燃气锅炉余热回收改造

燃气锅炉余热回收改造（精选8篇）

燃气锅炉余热回收改造 第1篇

能源是国民经济增长和社会发展必不可少的物质基础[1]。民用锅炉的大量使用, 产生了大量携带高温的尾气, 从未导致大量的废热浪费。从节能减排的角度出发, 对这部分废热加以回用[2]。余热回收系统应用的重点为余热回收器形式的选择与余热回收的最终用途两方面。实际设计中, 由于余热回收系统可利用余热量的不同, 其适宜的余热最终用途及余热回收器形式都有所不同, 本文就这两方面重点展开讨论。

在锅炉尾气处理过程中, 并不是所有的时刻都是额定功率下运行, 尾气的排放量和排放温度都在动态变化, 所以当要对尾气中的热量进行回收利用的时候, 就要对燃气锅炉动尾气进行动态的监控。基于这样的需求, 本文创新性的提出动态余热回收系统[3], 在原有回收方式基础上, 采用动态回收系统, 既可保证锅炉排烟系统的正常运行, 又可以实现尾气废热的最大化利用。

2 余热回收应用

余热回收应用即热量回收的最终用途。选择正确的余热回收用途, 就是选择了合适的冷流体作为载热工质, 其直接影响到余热回收器形式选择的正确性。余热回收用途选择的正确与否对于选择合适余热回收器的形式尤为重要, 常规锅炉尾气余热回收利用如表1所示。

表1可见, 对于燃气锅炉, 当允许余热回收温度较高时, 余热量不多, 可用于预热空气及补水加热, 则其余热回收器则可以选择传统的管式余热回收器、热管空气预热器或板式换热器。当允许余热回收温度较低, 余热量较多, 其余热可用于加热水, 则建议选择冷凝式余热回收器或耐腐蚀的热管换热器。在锅炉余热回收中, 使用的余热回收器形式多样, 各有优点, 其适用的情况也各有不同, 根据不同的需求采取不同的换热器, 更好的提高效率。

3 燃气锅炉动尾气动态热回收系统的调控

实际工程中由于锅炉运行并不总在额定负荷下, 因此锅炉尾气排放量和排放温度都是变化的;在不影响锅炉排烟系统正常运行前提下, 锅炉尾气的可利用余热量是变化的[4]。据此, 本文提出了锅炉尾气动态余热回收系统, 能够动态适应尾气排放参数。

对于燃气锅炉, 在允许余热回收温度较高时, 其余热量不多, 宜用于预热空气或补水加热, 余热回收器可选择热管、传统管式换热器、板式换热器[5]。

为适应可利用余热量的动态变化, 并达到预热量的最大利用, 需设计一种可适应可利用余热量变化的余热回收系统。本文提出使用两次换热的方案, 具体余热回收系统设计方案如图2所示, 其中一次侧作为冷流体载体吸收烟气热量, 而二次侧作为使用末端的加热侧用于适应可利用余热量的变化从而改变二次侧的用途。该系统中一次侧中水泵为变频水泵, 通过水泵的变频, 改变冷流体工质的流量, 而达到余热回收器换热量的改变。

A-锅炉;B-余热回收器;C-变频水泵;D-鼓风机;E-水-气换热器;T-温度传感器;F-流量传感器;PLC-控制器。

4 结论

本文结合可利用余热量与允许余热回收温度, 对余热回收系统设计提出了建议。在传统余热回收系统设计方面, 分允许余热回收温度高于烟气露点温度、低于烟气露点温度两种情况分别对热水锅炉及蒸汽锅炉余热回收系统的余热回收用途及余热回收器的形式做出了建议。

基于锅炉运行并不总在额定负荷下, 在其情况下, 锅炉尾气排放量和排放温度都是变化的, 本文提出的动态余热回收系统, 可以在不影响锅炉排烟系统正常运行前提下, 更好的提高尾气余热利用率。

摘要：论文对余热回收系统的设计做出了工程应用方案。在对燃气锅炉余热回收系统应用讨论中, 分潜热回收及非潜热回收两类, 对余热回收的最终用途及余热回收器的选择进行了分析及建议。针对可利用余热量呈动态变化的现象, 为最大限度利用余热, 创新性地提出了动态余热回收系统, 有助于余热回收系统达最佳余热回收效果。

关键词：燃气锅炉,余热回收,可利用余热量,余热回收系统

参考文献

[1]中华人民共和国国务院新闻办公室.中国的能源状况与政策EB/01.http://www.gov.cn/zwgk/2007-12/26/content_844159.htm, 2007-12-26.

[2]张德义.世界能源消费形势刍议[J].中外能源, 2012, 03:1~11.

[3]Mujeebu, M·Abdul.Development of energy efficient porous medium burners on surface and submerged combustion modes[J].Energy, 2011, 36 (8) :5132~5139.

[4]同济大学.燃气燃烧与应用:第四版[M].北京:中国建筑工业出版社, 2011

[5]梁融.高炉煤气余热锅炉内的传热计算及分析[D].江苏科技大学, 2014.

[6]朱明善.工程热力学:第二版[M].北京:清华大学出版社, 2010.

燃气锅炉余热回收改造 第2篇

摘 要： 复合相变换热技术是一种回收锅炉排烟余热的新型技术，其壁温可控可调，具有防止烟气侧低温腐蚀的突出优势.介绍了宝钢采用该技术回收利用本厂内一台低压锅炉排烟余热生产生活热水的节能项目，该项目于2013年5月投运，至今运行良好.运行结果表明，该复合相变换热器可使锅炉排烟温度由194℃降至138℃，同时获得90℃热水19.1 t·h-1.通过实施该节能项目可回收烟气余热约1 400 kW，年节约标准煤约1 300 t，推进了宝钢节能减排.

关键词： 复合相变换热器； 锅炉排烟； 余热利用； 节能

中图分类号： TK 221 文献标志码： A

Application of compound phase changing heat exchanger technology

in heat recovery from boiler exhaust gas

LI Xiaodong，WANG Yi，WANG Dongyi

（Ministry of Industrial Environment Protection， Baosteel Development Co. ， Ltd. ， Shanghai 201900， China）

Abstract： Compound phase changing heat exchanger technology is an alternative way to recover waste heat from boiler exhaust gas，the wall temperature of which can be adjusted and controlled.And thus low temperature corrosion of flue gas side can be prevented.An energy saving project performed by Baosteel Company was introduced in this paper，which recovered the waste heat from a lowpressure industrial boilers exhaust gas to produce hot water.This project has been put into operation in May，2013.And it ran well.The test results shown that with a FXH heat exchanger，the boiler exhaust gas temperature decreased from 194 ℃ to 138 ℃，and the flow rate of the produced hot water at 90℃ reached 21.4 t/h.As a result，about 1400 kW waste heat could be recovered by this project，which was equal to about 1300 tons per year of standard coal.It makes contributions to the energy saving of Baosteel Company.

Keywords： compound phase changing heat exchanger； boiler exhaust gas； heat recovery； energy saving

宝钢厂区中大量低温烟气余热无法作为生产辅助用能加以利用，同时宝钢周边一些浴室仍使用燃油燃煤锅炉作为职工生活热水热源，因此研究将此工业废热转化为生活用能意义重大.

宝钢热力分厂4号低压锅炉为日本三菱CE34VP-18W水管锅炉，目前在平均燃气（高炉煤气）量为40 000 m3·h-1时，排烟温度保持在194℃左右，排烟温度较高，排烟热损失较大，有很大的余热回收空间.本文采用合同能源管理方式回收余热生产生活热水取代宝钢餐饮公司厂前、月浦、交运、设备仓库、罗泾中厚板等地的浴室锅炉，达到节能降耗、改善环境、降本增效目的.

目前汽水式回收锅炉排烟余热主要应用两种技术，传统的低压省煤器技术和热管技术.对于低压省煤器，当系统排烟温度低时，壁面最低温度会低于酸露点.从实际应用效果看，低压省煤器容易发生低温腐蚀.在壁面温度确定后，尽管可以实现壁温可控可调，但受到进、出水温的限制，调节幅度有限.

