与传统燃煤锅炉相比，燃烧天然气的锅炉虽然排放的二氧化硫及氮氧化物的含量很少，减轻了对环境的压力，但燃烧后产生的大量水蒸气随高温烟气排放到环境中，仍然造成了能量的严重浪费。
而采用冷凝式锅炉将高温烟气中的显热和潜热予以回收，可以达到充分利用能源降低运行成本的效果。
一、使用冷凝置换器

冷凝式换热器就是增设在天然气锅炉尾部的余热回收装置，当烟气在通道内通过传热面，温度降至露点温度以下，从而使排烟中的水蒸气凝结释放潜热传递给回收工质，可以将排烟中大量的能量加以回收利用，从而达到节能环保的效果。

二、烟气分析

天然气成分绝大部分为烃，燃气锅炉排烟中水蒸气的含量较高。每1m3天然气燃烧后可以产生1.55kg的水蒸气，汽化潜热大约为3700kJ/Nm3，占天然气的低位发热量的10%以上。传统锅炉中，排烟温度一般在160～250℃，烟气中的水蒸气仍处于过热状态，不可能凝结成液态的水而放出汽化潜热。因此传统的天然气锅炉理论热效率一般只能达到95%左右，利用冷凝式换热器只要把烟气温度降到烟气露点温度以下，就可回收烟气中的显热和水蒸气的凝结潜热，按低位发热量为基准计算，天然气锅炉热效率可达到和超过109%。



1、露点计算

在水蒸气分压力不变的情况下，使空气冷却至饱和湿蒸汽状态时，将有水滴析出，此时的温度即为露点温度。天然气燃烧特性分析(以1m3天然气计算)烟气中水蒸气的体积分数达17˙4%，若燃烧在大气压力下进行，当空气过量系数α为1.1时(本文中的计算均以此作为计算依据)，其相应的烟气露点温度是57℃。

通过观察可知，烟气露点温度随过量空气系数的变化而变化。随着过量空气系数的增加，烟道中水蒸气的相对体积减小，水蒸气的容积份额会有所下降，其露点温度也随之降低。

2、热效率解析

 
烟气中的热量以显热和潜热2种形式存在，因此锅炉的热损失也由烟气的显热损失和潜热损失组成。而显热损失取决于烟气的温度和烟气组分的热容量；潜热损失则取决于烟气中以水蒸气形态存在的水量的多少。

仅烟气中的潜热就对锅炉的热效率影响如此巨大，倘若能将排烟温度降低到露点以下对潜热加以回收利用，对以低位发热量为基准进行计算的热效率至少可提高到10%以上。

排烟中的水蒸气潜热在57℃以下才能得以回收，能够回收的热量依赖于所要求的利用温度和利用率。因此，低温下余热冷水可获得高的回收率，而在较高的温度下输出热能会降至可以回收的能量数量。
 

三、余热回收

 
1、避免余热回收器受热面的磨损

将余热回收器管排设计成膜式管排(或H型管排)，这种结构迫使烟气流动趋于层流，管排间没有烟气扰动，在同样烟速下，与螺旋肋片式和光管式相比较是不易磨损的受热面布置形式。而且由于每个烟道的边界管排与烟气的磨擦，而形成中间流速高，两边流速低的分布方式。因此，管壁附近烟气流速低于平均值，烟气扰动比较弱，缓解了飞灰对省煤器的磨损。另外，烟气流速对受热面的磨损影响zui大，布置受热面时烟气流速不宜过大，设计时通过调整管排横向截距，来改变受热面的烟速，可有效避免余热回收器管排的磨损问题。


2、烟道阻力

锅炉整个烟道阻力主要由引风机和烟囱自拔力来克服，其中引风机是主要因素。安装余热回收器后锅炉整体烟气阻力必然增加。在加装余热回收器的同时是否对引风机进行改造，进一步提高出力，确保安装余热回收器后锅炉本体的正常运行。

3、余热回收器管内壁结垢

受热面管内壁结垢主要发生在蒸发段，因为蒸汽的溶盐能力与水比较相差很大。而在余热回收系统中zui高点温度也不会超过120℃，整个系统仍处于液相，管内壁结垢问题较小。


总结

1、锅炉以天然气为燃料时，非常适合将其改造为冷凝式余热回收锅炉，提高锅炉利用效率。

2、天然气锅炉排放的烟气中含有一定量的水蒸气，若将排烟温度降低到露点温度以下回收水蒸气释放的气化潜热，可将锅炉效率提高10%以上。

3、合理设置关键技术参数，可实现余热回收系统长期稳定运行。