣的(de)容積份額會有(yǒu)所下(xià)降，其露點溫度也随之降低(dī)。實際上(shàng)，雖然各地(dì)方天然氣中成分含量有(yǒu)所不同，但(dàn)由于其主要成分均為(wèi)甲烷且占絕大部分，其他(tā)成分影響很(hěn)小(xiǎo)，經計(jì)算(suàn)的(de)露點溫度誤差不超過0.3%（符合實際要求的(de)範圍），并且由于實際燃燒的(de)影響因素較多，也使得計(jì)算(suàn)不可能達到很(hěn)精确，通(tōng)常是在理(lǐ)論值附近(jìn)的(de)一個(gè)範圍內(nèi)波動，在實際應用中還(hái)需根據不同情況進行修正分析。
　　在水(shuǐ)蒸氣分壓力不變的(de)情況下(xià)，使空氣冷(lěng)卻至飽和(hé)濕蒸汽狀态時(shí)，将有(yǒu)水(shuǐ)滴析出，此時(shí)的(de)溫度即為(wèi)露點溫度。天然氣燃燒特性分析（以1 m3天然氣計(jì)算(suàn)）煙(yān)氣中水(shuǐ)蒸氣的(de)體(tǐ)積分數達17·4%，若燃燒在大氣壓力下(xià)進行，當空氣過量系數α為(wèi)1.1時(shí)（本文(wén)中的(de)計(jì)算(suàn)均以此作(zuò)為(wèi)計(jì)算(suàn)依據），其相(xiàng)應的(de)煙(yān)氣露點溫度是57℃。
　　1.2熱效率分析
　　煙(yān)氣中的(de)熱量以顯熱和(hé)潛熱2種形式存在，因此鍋爐的(de)熱損失也由煙(yān)氣的(de)顯熱損失和(hé)潛熱損失組成。而顯熱損失取決于煙(yān)氣的(de)溫度和(hé)煙(yān)氣組分的(de)熱容量；潛熱損失則取決于煙(yān)氣中以水(shuǐ)蒸氣形态存在的(de)水(shuǐ)量的(de)多少。當水(shuǐ)蒸氣冷(lěng)凝時(shí)，煙(yān)氣中存在複雜(zá)的(de)現(xiàn)象：由于水(shuǐ)蒸氣分壓力較低(dī)，并且在冷(lěng)凝液膜附近(jìn)主要是不凝氣體(tǐ)，如N2、CO2、O2等，煙(yān)氣中水(shuǐ)蒸氣需要穿過不凝氣體(tǐ)層才能達到液膜表面發生(shēng)冷(lěng)凝。煙(yān)氣中水(shuǐ)蒸氣冷(lěng)凝率等于由單位體(tǐ)積天然氣燃燒生(shēng)成煙(yān)氣所産生(shēng)的(de)凝結水(shuǐ)量與燃燒所生(shēng)産的(de)水(shuǐ)蒸氣量的(de)比值，其中，燃燒所産生(shēng)的(de)水(shuǐ)蒸氣包括天然氣燃燒生(shēng)成的(de)水(shuǐ)蒸氣及空氣和(hé)燃氣所帶入的(de)水(shuǐ)蒸氣。根據能量守恒來(lái)進行換熱效率的(de)計(jì)算(suàn)：
　　（1）其中：Q為(wèi)燃氣的(de)低(dī)位發熱量；Ha為(wèi)空氣在進口端的(de)焓；Hg為(wèi)燃氣在進口端的(de)焓；Hf為(wèi)排煙(yān)焓；Φ為(wèi)水(shuǐ)蒸氣的(de)凝結率；ρh為(wèi)标準狀況下(xià)水(shuǐ)蒸氣的(de)密度；r為(wèi)氣化(huà)潛熱；Vh為(wèi)标準狀況下(xià)煙(yān)道(dào)中的(de)水(shuǐ)蒸氣體(tǐ)積。
　　僅煙(yān)氣中的(de)潛熱就對(duì)鍋爐的(de)熱效率影響如此巨大，倘若能将排煙(yān)溫度降低(dī)到露點以下(xià)對(duì)潛熱加以回收利用，對(duì)以低(dī)位發熱量為(wèi)基準進行計(jì)算(suàn)的(de)熱效率至少可提高(gāo)到10%以上(shàng)。并且随着排煙(yān)溫度的(de)降低(dī)，煙(yān)氣的(de)顯熱損失也會相(xiàng)對(duì)減小(xiǎo)，那(nà)麽熱效率的(de)提高(gāo)将更為(wèi)明(míng)顯，進一步證明(míng)降低(dī)排煙(yān)溫度對(duì)鍋爐效率提高(gāo)的(de)重要意義。
 　　排煙(yān)中的(de)水(shuǐ)蒸氣潛熱在57℃以下(xià)才能得以回收，能夠回收的(de)熱量依賴于所要求的(de)利用溫度和(hé)利用率。如果利用溫度接近(jìn)排煙(yān)的(de)露點溫度，僅能回收較少的(de)熱量。利用溫度越低(dī)，回收的(de)熱量越多。因此，低(dī)溫下(xià)餘熱冷(lěng)水(shuǐ)可獲得高(gāo)的(de)回收率，而在較高(gāo)的(de)溫度下(xià)輸出熱能會降至可以回收的(de)能量數量。
　　2餘熱回收其它影響因素
　　2.1 餘熱回收器(qì)受熱面的(de)磨損問(wèn)題
　　将餘熱回收器(qì)管排設計(jì)成膜式管排（或 H 型管排），這(zhè)種結構迫使煙(yān)氣流動趨于層流，管排間(jiān)沒有(yǒu)煙(yān)氣擾動，在同樣煙(yān)速下(xià)，與螺旋肋片式和(hé)光(guāng)管式相(xiàng)比較是最不易磨損的(de)受熱面布置形式。而且由于每個(gè)煙(yān)道(dào)的(de)邊界管排與煙(yān)氣的(de)磨擦，而形成中間(jiān)流速高(gāo)，兩邊流速低(dī)的(de)分布方式。因此，管壁附近(jìn)煙(yān)氣流速低(dī)于平均值，煙(yān)氣擾動比較弱，緩解了飛(fēi)灰對(duì)省煤器(qì)的(de)磨損。另外(wài)，煙(yān)氣流速對(duì)受熱面的(de)磨損影響最大，布置受熱面時(shí)煙(yān)氣流速不宜過大，設計(jì)時(shí)通(tōng)過調整管排橫向截距，來(lái)改變受熱面的(de)煙(yān)速，可有(yǒu)效避免餘熱回收器(qì)管排的(de)磨損問(wèn)題。
　　2.2餘熱回收器(qì)管內(nèi)壁結垢問(wèn)題
　　受熱面管內(nèi)壁結垢主要發生(shēng)在蒸發段，因為(wèi)蒸汽的(de)溶鹽能力與水(shuǐ)比較相(xiàng)差很(hěn)大。而在餘熱回收系統中最高(gāo)點溫度也不會超過 120 ℃，整個(gè)系統仍處于液相(xiàng)，管內(nèi)壁結垢問(wèn)題較小(xiǎo)。
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