热管是敏度极高的换热元件，它是在真空管内液体之间相互传递热量，真空内部热阻小，具有良好的等温性能等特点[1]。而对于热管技术，由于热管生产过程中的制造差异，每根热管不凝性气体的产生比例也不一样的制造特性，容易产生不凝气体，只要部分热管的不凝气体达到许可极限，热管换热器整体换热效率就会下降[2]，加之使用时不能排气和重启，存在长时间使用容易失效、维修更换费用高、经济性差等问题.

为避免上述两种技术带来的问题，研究采用复合相变换热器技术回收锅炉排烟余热.本文以热力分厂4号低压锅炉排烟余热回收利用为例，介绍复合相变换热技术的基本原理、换热器实际运行效果、节能分析等，为回收锅炉排烟余热提供参考.

1 复合相变换热技术简介

1.1 复合相变换热器基本原理

图1为复合相变换热器原理示意图.复合相变换热器在多根并联的密闭管排束构件内利用除盐水相变潜热传递热量，在换热器下部除盐水吸收锅炉烟气余热汽化为饱和蒸汽，饱和蒸汽在一定的压差下沿上升管升至换热器上部汽包内向外界（生活水、锅炉给水）放出热量并凝结成饱和水，饱和水沿下降管回到换热器下部，并再次被烟气加热汽化，往复循环，完成了将热量从高端传向低端的单向导热，饱和蒸汽和饱和水在密闭系统内自然循环.系统由中央控制单元集中控制，使换热器上部冷却速率与换热器下部吸热速率平衡，饱和蒸汽与饱和水自然循环达到平衡，保证壁温保持在设定温度，即调整冷却速率与吸热速率平衡点，在一定范围内调整壁温.

相变换热器中多根并联的密闭管排束构件上的金属壁面整体温度分布均匀，与烟气温度保持“较小梯度温降（温差10～20℃）”，并具备“独立于被加热工质温度”的特殊功能.相变换热器通过“相变段”换热流量的调节，实现对整个设备可能出现的不同最低壁面温度的闭环控制，以保证燃料种类变动引发酸露点变化后，对壁温同步可控可调.在保证设备安全运行的前提下，实现最大幅度回收烟气余热的节能目标.相变换热器是一种用于低温锅炉排烟余热回收的装置，为低温余热利用带来了革命性突破.它灵活地使用了汽化液化相变的强化换热技术，在换热器管内使传热工质处于相变工作状态.其技术核心和创新在于换热器壁温整体可控可调.在充分发挥相变潜热的热传导优势下，灵活配置换热器的不同部分，一方面满足最低壁温高于烟气酸露点的要求；另一方面充分发挥相变传热的高效性，使壁温与排烟温度维持较小的温差.在保证受热面不结露的前提下降低排烟温度，有效地进行降温节能，提高热效率和防腐能力.

1.2 复合相变换热器技术与传统换热器技术在壁温设计上的差异比较 传统换热器的壁温设计是基于换热器两侧介质温度的平均温度作为壁温.为保证最低壁温不低于酸露点，设计排烟温度时要保证壁温在酸露点之上.由此可见，传统换热器壁温是随着进、出口工质的各自温度变化而变化.本文如采用传统换热器进行节能改造则热源条件如图2所示.

图2 传统换热器温度曲线

Fig.2 The temperature curve of the traditional

heat exchanger

复合相变换热器和传统换热器的壁温设计理的同，该技术首次提出将换热器壁面最低温度定义为“第一设计要素”的理念，以及首次提出将对产生烟气低温结露和腐蚀具有关键性影响的最低壁面温度置于“可控可调状态”的创新概念.复合相变换热器的最低壁面温度曲线处于冷、热工质温度曲线之间，且不随进、出口工质的温度变化而变化.复合相变换热器温度曲线如图3所示.由此可见，该技术的核心在于改变了传统换热器壁面温度分布的“函数”因变量特征，并在设计中使其不变的金属壁温始终保持在酸露点以上，在避免出现低温结露和腐蚀的同时，为大幅度回收烟气低温余热提供了可能.

图3 复合相变换热器温度曲线

Fig.3 The temperature curve of FXH heat exchanger

2 复合相变换热器方案设计

本文设计的复合相变换热器布置在锅炉空气预热器出口及引风机进口的一段尾部烟道内，不额外增加新的风机和烟道.该换热器是由几种不同规格的管子组成的箱体式结构，如图4所示，其具体结构分为以下两部分.

（1） 相变下段：主体由约800根32 mm翅片管组成，布置于烟道内部，上部由273 mm无缝钢管引入汽包.相变下段负责吸收空气预热器后的烟气热量.运行时，注入适量除盐水进入相变下段内，除盐水受热蒸发为饱和蒸汽，蒸汽通过273 mm上升管进入汽包.

图4 复合相变换热器结构示意图

Fig.4 Schematic diagram of FXH heat exchanger

（2） 相变上段：相变上段包括汽包、上升管、下降管等.汽包是一种管壳式换热器，筒体由Q235钢板卷制而成，内部布置数百根19 mm不锈钢换热管.汽包内部分为管程和壳程，壳程通过273 mm上升管和57 mm下降管与相变下段相通，壳程介质（除盐水）为相变下段产生的蒸汽，管程介质为生活水.相变下段产生的饱和蒸汽通过273 mm上升管进入汽包，在汽包内通过加热生活水被冷凝为饱和水，冷凝后的饱和水通过57 mm下降管回流至相变下段，完成一个循环过程.

相变下段与相变上段（汽包）壳程组成一个自然循环的封闭系统，换热器系统正常运行过程中除盐水不会有损耗，设备不需进行补水.

3 复合相变换热器的烟气换热管壁温控制方案3.1 酸露点、最低壁温确定

4号低压锅炉主要燃用高炉煤气，掺烧少量焦炉煤气.燃料主要成分如表1所示.

采用荷兰学者Okkes根据实验数据提出的公式[3]，即

tsld=10.880 9+27.6lgPH2O+10.83lgPSO3+

1.06（lgPSO3+2.994 3）2.19

（1）

式中：tsld为烟气酸露点，℃；PH2O为烟气中水蒸气分压，Pa；PSO3为烟气中SO3分压，Pa.

依据煤气成分及燃气掺烧量可以计算出烟气中水蒸气和SO2的体积分数分别为2.087 0%、0.025 0%；SO3的转化率取2%，计算出SO3的体积分数为0.000 5%；烟气压力按98 600 Pa（绝对压力）计算，换算出水蒸气和SO3分压分别为2 060.740 Pa和0.493 Pa；代入式（1）计算出烟气酸露点估算值为108.3℃.根据酸露点可以确定换热器壁面温、排烟温度.复合相变换热器温度设计控制示意图如图5所示.

图5 复合相变换热器温度设计控制示意图

Fig.5 Schematic diagram temperature control for FXH

heat exchanger

3.2 PID控制策略

通过PLC控制系统实时监测目标壁温（PV），将PV和设定壁温（SV）输入PID运算器，输出0～100%阀门开度信号，控制电子式调节阀，从而调节进水流量，改变壁面温度，建立一个PID闭环控制回路.烟气换热管壁温控制逻辑示意图如图6所示，其中：TE为温度测点；M为电动执行机构；SL为最低温度.

图6 复合相变换热器中烟气换热管壁温控制逻辑示意图

Fig.6 Control logic for flue gas heat transfer tube wall temperature in FXH heat exchanger

4 项目实际运行效果及节能效益分析4.1 主要运行参数

复合相变换热器安装后经过2个月试运行，换热器运行参数如表2所示.

4.2 节能效益计算

出口烟气温度以194℃计，复合相变换热器后尾部排烟温度为138℃，回收热量

Q=VgρgCpgΔTφ3 600

（2）

式中：Vg为烟气流量，Nm3·h-1；ρg为烟气密度，取为1.448 kg·Nm-3；Cpg为烟气比热，取为1.003 kJ·kg-1·℃-1；ΔT为复合相变换热器前、后烟气温差，℃；φ为设备保热系数，取为0.95.

