随着世界能源结构优质化和中国能源结构调整特别是首都等大城市煤改气和节能减排政策的实施,研发天然气高效利用新技术、新设备,成为国际社会能源环境领域重要研究课题和生产与工程应用部门的迫切需要。本文以研究开发中小型天然气供热锅炉烟气冷凝热能回收利用装置为目标,研究烟气冷凝热能回收利用装置关键技术,基于本课题组前期研究积累及我国现有制造模具和加工条件,设计研制了1吨锅炉用烟气冷凝换热器样机,并进行初步工程应用与监测,在此基础上提出优化设计方案。以冷凝换热器两侧受迫对流凝结换热为对象建立数学模型,采用FLUENT软件进行数值模拟,得出两侧流动规律并与近似计算公式计算结果及样机实测数据进行对比较,为换热器设计和优化提供了参考。将研制的烟气冷凝换热器应用于天然气锅炉节能改造实际工程进行实测,实测表明:采用该装置可将锅炉排烟温度从170℃左右降低到50℃以下,提高锅炉效率9%左右,天然气锅炉热效率按低热值计可达到103%;得出回水温度、和烟气Re对换热效果的影响规律,同时得出换热实验准则关联式,为进一步研发类似换热器奠定基础。在已有研究和对初步样机实测分析基础上,进行模具低成本改造设计和冷凝换热器进一步优化设计,并绘制出1吨装置设计图纸。通过优化可使总用铜量减少8.2%,总换热面积增加19.85%,水流量增加2倍,水侧阻力为原来的一半。为不同系列燃气锅炉的冷凝换热器优化奠定基础。按所研发的样机计,仅用于目前北京供暖锅炉房改造,可节气2亿m³/a,可节约燃料费4亿元/a,还可产生125万t/a的凝结水,并相应减少NOX排放290 t/a,减少CO₂排放38.2万t/a,社会经济效益巨大。