分離式熱管換熱器在高爐煤氣鍋爐上的應(yīng)用

孫 杰 孫永福

（1.山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 山東 濟(jì)南 250000；2.山東省電力學(xué)校 山東 泰安 271000）

0 概述

某廠1#鍋爐采用傳統(tǒng)模式在鍋爐尾部煙道安裝低壓省煤器，吸收尾部煙氣熱量加熱凝結(jié)水，從而提高鍋爐熱量的利用率，減低鍋爐的排煙溫度。投運(yùn)后鍋爐的排煙溫度在165℃左右，廠內(nèi)通過研究認(rèn)為鍋爐排煙溫度偏高，尾部煙氣還有可利用空間，經(jīng)過考察研究后決定在2#鍋爐打破以往的傳統(tǒng)模式，采用新型技術(shù)在鍋爐尾部增加分離式熱管換熱器以替代傳統(tǒng)的低壓省煤器。2#鍋爐投運(yùn)后排煙溫度在135℃左右，降低排煙溫度顯著，為提高鍋爐整體效率取得了良好的效果。所以后續(xù)建設(shè)的3#-8#鍋爐都安裝了分離式熱管換熱器。

1 熱管的工作原理與特性

由熱管組成的分離式熱管換熱器具有以下特點(diǎn)：

1.1 傳熱效率高。熱管的冷、熱側(cè)均可根據(jù)需要采用高頻焊翅強(qiáng)化傳熱。

1.2 能夠有效的避免冷、熱流體的串流。每根熱管都是相對(duì)獨(dú)立的密閉單元，冷、熱流體都在管外流動(dòng)。并且可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件靈活的安置殼體，將冷、熱流體隔開，尤其適應(yīng)不允許泄漏的易燃易爆有毒等介質(zhì)的加熱。

1.3 無任何轉(zhuǎn)動(dòng)部件。熱管內(nèi)工作介質(zhì)的循環(huán)是依靠回流液的高低位差和密度差作用而循環(huán)流動(dòng)，不需外加動(dòng)力，無機(jī)械運(yùn)行部件，因而增加了熱管換熱器系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，減少了運(yùn)行費(fèi)用。

1.4 熱管的換熱元件是由多根熱管組成。各根之間相互獨(dú)立，當(dāng)一根甚至幾根熱管失效時(shí)，不影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，同時(shí)對(duì)整體換熱效果的影響也可忽略不計(jì)。

2 熱管換熱器在高爐煤氣鍋爐上的應(yīng)用

2.1 高爐煤氣鍋爐特點(diǎn)

高爐煤氣鍋爐是利用低品質(zhì)的高爐煤氣作為燃料，它的熱值較低，理論燃燒溫度低，著火、穩(wěn)定燃燒困難。但一旦具備了著火和穩(wěn)燃條件，燃燒相當(dāng)迅速，火矩很短。但在蒸發(fā)量相同時(shí)燃用高爐煤氣的鍋爐要比燃煤鍋爐多產(chǎn)生70%的煙氣。這么大量的煙氣如果不被利用，勢(shì)必會(huì)造成能源的損失。而對(duì)于對(duì)高爐煤氣鍋爐，加熱燃料的意義尤大。高爐煤氣的理論空氣量僅約0.6m3/m3。(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，煤氣量是空氣的1.6倍。所以加熱煤氣的效果比空氣和水還大?？疹A(yù)器后面布置熱管換熱器這樣起到了空氣和煤氣的雙重預(yù)熱效果，這樣不僅使煤氣燃燒迅速，著火穩(wěn)定，減少了煤氣著火所消耗的自身熱量，將熱量更多的提供給鍋爐。同時(shí)吸收了尾部的高溫?zé)煔猓档土伺艧煖囟?，提高了鍋爐整體效率。