节能量等效标煤量

Gc=3 594.8QHRQp·1 000η

（3）

式中：HR为设备运行小时数，此处为7 200 h；Qp为标煤的发热量，kJ·kg-1.

烟气侧阻力增加134 Pa，引风机增加能耗

Py=Δhy·Vg3 600ηy

（4）

式中：Δhy为烟气增加阻力，Pa；ηy为引风机效率，取为75%.

水泵增加能耗

Pb=qvgHηb

（5）

式中：qv为加热水量，t·h-1；H为水泵扬程，m；ηb为水泵效率，取为75%；g为重力加速度，m·s-2.

增加的年总耗电量

E=（Py+Pb）·HR

（6）

项目年综合节能量如表3所示.

表3 项目年综合节能量计算表

Tab.3 Annual amount of energy saving

本项目运行三年来，复合相变换热器运行平稳，换热装置最大生产90 ℃热水流量达到22 t·h-1，排烟温度基本上可以控制在130 ℃左右.受热面最低壁面温度可达115 ℃；换热器受热面没有结露、腐蚀、积灰现象，设备本体故障率为零.该项目完全替代了五个区域热水锅炉，基本实现了预期目标.

5 结 语

复合相变换热器适用于冶金行业燃用煤气锅炉排烟余热利用节能改造，与传统换热器相比其换热器壁温均匀易于控制，有效地克服了低温腐蚀，换热性能好、运行稳定，可以回收烟气余热以取代燃油燃煤锅炉为职工提供生活热水，为回收利用冶金行业的工业废热提供了新的路径.

参考文献：

[1] 王炎.复合相变换热器技术与装置[J]，上海节能，2008（2）：21-24.

[2] 张海云，严海鹰.超导热管在锅炉烟气余热中回收中的应用[J].中州煤炭，2010（9）：98-99.

锅炉烟气余热回收利用分析 第3篇

正是因为降低排烟温度和低温腐蚀是一个矛盾的难题, 所以锅炉的设计排烟温度一般在130℃以上, 而实际运行时的排烟温度更是居高不下, 通过烟筒向大气白白浪费了大量宝贵的能源。如果将这一部分浪费的能源安全的回收回来, 必然会给企业带来稳定的额外收入。

但是如何在解决低温腐蚀的基础上降低锅炉排烟温度, 安全的回收该部分余热, 需要一项成熟的、可靠的、先进的实用技术, 并且必须是一项已经得到了时间及实践验证是可行性的实用技术。本文将“双循环壁温可调式余热回收装置”技术结合本厂锅炉的现场实际情况, 做一个系统的、全面的描述。

一、技术介绍和创新内容

余热回收装置烟气受热面的壁面温度高于烟气酸露点5℃-10℃, 并且当锅炉负荷、煤种等发生变化时, 余热回收装置烟气受热面的壁面温度能够调节并实现自动控制, 使其始终高于烟气酸露点。

以余热回收装置烟气受热面的壁面温度可调可控作为设计的最基本参数, 使余热回收装置换热器内的媒质温度始终保持恒定, 并且能够通过调整吸热与放热量来调节受热面的壁面温度和锅炉的排烟温度, 以适应锅炉负荷或燃用煤种的变化。

相对于其他的换热设备而言, 该余热回收装置在设计思路上首先考虑的是通过一个内循环将烟道中的热量带到烟道外面来, 在烟道外面布置一个冷凝段来加热。这样, 既可以便于控制内循环中与烟气接触换热的金属表面壁温, 又避免了冷的工质进入烟道内加热带来的隐患 (比如因焊缝质量不佳或磨损造成破管引起泄漏) 。余热回收装置将换热部分分成“内循环”和“外循环”两个部分, “内循环”又分为“吸热段”和“冷凝段”两个独立的部分并相互联通, 组成一个整体换热装置。因为“吸热段”的换热原件相互联通, 使其内部传热媒质处于同一密闭腔体内。在装置工作时, 传热媒质处于汽水共沸的状况, 各换热原件内具有相同的饱和蒸汽压力。因此, 腔体内传热媒质具有大致相同的饱和温度。

由传热学的基本原理得知:腔体内处于沸腾状况下传热媒质的传热系数远远大于管外壁烟气的传热系数, 所以“吸热段”管壁不但具有大致相同的壁温, 而且其数值近似等于腔体内部媒质的饱和温度。所以, 只要控制“冷凝段”的换热量, 就可以控制“吸热段”腔体内的饱和蒸汽压力, 也就控制了“吸热段”的壁面温度。这样, 我们就可以通过调控“冷凝段”的换热量来调节控制“吸热段”的壁面温度, 并使其始终处于烟气酸露点以上, 从根本上解决了低温腐蚀问题。

一是可使燃煤锅炉排烟温度稳定降低至110℃左右 (依酸露点而定, 保证始终高于酸露点并有一个合适的温度) ;二是在降低排烟温度的同时, 从根本上避免了结露腐蚀和堵灰, 大幅度降低设备的维护成本;三是通过全新的技术彻底解决低温腐蚀问题, 安全稳定并大幅度地降低排烟温度, 产生可观的经济效益。

二、锅炉烟气余热回收设计方案

采用“双循环壁温可调式余热回收”技术, 设计烟道内改造总体方案。吸热段布置引风机之后的烟道内, 换热元件———翅片管水平布置 (对避免积灰、堵灰极其重要) , 控制吸热段最低壁温不低于100℃, 烟气温度从150℃降至115℃左右, 回收烟气余热加热低压除氧器补水, 温度可以升至85℃左右。系统烟气增加阻力300Pa以内 (根据现场安装位置而定) 。

上述改造方案, 是在引风机之后的烟道上加装余热回收装置, “吸热段”控制壁温高于烟气酸露点并留有足够的余量, 从而保证换热器不结露、不积灰、不腐蚀。通过优化设计, 可以根据用户现场的实际情况, 将增加的烟气阻力降低得更小, 以适应现有的引风机。在排烟温度下降后, 烟气的体积会减小很多, 密度变大, 增大了风机的效率, 并且有利于减少烟气阻力, 因此在实际运行中, 增加的烟气阻力远没有设计值大, 详见表1。

设计方案均易于实施, 在尾部烟道增加的设备不触及锅炉本体, 设备投用后不会影响锅炉的正常运行参数。

三、锅炉烟气余热回收成效预想

1. 每小时从烟气中回收的热量

对于220t/h燃气锅炉而言, 原系统排烟温度为150℃, 改造后换热器尾部排烟温度为110℃, 此区间烟气降温幅度为40℃, 回收的热量为5802k W。

2. 回收的热量可加热除盐水的量

220t/h锅炉烟气余热可加热的除盐水量Gw=90.4t/h。

3. 每天回收的热量Gc

对于220t/h锅炉而言, 每天回收的热量Gc=501.3 (t/h) 。

4. 节煤效益

在节煤效益方面, 不同节能回收期的节煤量, 见表2。

三、锅炉烟气余热回收利用中注意的问题

1.9#炉烟气余热回收装置的回水是直接进入2#低压除氧器, 因此2#低除要加强监视, 及时调整, 确保回收的热量得到足额利用。如果2#低压除氧器需要停运, 一定要提前通知锅炉运行人员, 将回收装置退出运行。

2.在余热回收装置运行时, 进水总门和回水去除氧器门不要随意操作, 防止误关。

3.余热回收装置自控柜电源取自8、9#炉前的“锅炉八米动力中心”, 要防止停电。

4.余热回收装置进水取自5米管道层的“除盐水去除氧器母管”, 在系统运行时不能停水, 防止进水中断后存水不流通、自生沸腾、造成水击、损坏设备。

5.余热回收装置配有激波吹灰器, 工作气源是压缩空气, 取自锅炉8米层9#炉后压缩空气管。为了保证及时、彻底清灰, 压缩空气压力不能低于0.3MPa (低于0.2MPa会自动报警) , 更要防止气源中断。

