冷凝式锅炉热效率高于100%的技术分析

冷凝式锅炉热效率高于100%的技术分析

范家骧

范家骧

西安市燃气（供热）监督管理中心陕西西安710082

摘要：本文介绍了冷凝式锅炉技术原理和在国内外的发展情况，分析了固体、液体、气体燃料的热量回收效率，从技术角度论证了锅炉热效率高于100%的可能性。

关键词：锅炉热效率冷凝式供热

锅炉是一种重要的动力设备，在工业和民用领域都扮演者至关重要的角色。一直以来，我们知道锅炉的热效率都低于100%，而随着科技的进步，出现了一些厂家自称其锅炉产品的热效率高于100%，那么它是否真实可信？是否违背能量守恒定律？本文以冷凝式锅炉为例，对此进行分析。

一、燃料的发热量

单位质量的燃料在完全燃烧时所发出的热量称为燃料的发热量，燃料的发热量分为高位发热量和低位发热量两种。

高位发热量是指1千克燃料完全燃烧时放出的全部热量，包括烟气中水蒸汽已凝结成水所放出的汽化潜热。

从燃料的高位发热量中扣除烟气中水蒸汽的汽化潜热时，称为燃料的低位发热量。我国大量的工业锅炉和加热炉设计的排烟温度一般都在150℃以上，运行时的排烟温度更高，可达200℃以上，设置如此高的排烟温度使为了避免低温受热面的酸腐蚀，从而使排烟热损失增大，热效率低下，并造成环境大气的热污染，因此降低排烟温度可大大回收其带走的热量，提高锅炉热效率。

可见，任何燃料都有高位发热量和低位发热量之分，我们一般所说的某种燃料的发热量指的是低位发热量。

高位发热量：Q高=Q低+Q潜

低位发热量：Q低=Q效+Q损

热损失：Q损=Q烟+Q散+Q燃

锅炉效率：η=Q效/Q低×100%

二、锅炉效率和燃料的关系

任何锅炉的额定效率都是在使用特定燃料，同时在额定状态下运行时定义的。锅炉未使用特定燃料，或不在额定工作状态下运行时，实际效率会低于额定效率，也就是说，额定效率是锅炉的最大效率。

可见，要提高锅炉的热效率，就要使Q效增大，也就是尽量减小Q烟、Q散和Q燃，同时若能回收水蒸气带走的Q潜，使其转化为有效热量。冷凝式锅炉就是这样一种技术。

三、冷凝式锅炉

随着环境质量要求的提高，工业锅炉特别是城市采暖热水锅炉多改用液体或气体燃料，与固体燃料相比，燃烧产物中水蒸气更多，可回收的汽化潜热也更多，因此国内外正在大力开发研制这类回收排烟中水蒸气汽化潜热的新型锅炉，称为冷凝式锅炉[1][2][3]。

冷凝式锅炉起源于欧洲，由于具有一般燃气锅炉的共性，还具有明显的燃料节约的特点，热效率能达到100%以上，大大降低了燃料耗量，同时烟气中的SO2和NOX等有害成分也大大降低。因此冷凝式锅炉在欧洲国家得到了政府的支持和广泛的推广，由荷兰率先应用在大中型工业锅炉上。目前，冷凝式锅炉的使用率方面瑞士60%，荷兰50%，德国20%，奥地利20%，英国15%，我国冷凝式锅炉的生产、使用还较少。

四、锅炉热效率能否高于100%？

1、典型的固、液、气体燃料主要组分和特性

注：冷凝式锅炉能够回收烟气中水蒸气潜热的多少与锅炉所使用的燃料种类和锅炉的出水温度有关。

3、冷凝式天然气锅炉的效率

目前，无冷凝回收装置的普通天然气锅炉的热效率在90%左右，加上回收汽化潜热和烟气降温的显热，热效率能提高20%，冷凝式燃气锅炉的热效率可达到100%以上。在燃料的耗量不变的情况下，供热系统的回水温度越低，冷凝式余热回收装置回收的热量就越多，锅炉的热效率就越高[4]。

4、冷凝式燃油锅炉的效率

目前，无冷凝回收装置的普通燃油锅炉的热效率在85%以上，加上回收汽化潜热和烟气降温的显热，热效率能提高17.3%，冷凝式燃油锅炉的热效率可达到100%以上。不过，由于油价贵，燃油锅炉较其它燃料的成本高的多，因此燃油锅炉的应用很少[5]。

5、冷凝式燃煤锅炉的效率

目前，燃煤锅炉的热效率一般在60%—80%之间，即使加上回收汽化潜热和烟气降温的显热，热效率提高12.6%，仍达不到100%。

在现在的技术条件下，由于燃煤锅炉本身热效率较低，且煤炭中硫、氮等杂质较多，冷凝回收汽化潜热的难度较大，其热效率不会像燃气燃油锅炉那样达到100%以上。目前，燃煤锅炉的最高效率在90%左右。

8、10t/h工业锅炉的效益比较

注：（1）锅炉热效率=有效热量/（低位发热量×燃料消耗量）；

（2）锅炉出力有效热量不变，热效率的提高会使燃料消耗量减少；

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