2.2 更改方案的確定

該廠1#煤氣鍋爐是在空預(yù)器后再增設(shè)一級(jí)低壓省煤器，利用加熱凝結(jié)水吸收煙氣熱量從而降低煙氣溫度，減少排煙熱損失，節(jié)省燃料。但是1#鍋爐投運(yùn)后排煙在165℃左右，利用低壓省煤器降低鍋爐排煙溫度，還是達(dá)不到我們滿意值。

鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中，由于進(jìn)入爐膛的熱風(fēng)溫度已達(dá)到250℃，而進(jìn)入爐膛的高爐煤氣只有30℃左右，如果對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，提高進(jìn)入爐膛燃料的溫度，則有利于低熱值高爐煤氣的充分燃燒。由于高爐煤氣具有易燃易爆，有毒等特點(diǎn)，采用一般管殼式換熱器，不僅換熱效率低，同時(shí)在換熱器內(nèi)管發(fā)生泄漏時(shí)，容易引發(fā)重大安全事故。經(jīng)過技術(shù)論證，決定采用分離式熱管換熱器。更改方案為：將鍋爐尾部煙道的低壓省煤器去掉，在引風(fēng)機(jī)進(jìn)口前加裝一套分離式熱管換熱器，用于預(yù)熱高爐煤氣，并對(duì)煙道和高爐煤氣管道進(jìn)行相應(yīng)的更改，鍋爐本體保持不變。

2.3 分離式熱管換熱器主要技術(shù)參數(shù)

熱管換熱器設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)

3 熱管換熱器的應(yīng)用效果與經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 熱管換熱器的應(yīng)用效果2#爐加裝的分離式熱管換熱器投入運(yùn)行后，經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，取得了良好的效果。鍋爐的排煙溫度有了較大程度的降低，同時(shí)進(jìn)入爐膛高爐煤氣的溫度升高，從而強(qiáng)化了低熱值的高爐煤氣的燃燒，提高了爐膛溫度，爐膛內(nèi)輻射換熱加強(qiáng)，使得鍋爐出力增加。由于鍋爐的煙氣余熱得到了回收利用，鍋爐的熱效率得到了較大提高。

1#鍋爐與2#鍋爐參數(shù)對(duì)比

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）投資分析

1#鍋爐低壓省煤器：設(shè)備費(fèi)25萬元，安裝費(fèi)5萬元，總費(fèi)用30萬元。

2#鍋爐分離式熱管換熱器：設(shè)備費(fèi)260萬元，安裝費(fèi)69萬元，總費(fèi)用329萬元。

鍋爐更改分離式熱管換熱器比1#鍋爐多投資329-30=299萬元。

（2）綜合效益分析

1#鍋爐排煙溫度在165℃左右，鍋爐效率為87.757%。安裝分離式熱管換熱器后的2#鍋爐排煙溫度在135℃左右，鍋爐效率為90.049%。安裝分離式熱管換熱器后，鍋爐效率提高了2.292%。

在相同煤氣消耗量下，鍋爐效率的提高增加了鍋爐蒸發(fā)量，使得發(fā)電量增加1424kW.h。

同時(shí)，增加分離式熱管換熱器后，引風(fēng)機(jī)出力增大，多耗電130kW.h。

所以最終增加發(fā)電量為1424-130=1294kW.h。

1294×24×330×0.6=614.9 萬元

其中：330——為年度機(jī)組運(yùn)行的天數(shù)

0.6——電價(jià)核算基準(zhǔn)值

安裝分離式熱管換熱器后的鍋爐一年帶來的經(jīng)濟(jì)效益為614.9萬元。因此只要半年即可收回全部投資。

4 結(jié)論

目前，熱管換熱器由于它獨(dú)有的特點(diǎn)，在各行業(yè)的余熱回收和綜合熱能利用中得到越來越廣泛的應(yīng)用。我廠通過實(shí)踐證明分離式熱管換熱器在高爐煤氣鍋爐上的應(yīng)用以及取得的良好的效果，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。后續(xù)我廠建設(shè)的3#-8#高爐煤氣鍋爐都增加了分離式熱管換熱器。