燃气锅炉余热回收改造 第4篇

某厂燃气锅炉房于2005年初建成，并于当年5月投入运行，主要供应该厂生产用和厂区采暖热交换站用饱和蒸汽。总装机WNS20—1.6—Y (Q)型锅炉四台套，额定蒸汽负荷为20T/H·台，总产汽能力80吨/小时。每台锅炉配备一台省煤器，属承压设备，其材质是20号锅炉钢，防腐蚀性能不理想，且经过热力除氧后的水温高达104℃，再经过省煤器热交换后进锅炉，出水温度只提高10℃左右，燃气锅炉高温排烟仅从235℃左右下降15℃左右，仍有220℃左右的大量高温排烟热能浪费，省煤器效率较低。

2 改进措施及应用

通过改变原有的闭式上水系统为开式系统，并制作一种冷凝型均匀换热常压节能器，替换原省煤器。

一种冷凝型均匀换热常压节能器运用以下技术可以实现均匀换热：同一换热盘管的进、出水口对角设置，该换热盘管将覆盖均匀换热节能器的整个截面，延长了换热盘管的管程、增加了换热水在盘管中的流动时间，从而使通过节能器的烟气与每一换热盘管充分换热。换热盘管组有多组，各换热盘管组的换热盘管在纵向上水平交替设置且在横向上交错设置，使得烟道内烟气流经上下交错排列的换热盘管时，烟气扰动，呈“S”形流出，增加烟气在节能器内的滞留时间，均匀和换热盘管组进行换热，进一步防止了节能器排出烟气一侧和另一侧的冷热不均匀，延长了烟气与换热水的换热时间，使烟气与换热水更充分地换热。

利用烟道内压力与凝结水水柱产生的压力和等于大气压力的原理，制作一凝结水收集器和U型液封排水器，实现凝结水自动排放。

为了防止排烟温度过低而影响锅炉正常排烟，通过温度传感器检测排烟温度，与设定温度比较，控制节能器进水量，从而将排烟温度控制在设定温度范围内。

这样，避免由于高压带来的安全隐患，又能够实现均匀换热、还能有效解决自动排放冷凝水，防止凝结水倒流入锅炉本体而产生腐蚀。

3 一种燃气锅炉高温排烟余热回收节能技术应用节能核算

按锅炉额定负荷核算，一种燃气锅炉高温排烟余热回收节能技术应用后，锅炉高温排烟从220℃下降到110℃保守计算。

该厂燃气锅炉共4台，额定蒸汽负荷为20T/H·台，锅炉排烟量为37000m3/H(我们用比托管实际测试风量)，烟气在220℃和110℃的密度取平均值为0.9kg/m3，烟气在220℃和110℃的焓值分别为：180.4 KJ/kg, 91.5 KJ/kg。

烟气放热量可用下公式计算：Q烟=qm烟(hi进-hi出)

式中：Q烟———为烟气放热量，KW;qm烟———为烟气质量流量，8.26kg/s;hi进，hi出———分别为烟气进、出口的比焓，180.4 KJ/kg、91.5 KJ/kg;

Q烟=qm (hi进烟—hi出烟)

20T/H软化水温升Δt可用下式计算：Q烟=qm水×Cp水×Δt

式中：Q烟———为烟气放热量，822.325KW;qm水——为软化水质量流量，5.56kg/s;

Cp水———为软化水的比热容，4.2KJ/(kg·℃);Δt———为软化水进、出节能器的温差℃;

Δt=(qm水×Cp水)÷Q烟=822.325KW/H÷(5.56kg/s×4.2KJ/kg·℃) =35.2℃

1.1barg压力下饱和蒸汽的焓值为2780.400KJ/Kg，一吨蒸汽的能量为2780.400KJ/Kg×1000×0.24KCal/KJ÷860KCal/KW≈0.7MW;

822.325 k W的能量相当于(822325÷700000)≈1.17吨蒸汽的能量，则：锅炉在额定负荷下可节约天然气：(822325÷700000)×70=82.2 m3/H

该燃气锅炉天然气额定消耗约为：80Nm3/吨汽，锅炉额定负荷下实际耗天然气量为1600Nm3，因此，一种燃气锅炉高温排烟余热回收节能技术应用后，天然气消耗可下降：82.2÷1600=5.1%。

4 一种燃气锅炉高温排烟余热回收节能技术应用效果

表1是一种燃气锅炉高温排烟余热回收节能技术在该厂3号锅炉应用后，2008年11月20日锅炉运行时统计的一组数据(省煤器出口旁通截止阀关闭，省煤器专用泵旁通泄压阀全开)。

原锅炉省煤器属承压设备，且进水温高达104℃，经过换热后，出水温度只提高10℃左右，省煤器效率较低;一种燃气锅炉高温排烟余热回收节能技术应用后，冷凝型均匀换热常压节能器为常压设备，且进水温度在14℃左右，经过换热后，出水温可提高至60℃以上，节能器效率提高，有效节约燃气能源。锅炉实际运行时，及时调控节能器排烟口温度。

从表1可以看出，3号锅炉用水从14℃最低升高了49℃，最高升高了66℃，锅炉燃气消耗下降5.1%以上。

08年11月，燃气锅炉高温排烟余热回收节能技术应用后，三号锅炉气汽比(即：产生1吨蒸汽消耗的天然气，简称气汽比(吨/Nm3))为52.7。07年同期，燃气锅炉高温排烟余热回收节能技术未应用时，三号锅炉气汽比为63.5。见表2。气汽比下降了10.8，节能效果显著。

5结语

一种燃气锅炉高温排烟余热回收节能技术应用后，锅炉排烟仍有110℃左右，还有较大的余热回收空间。为了最大可能地利用高温排烟热能，仍需在以下几个方面进一步改进：一是在该技术的基础上，实现锅炉进风和高温排烟进行热交换，提高进风温度，降低排烟温度，节约天燃气能耗;二是在前述的基础上，将烟温降至110℃以下，充分利用排烟冷凝水潜热，更加有效利用排烟热能，但需增设引风机辅助排烟;

另外，锅炉除氧水泵原设置为常温水泵，由于节能利用后，除氧水泵进水温度提高至66℃以上，所以需要对除氧水泵更换为热水水泵。

参考文献

[1]章熙民主编.传热学 (第三版[M]) .北京:中国建筑工业出版社, 1993.

[2]车得福主编.冷凝式锅炉及其系统 (第一版) [J].北京:机械工业出版社, 2002.

燃气锅炉余热回收改造 第5篇

关键词：超导热管,锅炉烟气余热回收,节能

1 河南煤矿在用锅炉运行状况

工业锅炉是煤矿重要的热能设备, 产生的蒸汽或热水主要用于井口保温、浴池和生产生活供暖等。煤矿使用的锅炉中2, 4, 6, 10 t/h的燃煤工业锅炉占95%以上, 锅炉消耗的能量占矿井生产总能耗的40%左右, 是煤矿主要耗能设备, 其运行效率的高低直接影响到煤矿生产能耗的高低。

河南省煤矿生产矿井使用锅炉大部分为20世纪90年代产品, 属燃煤链条炉, 由于使用年限长, 运行热效率大多在50%～60%, 远远低于锅炉设计热效率72%～80%, 这些锅炉耗煤量大, 漏水、漏灰污染环境。2009—2010年, 一些煤矿对锅炉的给煤装置、燃烧系统、锅炉辅机和控制系统进行了节能改造。经测试, 改造后锅炉的热效率均有所提高, 但由于未对锅炉尾部烟气系统进行改造, 实际运行中平均排烟温度在165 ℃左右, 排烟温度较高, 造成排烟热损失较大, 影响了锅炉热效率。

