淺談10 t/h鍋爐煙氣余熱的綜合利用

包永賢,張建忠

(青海堿業(yè)有限責(zé)任公司,青海 德令哈 817000)

經(jīng)驗(yàn)交流

淺談10 t/h鍋爐煙氣余熱的綜合利用

包永賢,張建忠

(青海堿業(yè)有限責(zé)任公司,青海 德令哈 817000)

鍋爐;煙氣余熱;余熱計(jì)算

節(jié)能是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針,也是當(dāng)前一項(xiàng)極為緊迫的任務(wù)。為推動(dòng)全社會(huì)開展節(jié)能降耗,緩解能源緊張,建設(shè)節(jié)能型社會(huì),促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)全面建設(shè)小康社會(huì)的宏偉目標(biāo),工業(yè)鍋爐余熱資源的利用是節(jié)約能源的重要措施,工業(yè)鍋爐排煙余熱占鍋爐熱量比重較大。

1 工業(yè)鍋爐排煙余熱的理論依據(jù)

由于工業(yè)鍋爐排出的煙氣溫度有很大差別,高的超過300℃,低的則在160℃左右。理論上它所具有的余熱為。

式中:Vy—煙氣量,m3/h;

Cy——煙氣平均定壓比熱容,Cy=1.34+ 0.000 163ty,kJ/(m3·℃);

ty——煙氣溫度,℃;

t0——環(huán)境溫度,℃;

B——工業(yè)鍋爐燃料消耗量,kg/h(或m3/h);

Vn——單位燃料產(chǎn)生的煙氣量,m3/kg;

hy——煙氣的單位焓,kJ/m3;

h0——在環(huán)境溫度下煙氣的單位焓,kJ/m3;

Hy、H0——煙氣在排氣溫度及環(huán)境溫度下的總焓,kJ/h。

如1臺(tái)蒸發(fā)量 10 t/h的工業(yè)鍋爐引風(fēng)量11 078 m3/h,排煙溫度180℃,環(huán)境溫度25℃,理論上它所排出的的熱量為:

相當(dāng)于20.93 MJ的煤為82.03 kg,理論上它可回收利用的煙氣余熱量將小于煙氣的焓。余熱回收量為:

式中:H′y、H″y——煙氣進(jìn)、出余熱回收設(shè)備的總焓,kJ/h;

Λbr——回收設(shè)備的保熱系數(shù);

λyr——余熱回收設(shè)備熱效率。

上式可寫為:

式中:t′y、t″y煙氣進(jìn)、出余熱回收設(shè)備時(shí)的溫度,℃。

當(dāng)余熱回收設(shè)備為空氣預(yù)熱器時(shí),則可達(dá)到的空氣預(yù)熱溫度tk為:

式中:tk0——空氣預(yù)熱器的溫度,℃

Ck——空氣平均定壓比熱容,Ck=1.298+ 0.000 109 tk kJ/(m3·℃)

當(dāng)回收余熱用來產(chǎn)生熱水時(shí),產(chǎn)生的熱水量為:

式中:Cs——水的比熱容,4.186 8 kJ/(kg·℃);

t′s、t″s——水的進(jìn)、出口溫度,℃;

λbr——麻石保熱系數(shù)1.32。

2 實(shí)際消耗在水膜除塵的熱量

蒸發(fā)量為10 t/h的工業(yè)鍋爐,煙氣經(jīng)水膜除塵器后,水所吸收的熱量為進(jìn)水膜除塵器前煙溫180℃,水膜除塵器后煙溫53℃,水膜除塵器進(jìn)口水溫度22℃,水膜除塵器出口水溫度43℃,供給水膜除塵器水的流量18.5 m3/h。

4.186 8 kJ的熱量在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下能使1 kg的純水溫度升高1℃。高原地區(qū)1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所放出的熱量,比平原地區(qū)1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所放出的熱量要低。在定壓情況下實(shí)際水所吸收的熱量為:

以5 000大卡的煤計(jì)算每小時(shí)消耗的煤、焦耳、功率為:

3 熱量未回收的原因

而現(xiàn)在的一些工業(yè)企業(yè)對(duì)煙氣余熱都還沒進(jìn)行回收利用,主要考慮的是SO2低溫露點(diǎn)腐蝕,和換熱器安裝問題。

4 采取的預(yù)防措施

在蒸發(fā)量為10 t/h的工業(yè)鍋爐進(jìn)行煙氣余熱綜合利用實(shí)現(xiàn)節(jié)能時(shí),應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。

1)避開煙氣露點(diǎn)腐蝕溫度

低溫露點(diǎn)腐蝕的部位主要在鍋爐的空氣預(yù)熱器后,進(jìn)一步降低排煙溫度和提高熱效率,要從設(shè)計(jì)、操作和選材安裝等方面采取措施,來防止和減少低溫露點(diǎn)腐蝕。

