降低鍋爐排煙溫度可行性及節(jié)能效益分析

上海理工大學(xué) 黃榮華 馬憲國(guó)

上海市能效中心 張泉根 俞増盛

0 前言

排煙溫度是鍋爐的基本設(shè)計(jì)參數(shù)之一，它直接影響到鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和尾部受熱面工作的安全性。選擇較低的排煙溫度可以降低排煙熱損失，提高鍋爐熱效率，節(jié)約能源。但是，排煙溫度降低卻使尾部受熱面中煙氣與工質(zhì)的傳熱溫壓減小，傳熱面積增大，金屬消耗和設(shè)備的初投資增多。另外排煙溫度過(guò)低還會(huì)引起末級(jí)煙道中硫酸蒸汽結(jié)露，使低溫受熱面產(chǎn)生腐蝕及堵灰，縮短設(shè)備的使用壽命，增加煙氣的流動(dòng)阻力和引風(fēng)機(jī)功率。堵灰嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)影響鍋爐的出力和機(jī)組的正常運(yùn)行。確定煙氣露點(diǎn)溫度，選取合理的排煙溫度，是避免低溫腐蝕、增加鍋爐運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵所在。

1 燃煤鍋爐降低排煙溫度的節(jié)能潛力與效益

選取工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)用代表性煤種，Ⅱ類煙煤，煤種特性見(jiàn)表1。采用前蘇聯(lián)1973年標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法計(jì)算其露點(diǎn)，為80.59℃。

表1 Ⅱ類煙煤煤種特性

燃煤鍋爐煙氣露點(diǎn)與收到基灰分和硫分的關(guān)系如圖1所示。

從圖1可以看出，硫份越高，露點(diǎn)溫度越高，上海所用燃料為Ⅱ類煙煤，收到基含硫量為0.3～1.0%，因此煙氣的露點(diǎn)一般小于104℃，安全裕量可取30℃，將排煙溫度控制在130℃左右。

燃煤工業(yè)鍋爐排煙溫度一般為180～200℃，也就是說(shuō)還有50℃～60℃溫降可利用，效率至少可提高3%左右。排煙溫度對(duì)燃煤鍋爐熱效率的影響見(jiàn)圖2。排煙溫度降低到130℃時(shí)，一臺(tái)DZL4-13-AⅡ燃煤工業(yè)鍋爐每小時(shí)可節(jié)煤8.1kg，如每年運(yùn)行5000小時(shí)，煤價(jià)按800元/t計(jì)，每年可節(jié)約燃料成本32400元。

2 燃油鍋爐降低排煙溫度的節(jié)能潛力與效益

選取鍋爐設(shè)計(jì)用代表性0號(hào)輕質(zhì)柴油，油質(zhì)及燃燒特性如表2所示。采用前蘇聯(lián)1973年標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法計(jì)算其露點(diǎn)為75.09℃。

表2 0號(hào)輕質(zhì)柴油特性

由于燃油灰分含量很低，灰分變化影響很小。當(dāng)收到基含硫量取0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%時(shí)，燃油鍋爐煙氣露點(diǎn)與收到基硫分的關(guān)系如圖3所示。

從圖3可以看出，硫份越高，露點(diǎn)溫度越高。通常所用燃油的含硫量都在1%以下，因此煙氣的露點(diǎn)一般小于100℃，為了安全起見(jiàn)，將排煙溫度控制在露點(diǎn)溫度以上30℃，即130℃左右。而我國(guó)輕柴油的含硫量在0.2%～0.4%居多，排煙溫度控制在120℃～130℃應(yīng)該是安全的。

燃油工業(yè)鍋爐排煙溫度一般為230℃～250℃，也就是還有110℃～120℃溫降可利用，效率至少可提高5%左右。排煙溫度對(duì)燃油鍋爐熱效率的影響見(jiàn)圖4。排煙溫度降低到130℃時(shí)，一臺(tái)WNS4-1.0(1.25)-Y（Q）鍋爐每小時(shí)可節(jié)油13.9kg，如每年運(yùn)行5000小時(shí)，燃油價(jià)格按8000元/t計(jì)，一年可節(jié)省燃油費(fèi)556000元。

3 燃?xì)忮仩t排煙溫度的特性分析

選取常用代表性燃?xì)猓饩畾猓?，其成分特性?jiàn)表3。根據(jù)燃燒后煙氣容積中水蒸氣分壓求得其露點(diǎn)溫度為56.7℃。

表3 天然氣成分特性

煙氣露點(diǎn)溫度與過(guò)量空氣系數(shù)的關(guān)系如圖5所示。隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增加，煙道中水蒸氣的相對(duì)體積減小，水蒸氣的容積份額會(huì)有所下降，其露點(diǎn)溫度也隨之降低。

雖然各地天然氣成分有所不同，但由于其主要成分均為甲烷，計(jì)算的露點(diǎn)溫度誤差不超過(guò)0.3%[2]。

由于天然氣鍋爐煙氣中的酸性氧化物含量比燃煤、燃油鍋爐少得多，所以低溫腐蝕和積灰問(wèn)題不太嚴(yán)重，在采用合適材料后，排煙溫度有可能降至煙氣露點(diǎn)以下[3]。

進(jìn)一步計(jì)算可以得出在不同排煙溫度下，鍋爐的熱效率的變化趨勢(shì)，如圖6所示。當(dāng)鍋爐排煙溫度在20～60℃時(shí)熱效率變化較大。這主要是排煙損失中水蒸氣潛熱所占的比重大于煙氣的顯熱。同時(shí)由于水蒸氣冷凝過(guò)程中冷凝水可以吸收一部分有害氣體如SO2、NOx，降低了污染物的排放，有利于環(huán)保。但排煙溫度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致尾部受熱面積增加，設(shè)備投資成本增加，應(yīng)當(dāng)考慮投資成本和回收期。

4 結(jié)論

1）選擇合適的排煙溫度對(duì)鍋爐設(shè)計(jì)和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性有重要意義，對(duì)鍋爐煙氣余熱回收有指導(dǎo)意義。

2）使用Ⅱ類煙煤的燃煤工業(yè)鍋爐，將排煙溫度控制在130℃～140℃，熱效率可提高3%左右。

3）燃用0號(hào)輕質(zhì)柴油的燃油工業(yè)鍋爐，排煙溫度可控制在120℃～130℃，熱效率可提高5%左右。

4）天然氣鍋爐可以改造成冷凝式鍋爐，可將排煙溫度降至煙氣露點(diǎn)以下，回收利用汽化潛熱，大大提高鍋爐熱效率。

5）降低鍋爐排煙溫度時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)備投資成本和回收期等因素。

[1]車得福著.冷凝式鍋爐及其系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2002.07.

[2] 張曉暉,劉大為.燃?xì)忮仩t排煙冷凝熱回收技術(shù)[J].工業(yè)鍋爐.2008,110(4):4-8.

[3] 李慧君,王樹(shù)眾,張斌,林宗虎.冷凝式燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收可行性經(jīng)濟(jì)分析 [J].工業(yè)鍋爐.2003,78(2):1-4.