为了有效利用锅炉烟气余热降低排烟温度, 一般锅炉都安装了省煤器, 用来预热锅炉给水, 但是这些传统的省煤器传热系数低, 结构复杂, 容易堵灰, 清理起来比较困难, 烟气的余热回收率较低。所以应用一种新型、高效、安全的余热回收装置——超导热管锅炉烟气余热回收装置来替代传统省煤器, 回收烟气余热, 降低排烟温度, 就成为降低排烟损失的关键。

2 超导热管烟气余热回收装置工作原理

超导热管式锅炉余热回收装置工作时, 烟气流经余热回收装置冲刷热管下端, 热管吸热后将热量传至上端, 热管上端放热将水加热。软化水经余热回收装置进水口进入余热回收装置的受热面内, 经余热回收装置升温后, 由出水口送至软化水池供锅炉补水所需。其流程如图1所示。

3 超导热管烟气余热回收装置创新点

(1) 用无机热超导材料制成的超导热管, 传热效率特别高, 其轴向传热原理是热超导材料的微粒子受热激发后以高速运动的特定方式进行传热, 其传热速率远大于同样大小的金属和常规热管 (其当量导热系数是纯银的3万多倍) , 传热速率可接近光速, 其轴向传热能力可达8.8×103 kW/m2, 径向传热能力可达45 kW/m2。

(2) 气水型换热装置采用翅片超导热管作为换热元件, 烟气侧管壁外缠绕翅片, 增大了受热面积, 提高了热效率。上部采用光管, 水箱部分采用折流板, 能适当增加水的流速, 调整各排管的热量吸收。

(3) 整体换热形式采用逆流, 工况下风速控制在12 m/s以下, 在尽量减小磨损的情况下, 提高风速, 能达到提高换热效率及吹灰的目的。

(4) 热管管壁温度可以调节, 可通过适当的热流变换把热管管壁温度调至低温流体的露点以上, 从而可防止露点腐蚀, 保证设备的长期运行。

(5) 热管导热时产生共振, 不产生污垢, 降低了通风阻力。

(6) 装置下部设灰斗, 使用过程中可根据实际情况定期除灰, 除灰可采用高压空气吹扫或热水冲洗。

4 节能效果理论分析

以1台4 t/h锅炉安装超导热管式锅炉烟气余热回收装置为例, 对其节能效果进行理论分析。

当1台4 t/h的锅炉燃烧发热量为18.8 MJ/kg的煤, 运行负荷在90%、热效率为70%时, 产生0.8 MPa的饱和蒸汽所消耗的原煤量为756.7 kg/h (折合成标煤, 为486.48 kg/h) 。根据经验数据, 1 kg煤产生8.5～10.5 m3的烟气量, 锅炉产生的烟气量为7 188.65 m3/h (取9.5 m3/kg) 。烟气按标准烟气计算, 即以水蒸气容积份额为0.11、二氧化碳容积份额为0.13的烟气为平均成分烟气 (工业锅炉设计计算标准方法) , 排烟温度由210 ℃下降到140 ℃时, 产生烟气总热量为696 235 kJ/h (即193.4 kW/h) 。考虑烟气侧热损失3%, 冷侧热损失3%, 水侧实际获得热量655 088 kJ/h, 它可将3.6 t/h的水加热温度升高43.47 ℃, 即给水温度可由20 ℃提高到63.47 ℃。回收热量折合标煤量为22.38 kg/h。节能率为4.6%。

通过理论分析可以看出, 应用超导热管式锅炉烟气余热回收装置后, 烟气中的热量将被该装置的超导热管吸收, 传递给锅炉给水, 使锅炉给水温度提高, 减少锅炉内部加热给水的热量。同时降低排烟温度, 减少了排烟热损失, 从而提高锅炉热效率, 经计算可取得的节标煤量为22.38 kg/h, 节能率可达4.6%。另外, 由于锅炉补水一直在装置与软化水池间循环, 循环水量大于补水量, 故正常运行一段时间后软化水池的水温将比理论值大, 一般在70～90 ℃, 节能率也将比理论分析值大一些。

5 锅炉节能改造应用实例

5.1 改造概况

对平顶山某矿区内1台4 t/h锅炉进行了改造, 该锅炉型号为DZL4-1.25-A, 额定蒸汽压力1.25 MPa, 额定蒸汽温度193 ℃。辅机参数:①引风机。型号为GY4-18, 电机型号为Y180L-4B3, P=3 960 Pa, Q=13 000 m3/h, N=22 kW。②鼓风机。鼓风机型号为GG4-12, 电机型号Y132S2-2, P=2 740 Pa, Q=6 000 m3/h, N=7.5 kW。③电动给水泵。型号为DG6-25×7, 电机型号Y132S2-2, H=175 m, Q=6.3 m3/h, N=7.5 kW。改造前, 尾部烟道安装1台铸铁省煤器, 换热面积为54.5 m2。但是长期以来, 运行效果较差, 经常出现裂管和堵灰, 易积灰且不易清理, 省煤器管内结垢严重, 换热效果较差, 省煤器后排烟温度仍为175.3 ℃, 造成了很大的热量损失。故决定对此台锅炉尾部烟道进行节能改造。

改造方案:在原有锅炉供热、烟气、供水系统不变的情况下, 将原有省煤器取下, 用超导热管式锅炉烟气余热回收装置替代, 直接与烟道连接, 锅炉给水由原省煤器给水泵从软化水池中供水。其技术参数见表1。

5.2 实际节能效果

安装超导热管锅炉烟气余热回收装置后, 由于超导热管的高效传热性和装置的连续换热性, 使软化池中的水循环加热, 充分吸收了烟气中的热量, 降低了排烟温度和排烟热损失, 提高了入炉水温, 减少了锅炉内部水循环加热需要的热量, 从而减少了燃料的消耗量。由于连续性的补水提高了锅炉产气量, 进一步提高了锅炉热效率。改造后, 排烟温度由175.3 ℃降低到141.6 ℃, 排烟温差由改造前的30.1 ℃增加到了63.1 ℃, 锅炉入炉水温度由51.3 ℃提高到了75.6 ℃, 水温差由原来的32.7 ℃提高到了56.4 ℃, 锅炉的产汽量比改造前提高了0.44 t/h, 热效率提高了4.22%。改造前后的测试结果对比见表2。

计算得, 节煤率为6.0%。

该锅炉年平均运行3 000 h, 需消耗原煤量约为1 900 t, 年节约原煤量114 t, 折标煤73.91 t (原煤发热量19 MJ/kg) 。通过实际采集的数据和相关指标计算可以看出, 装置节能效果较好, 年节标煤量达到了73.91 t, 节能率达到6%。

原煤价格按600元/t, 电价按0.5元/kWh, 年节能效益6.84万元, 该设备制造和安装费用按8万元计, 14个月可收回成本。

从该装置的实际应用可以看出, 装置的节能效果略高于理论计算, 如果对于没有安装省煤器的锅炉进行改造, 节能效果更好。该装置的回收期较短, 具有良好的经济效益。另外, 该余热回收装置安装后, 对烟气及悬浮物、颗粒物也有一定的净化效果。热管启动时产生自振, 能抖掉部分积灰。热管翅片采用高频焊接, 可承受高压冲洗。该装置的侧门可拆卸, 热管每隔数排留有一定间隙, 方便用高压水枪冲洗。底部留有大口径排污口, 方便排污。日常维护简单, 只需定期检查换热器烟道工作情况即可。

6 结语

稠油热采注汽锅炉烟气余热回收利用 第6篇

油田注汽锅炉是稠油热采的专用设备, 也是稠油开发的主要耗能设备, 随着国家大力推行节能减排政策, 进一步提高其效率十分必要。注汽锅炉的热损失主要为排烟热损失, 排烟温度一般在200℃左右, 由于注汽锅炉的特殊性, 增加本体受热面来降低排烟温度没有经济性, 因此如何有效利用烟气余热成为提高注汽锅炉热效率的关键。

以往新疆油田主要利用烟气余热预热注汽锅炉给水, 取得了较好节能的效果, 近年来随着油田污水回用注汽锅炉, 受柱塞泵给水温度 (≤65℃) 要求的限制, 这种余热利用方式已无法继续使用。