低溫露點(diǎn)防腐蝕的一般方法是通過精心的設(shè)計(jì),在熱效率降低不大的情況下,提高換熱面如熱管的壁溫,使之高于煙氣露點(diǎn)溫度。但是,在低溫部位如空氣預(yù)熱器空氣入口處,由于操作工況的變化,也會(huì)出現(xiàn)低于露點(diǎn)溫度的情況,造成酸蝕而使熱管失效。煙氣出口處熱管失效后,會(huì)使延期露點(diǎn)溫度逐步移向附近未失效的熱管管壁處,依次發(fā)展,直至大部分熱管失效。因此,設(shè)計(jì)上避開煙氣露點(diǎn)腐蝕只能作為一般對(duì)策。另外,在日常操作中提高鍋爐的排煙溫度,即鍋爐的排煙溫度高于煙氣露點(diǎn)溫度20～30℃,使排煙溫度在還未降低到露點(diǎn)溫度時(shí),已經(jīng)從預(yù)熱器中通過了。但是,排煙溫度對(duì)鍋爐的熱效率影響較大,排煙溫度每升高10℃,熱效率下降0.5%左右。

2)采用耐蝕金屬材料

ND鋼(09CrCuSb)具有較高的抵抗低溫腐蝕能力,不但能抗硫酸電腐蝕,而且在Cl-或Cl-+SO2-4中也具有較高的耐蝕性,其力學(xué)性能與碳鋼相當(dāng)。

3)采用低硫煤或在煤中加入CaCO3、MgCO3

燃料中均含有少量的硫,硫燃燒后幾乎全部生成SO2,由于燃燒室中有少量的氧氣存在,所以有部分SO2進(jìn)一步氧化形成SO3在正常的過剩空氣系數(shù)的條件下,全部SO2中有約1%～3%轉(zhuǎn)化為SO3。在高溫?zé)煔庵械腟O3氣體不腐蝕金屬,但當(dāng)煙氣溫度降到<400℃,SO3將與水蒸氣化合生成硫酸蒸氣,其反應(yīng)如下:

如在煤中加入 CaCO3、MgCO3,SO2轉(zhuǎn)化為SO3的反應(yīng)不起催化作用,相反緩慢、抑制了反應(yīng)的進(jìn)行,同時(shí)它們還會(huì)與凝結(jié)在它們表面上的硫酸發(fā)生反應(yīng)。燃料中含有相同的硫,所形成SO3的數(shù)量卻不同,產(chǎn)生的腐蝕結(jié)果也各有不同。

煙氣余熱回收利用實(shí)現(xiàn)節(jié)能主要是在煙氣進(jìn)入水膜除塵器前2 m左右的距離內(nèi)增加煙道截面積的同時(shí)加入1組換熱器。增加煙道截面積主要是為避免在煙道中加入換熱器后影響鍋爐的排煙流量和排煙阻力,同時(shí)避免增加風(fēng)機(jī)功率。

由于鍋爐給水都用軟水,因此在進(jìn)入換熱器內(nèi)的水需從離子交換器的產(chǎn)水口供給軟水經(jīng)換熱器加熱后再流入軟水箱。換熱器選用翅片ND鋼,也可選用不銹鋼換熱器,在條件允許的情況下應(yīng)選用熱管換熱器。如果被加熱的介質(zhì)是空氣則應(yīng)選用熱管加熱鍋爐助燃空氣,提高鍋爐進(jìn)風(fēng)溫度,鍋爐進(jìn)風(fēng)溫度每升高10℃,鍋爐熱效率提高0.5%,由于熱管的每根管子是獨(dú)立的傳熱元件,即便是其中一根發(fā)生故障,也不會(huì)影響整個(gè)換熱器的正常工作。

5 投資與回報(bào)(見表5)

表5 投資材料一覽表

10 t/h的工業(yè)鍋爐煙氣在水膜除塵器中,煙氣與水的接觸比較充分,效率高達(dá)9%,而采用換熱器時(shí)它只能達(dá)到水膜除塵器效率的50%左右,煙氣在水膜除塵器中水所吸收的熱量是1 636.57 MJ/h,當(dāng)?shù)?0.93 MJ的煤價(jià) 490元/t,鍋爐每天運(yùn)行20 h,每年運(yùn)行180天。

1 636.57×50%=813.29 MJ/h

813.29 ÷20.93=38.85 kg/h

38.85 ×20×180=13 986 kg

13 986÷1 000=13.986 t

13.986 ×490=6 853.14元

19 754.8÷6 853.14×180=518.86 d

由此可見鍋爐只需運(yùn)行519天就可收回全部投資,采用煙氣余熱回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能,有重大的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

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1005-8370(2010)04—33—03

2010-04-16