新疆油田注汽锅炉通常采用半露天布置, 为保证冬季 (-24℃) 锅炉正常运行, 需消耗注汽锅炉所产蒸汽来加热锅炉燃烧所用空气, 造成锅炉损失部分出力。而利用烟气的余热来加热燃烧空气, 不仅可减少排烟热损失, 还可增加锅炉有效出力, 可谓一举两得。

1 SGR-IIK热管换热器概述

由于常用的管式空气预热器传热效率较低, 体积较大, 若采用传统管式空气预热器, 需对注汽站进行较大的改动。为此新疆油田与上海晟煜科贸有限公司合作开发了SGR-IIK型热管换热器 (见图1) 。

SGR-IIK热管空气换热器采用的热管为重力热管, 热管倾斜10°左右布置, 与普通热管不同之处是重力热管管内没有吸液芯, 靠热管内工质重力工作。所以和普通热管相比较, 具有结构简单、制造方便、成本低廉, 传热性能优良、工作可靠等特点。因此, 在各类传热设备中得到广泛应用。利用热管传热元件制作的热管式空气换热器是一种新型的换热器, 具有传统换热器无可比拟的优点。它可以通过调整热管元件蒸发段和冷凝段外表扩张传热面的大小等手段来调节管壁温度, 设计中考虑酸露点温度120℃, 使之运行高于烟气露点或避开最大腐蚀区, 对防止锅炉尾部的低温腐蚀、积堵灰非常有效;烟气侧与空气侧之间用隔板通过密封环隔开, 不漏风;中间固定, 两端可以自由膨胀, 此外还具有磨损轻、维护量少、寿命长等特点。

2 工程实例

2007年10月, 在新疆油田公司26#注汽站一台注汽锅炉对流段出口增设了SGR-IIK热管空气换热器进行实验, 注汽锅炉型号为YZG-22.5/9.5-G1, 该注汽锅炉以天然气为燃料, 额定出力为22.5t, 其注汽温度为307℃, 额定蒸汽压力为9.5MPa, 设计热效率为85%。烟气余热回收设备投产后, 经西北节能监测中心监测。

2.1 工艺流程

系统安装如图2所示。

热管空气换热器安装在注汽锅炉对流段上部, 上接烟囱。由鼓风机将环境空气增压送入空气换热器热管冷端, 经预热后的空气由风道送入注汽锅炉燃烧器进风口;锅炉燃烧生成的烟气经注汽锅炉对流段后, 横向冲刷空气换热器热管热端, 烟温下降后排入大气。

2.2 主要设备参数

(1) SGR-IIK热管空气换热器。

SGR-IIK热管空气换热器的技术参数为:烟气流量20000m3/h;空气流量15500～20000m3/h;烟气进口温度180℃;空气进口温度10℃;烟温下降30～40℃;空气温升40～50℃;烟气侧阻力150Pa;空气侧阻力100Pa;回收热量350kW。

(2) 鼓风机。

选取T4-72 8D型右90°鼓风机, 配套功率5.5kW, 转速960r/min, 风量16444～17972m3/h, 风压728～715Pa。

(3) 系统设计。

风道采用δ=4mm钢板制造, 风道尺寸为800mm×800mm。由于热空气从空气换热器被输送至锅炉燃烧器有大约25m距离, 为减少热空气热量散失, 便于锅炉检修, 又能达到良好的视觉效果, 将风道敷设于地沟内, 并用δ=30mm硅酸盐毡保温, 外包δ=0.5mm镀锌铁皮作保护层。鼓风机置于锅炉尾部。

(4) 风量调节。

在热风道入户处预留有冷空气吸入口, 并设有两个钢制蝶阀, 如图3所示。

可根据锅炉运行负荷调节风量, 也可在夏季直接吸入室外空气, 满足锅炉燃烧条件。鼓风机启停控制与锅炉燃烧器联锁, 受程序控制。

3 运行效果及节能效益分析

为掌握烟气回收利用的实际效果, 委托中国石油天然气集团公司西北节能监测中心, 对SGR-IIK热管空气换热器的使用效果进行检测, 实测注汽锅炉出力为18.494t/h, 蒸汽压力 (表压) 为4.0MPa, 蒸汽温度为250℃, 排烟处过量空气系数为1.303。表1为改造前后主要测试数据对比情况。从测试报告数据看, 采用SGR-IIK型空气换热器进行烟气余热回收后, 油田注汽锅炉空气温度上升了49.8℃, 烟温下降了40℃左右, 锅炉热效率提高2%左右。

以往采用蒸汽预热燃烧空气, 每台锅炉需消耗蒸汽量为650kg/h, 按蒸汽价格88元/t, 则通过利用烟气余热, 每年 (按180天计算) 可节约成本:180×24×0.65×88=24.71万元。每台SGR-IIK热管换热器设备及管线投资和安装费用共计27.8万元;资金回收期为1.1年。

按新疆油田近200台注汽锅炉采用该方案进行节能改造计算, 每年可节约成本4942万元。

4 结论

(1) 利用烟气余热、降低排烟温度是提高注汽锅炉热效率的一项主要措施。采用SGR-IIK型热管空气换热器, 利用烟气的余热对锅炉燃烧所用的空气进行加热, 减少排烟热损, 冬季运行时锅炉热效率提高了2%。节能效果已经得到证实。

(2) 以天然气为燃料的注汽锅炉, 利用烟气的余热对锅炉燃烧所用的空气进行加热, 工艺简单、投资少、易于实现。但燃烧渣油等其他燃料的锅炉烟气灰分高、尾部受热面积灰快, 必须采取积极措施, 防止硫附着管壁对其腐蚀, 这样才能达到预期效果。

参考文献

[1]方彬, 等.锅炉和窖炉节能热管换热器[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 1985.

[2]冯俊凯, 等.锅炉原理及计算[M].北京:科学出版社, 1992.

[3]钱正斌, 等.稠油热采注汽锅炉烟气余热利用设想[J].节能技术, 1998, (6) :14-15.

[4]余兰, 宋兴海.燃油注汽锅炉烟气余热回收技术[J].节能技术.2005, (1) :85-86.

热管技术在锅炉余热回收中的应用 第7篇

节能减排是建设“两型”社会的要求, 也是企业发展的必然。我公司为钨湿法冶炼企业, 年消耗标准煤一万吨以上。生产主要环节如加温浸出、硫化与APT结晶工序均需要大量的热能, 能源消耗主要为烟煤。热能供应系统主要由一台蒸汽锅炉及一台燃煤有机热载体锅炉组成。两台锅炉均配备了空气预热器, 改造前空气预热器后的烟气温度达到200℃ 以上。为减少煤耗, 降低单位产品能耗, 促进节能减排, 针对公司能源消耗结构, 我们重点探索了锅炉烟气余热的综合回收利用节能措施。

1 方案与实施

1. 1 热管的工作原理

热管的工作原理就是利用蒸发制冷, 使热管两端形成大温差, 从而使热量快速传导[1]。热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部被抽成负压状态, 充入适当的液体, 这种液体沸点低, 容易挥发。热管一段为蒸发端, 另一段为冷凝端, 当热管一段受热时, 吸液芯的毛细管中的液体迅速蒸发, 蒸汽在微小的压力差下流向另外一端, 并且释放出热量, 重新凝结成液体, 液体再沿多孔材料靠毛细管力的作用流回蒸发段, 如此循环不止, 热量由热管一端传至另外一端[2]。热管的正常工作过程是由液体的蒸发、蒸汽的流动、蒸汽的凝结和凝结液的回流组成的闭合循环 ( 见图1) 。热管采用了液- 气- 液的相变传热, 具有极高的传热效率, 导热系数极高, 比银、铜、铝等金属热导体高出几个数量级。有关资料表明一根直径为20 mm的铜—水热管, 其导热能力是同直径紫铜棒的1 500 倍[3]。

1. 2 改造前锅炉给水与烟气系统配置

公司的生产需要大量的热能, 热能介质为蒸汽与导热油两种, 分别由一台蒸汽锅炉 ( 型号:SZL10 - 1. 25 - WIIAI) 及一台燃煤有机热载体锅炉 ( 型号: YLL - 9500 ( 800) A) 供应, 两台锅炉均为24 h运行。蒸汽锅炉系统原设计没有省煤器, 两台锅炉均配备空气预热器, 锅炉送风温度均可达140℃ 以上, 蒸汽锅炉空气预热器前的烟气温度约260℃ , 燃煤有机热载体锅炉空气预热器后的烟气温度达到240℃, 改造前锅炉给水与烟气系统如图2。由于公司生产能力不断扩大, 对蒸汽的需求也不断增加, 但对锅炉系统的改造却受多种因素的制约不能立即实施。在现有条件下提高锅炉热效率[4], 提升锅炉出力保证生产需求变得迫在眉睫。

1. 3 方案设计与实施

众所周知, 根据锅炉热效率的反平衡法, 热效率η = 100% - ( q2+ q3+ q4+ q5+ q6) 式中q2是排烟热损失。这是锅炉的一项主要热损失 ( 占到总损失的90% 以上) 。排烟温度越高, 排烟热损失就越大, 有资料表明一般排烟温度每升高12 ~ 15℃, 排烟热损失就将增加1%[5]。余热利用设计方案过程中我们认真分析了管壳式空气预热器、热管式空气预热器[6]、热管式省煤器[7]等换热器的使用效果, 将热管式省煤器1#替代蒸汽锅炉的空气预热器, 变加热空气为加热水; 在燃煤有机热载体锅炉的空气预热器后增加热管换热装置2#加热水, 使两台锅炉的最终排烟温度控制在120 ~ 140℃ 左右。1#热管换热装置加热的水直接供蒸汽锅炉, 2#热管换热装置产生的热水通过自动三通阀门控制可以供车间生产工序用热水, 也可作为1#热管换热装置的供水, 以便通过二次加热方式提高锅炉给水温度。余热回收利用系统见图3。

热管换热装置的热管采用独立的普通型碳钢—水热管[8], 热管规格为 φ22, 错位布置设计。考虑烟气侧积灰, 在烟气侧热管加装吹灰压缩空气管, 定期吹灰。经测试, 热管换热装置风压损失约为280 Pa, 有机热载体锅炉的引风机的风压余有较大富余, 增加该装置后不会对该锅炉的炉膛负压造成影响, 也不会对现有锅炉设备经济安全运行带来不良影响。蒸汽锅炉的引风机偏小, 通过更换引风机后解决风压不足问题。

2 效果与分析

2. 1 改造后的效果

改造后锅炉系统运行平稳, 最直观的效果就是蒸汽锅炉的蒸汽产量大了。通过检测仪表显示, 原来蒸汽锅炉的产汽量只有6 ~ 7 t/h, 通过余热回收后蒸汽锅炉的产汽量基本上达9 t/h。热管换热装置回收的热量可提高水温约60℃, 二次加热后给水温度高于95℃, 且给水量能保证锅炉需求。

热效率测试数据显示两台锅炉改造后较改造前提高了10% ~ 15% 。

2. 2 效果分析

现场测试仪表显示热管热交换装置进出口的烟气温度分别为220℃ 及140℃。热管换热装置的热效率达90% , 我们据此进行节能效果分析计算。

换热节能回收的主要热能为锅炉烟气带走的热量, 主要包括干烟气带走的热量、烟气中水蒸气带走的热量、过量空气带走的热量和飞灰带走的热量四个部分。

式中 ΔIpy———锅炉烟气带走的热量;

ΔIgpy———干烟气带走的热量;

ΔISpy———烟气中水蒸气带走的热量;

ΔIpygk———烟气中过量空气带走的热量;

ΔIfhpy———烟气中飞灰带走的热量。

不同气体与飞灰在不同温度下的焓见表1[9]。

据煤分析结果, 发热量QY为20 934 k J/kg, CY58% , SY2% , HY1. 5% , AY30% , WY3. 6% , NY1. 1% , OY4. 8%

( 1) 回收干烟气带走的热量 ΔIgpy

主要指RO2与N2, 其他成分在烟气中的含量小, 忽略其影响。

理论完全燃烧空气需要量VK0 ( m3/ kg)

( 2) 回收烟气中水蒸气带走的热量 ΔISpy

( 3) 回收过量空气带走的热量 ΔIpygk

空气过量系数 α 根据蒸汽锅炉的实际蒸发量、鼓风量与相关资料, α = 1. 7

( 4) 回收飞灰带走的热量 ΔIpyfh

( 其中afh为链条锅炉飞灰的系数, 参考有关资料afh= 0. 2)

综上: ΔIpy= ΔIgpy+ ΔISpy+ ΔIpygk+ ΔIpyfh= 1 073k J / kg

( 5) 余热回收的水加热效果

有机热载体锅炉热交换装置可回收的热量为:1 073 k J / kg, 按有机热载体锅炉用煤量25 t / 日计算, 则每天可回收的热量为:

1 073 × 25 000 = 26 825 000 k J

每天加热的水量110 t, 则可提高水温:

26 825 000 ÷ 110 000 ÷ 4. 18 = 58℃

蒸汽锅炉余热热交换装置可回收的热量为:Q = 1 073 k J / kg, 燃煤蒸汽锅炉用煤量30 t / 日计算, 则每天可回收的热量为:

1 073 × 30 000 = 32 190 000 k J

蒸汽锅炉每天的产汽量约130 t, 则可提高水温:

32 190 000 ÷ 130 000 ÷ 4. 18 = 59℃

改造完成后, 各余热综合回收装置均能实际水温提高约60℃, 效果与理论分析计算接近。

( 6) 节能效益

有机热载体锅炉热交换装置加热水体吸收的热量:

蒸汽锅炉热交换装置加热水体吸收的热量:

两套热管换热装置综合回收的总热量为:

蒸汽锅炉的热效率为 ηg= 0. 7, 每天节约的烟煤量:

M节= Q吸/ ηgQY= 5. 87 × 107k J ÷ ( 0. 7 × 20 900k J / kg) = 4 014 kg

一年按300 天计算, 全年可节省烟煤1 204 t, 折合标准煤860 t, 单位产品标准煤消耗降低7. 5% 。

烟煤价格按800 元/t, 则一年可节省烟煤费用:

300 × 4. 014 × 800 = 963 360 元

通过两台锅炉的烟气余热回收综合利用后, 使蒸汽锅炉的蒸汽产能得到了提高, 有效缓解了生产蒸汽供应紧张的局面, 顺畅了生产同时节约了燃煤。

( 7) 环保效益

通过锅炉余热综合回收, 每年可减少标准煤消耗860 t, 减少排放二氧化碳378 t, 二氧化硫42 t, 减少灰渣量258 t[10]。

3 结论

( 1) 热管换热器体积较小、重量轻, 热传导系数高, 维护简单, 在锅炉余热综合利用的节能上有良好的作用, 经济效果显著。

( 2) 热管换热器由于具有良好的节能效果, 能有效降低能耗与减少排放, 符合节能降耗与减排的“两型”社会要求, 具有很好的社会效益。

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天然气导热油锅炉烟气余热回收分析 第8篇

随着国家对节能与环保事业的重视, 各级地方政府要求工业企业逐渐淘汰污染排放重的能源形式, 比如重油, 替换成更清洁的能源, 比如天然气、生物质燃料等。其中, 普遍使用重油为燃料的工业锅炉属于能源消耗大户, 因为重油来源广泛、热值高, 在企业的工业锅炉生产过程中常常将其作为融化或者锻炼的原料。但近年来由于石油资源的日益短缺, 重油价格不断上涨, 这就给工业企业带来了巨大的成本负担, 而且重油燃烧会带来一定的环境污染。与成本高、污染相对严重的重油相比, 天然气具有优质、高效、清洁等优点, 被人们称为“绿色燃料”。用天然气取代重油, 在保证效率的情况下, 能有效降低生产成本, 减少环境污染。

天然气作为一种不含硫、非常清洁的能源, 充分燃烧后主要产物是二氧化碳和水蒸气。在烟气逐渐降温的过程中, 水蒸气逐渐接近其分压力下的饱和温度, 即露点温度。根据水蒸气的体积分数, 可以计算出露点温度大概在60 ℃, 烟气温度降到露点, 烟气的余热可以更大程度地得到回收。

烟气是一般耗能设备浪费能量的主要途径, 比如锅炉排烟耗能大约在15%, 而其他设备比如印染行业的定型机、烘干机以及窑炉等主要耗能都是通过烟气排放。一般工业锅炉的热效率为60%~70%, 排烟温度250~350 ℃, 而导热油炉, 排烟温度更是达到280 ℃以上, 大量余热未充分应用, 节能空间很大。烟气余热回收主要是通过某种换热方式将烟气携带的热量转换成可以利用的热量。

本文将对某食品工厂的导热油锅炉改造案例进行分析, 该厂将重油锅炉改造成天然气锅炉, 并对烟气进行了余热回收。

1 背景

食品工厂的总能耗超过5 000 t标准煤, 被列为所属地级市和省的重点能耗大户。食品工厂的能源除了电力, 主要是重油和工业蒸汽。工艺上, 湿的食品在喷雾烘干机通过与240 ℃的热空气混合获得干燥, 进入下一道程序。进入烘干机的空气首先被工业蒸汽[参数215 ℃, 1.5 MPa (15 bar) ]加热到170 ℃, 然后继续由导热油加热到240 ℃。目前, 工厂主要是通过重油作为燃料来加热导热油, 烟气的温度在夏季可以达到460 ℃, 但没有进行余热回收。蒸汽的冷凝水出水温度在60 ℃左右, 通过冷却塔冷却后直接排掉。目前, 重油的消耗量保持在1 200 t/年左右, 而蒸汽的消耗量近些年已经超过5万t/年。

具体的余热回收方案提出是建立在对工厂进行实地调研并收集相关信息的基础上。这些信息主要包括:工艺流程图, 能耗数据, 产量以及未来变化情况, 喷雾烘干机的热负荷, 喷雾烘干机的设计文件, 工厂蒸汽和热水负荷情况, 蒸汽加热器设计文件, 导热油—空气换热器设计文件, 现有喷嘴烘干机、锅炉房以及导热油系统的布局图, 重油、天然气以及工业蒸汽的价格。

2 节能方案

2.1 重油改天然气

重油锅炉和燃烧器由天然气锅炉和燃烧器替代。对于天然气的供应, 一种是管道天然气, 另一种是液化天然气, 比较如下:

(1) 可靠性:管道天然气供应稳定可靠, 液化天然气技术也比较成熟。

(2) 质量:管道天然气和液化天然气质量基本一样。

(3) 价格:管道天然气价格是政府定价;液化天然气是市场定价, 会受国际市场等因素影响。

(4) 安装成本:管道天然气设备有初装费用;液化天然气设备是液化天然气公司租赁给业主, 没有初装费用。

(5) 布局:管道天然气从地下埋藏走管, 基本不占用地上面积, 但要开挖道路;液化天然气储液罐距离建筑物要有不少于25 m的安全距离。

由于工厂没有空间满足25 m的安全距离, 最终采取了管道天然气方案。管道天然气管道安装由当地有资质的管道天然气公司完成, 根据300 Nm3/h和20 k Pa的天然气锅炉供气流量和供气压力, 进行管道的设计和调压计量设备的选型安装。调压计量设备的安装要考虑到距离建筑物不少于4 m, 距离外墙不少于1.5 m的安全距离。

节能方案提出期间, 当地管道天然气的供应价格是4.45元/Nm3 (包括13%增值税) 。天然气的热值是36.65 MJ/Nm3, 甲烷含量为91.37%。天然气公司每周会对气体成分和热值进行分析, 热值的变化在1%~2%。

2.2 烟气余热回收

天然气锅炉把导热油加热到300 ℃左右, 而烟气温度预计在350 ℃。烟气的余热可以通过一个省煤器 (气—水热交换器) 进行回收来预热进入烘干机的空气。由于天然气烟气温度可以降到露点, 另外一个省煤器可以继续把烟气温度降低到露点, 回收更多热量。从两个省煤器出来的热水通过管道连到一个空气预热器 (水—空气热交换器) 来预加热进入烘干机的空气。

另外, 从蒸汽—空气加热器出来的冷凝水需要被冷却后才能直接排放, 目前是用冷却塔来冷却, 冷凝水也可以用来预热空气, 当冷凝水温度降到40~50 ℃时, 主要的余热就被回收了, 冷却塔就不再需要了。系统图和流程图如图1和图2所示。

表1给出了流程图中设备的说明。在流程图上, 天然气燃料的导热油锅炉 (K-100) 配备3 MW燃烧器 (D-001) 来满足用于喷雾烘干机的空气加热需求。烟气在排放之前先后经过高温省煤器 (W-500) 和低温省煤器 (W-501) , 烟气温度降低到水蒸气露点温度, 最大程度回收烟气余热。高温省煤器运行在较高温度, 不需要考虑生锈问题, 可以使用碳钢;低温省煤器为了避免生锈问题, 应该使用不锈铁材料。在省煤器中被加热的水通过循环水泵 (P-400) 在封闭系统里经过水—空气加热器 (W-400) 预加热烘干机入口处空气。

省煤器以及空气预热器需要通过管道连接形成封闭的水循环系统。在设计水循环系统的时候需要考虑冬季和夏季两种情况, 通过质量平衡和热平衡模拟得到:

冬季:空气温度 (15 ℃) 为设计参数, 空气预热器进口水温 (120 ℃) , 出口水温 (38 ℃) , 循环水流量5.58 m3/h;

夏季:空气温度 (35 ℃) 为设计参数, 空气预热器进口水温 (120 ℃) , 出口水温 (58 ℃) , 循环水流量6.91m3/h。

烟气余热回收以及冷凝水余热回收系统使得工业蒸汽的使用量减少, 对于冬季和夏季两种情况, 分别节省:

冬季:12.2 t/h蒸汽消耗量 (改造前) -10.5 t/h (改造后) =1.7 t/h;

夏季:10.8 t/h蒸汽消耗量 (改造前) -9.5 t/h (改造后) =1.3 t/h。

在计算能源成本节约量的时候, 考虑到了由于产量变化带来的影响。以上方案将产生每1 kg产品0.16元的节能效果, 对于三种产量———低 (6 400 t/年) 、中 (9 600 t/年) 和高 (12 000 t/年) 产生的节约成本分别是1 024 000 元/年、1 536 000元/年和1 920 000元/年。投资成本大概为2 500 000~4 800 000元人民币, 投资基本上2~3年内可以回收。

3 结语

本文在对食品厂进行实地考察和数据分析的基础上, 对其使用天然气替代重油以及烟气余热回收进行了节能方案计算和分析。重油锅炉使用天然气锅炉替代, 烟气余热回收主要通过加装高温和低温两级省煤器, 利用循环水系统将烟气余热进行回收, 来预热烘干机空气。通过余热回收, 工业蒸汽使用量能节省近15%。根据食品厂产量的变化, 节能改造投资基本上2~3年可以回收。

摘要：天然气作为一种非常清洁的化石能源, 被越来越多的工业企业采用来替代煤炭和重油。由于天然气不含硫, 燃烧后的烟气主要成分是二氧化碳和水蒸气, 通过余热回收, 可大大降低烟气的排放温度, 并提高设备的总体效率。现使用天然气导热油锅炉替代重油锅炉, 并对烟气余热回收的经典案例进行分析。通过余热回收, 工业蒸汽使用量能节省近15%, 节能改造投资23年可以回收。

关键词：天然气,烟气余热回收,导热油

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