復(fù)合管在燃油鍋爐煙氣余熱回收中的應(yīng)用

童立明，錢(qián)建躍，朱 炳

(中化興中石油轉(zhuǎn)運(yùn)(舟山)有限公司，浙江舟山316000)

隨著國(guó)內(nèi)對(duì)石油的需求量越來(lái)越大，目前已經(jīng)成為世界第二大石油消費(fèi)國(guó)和進(jìn)口國(guó)，石油倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)，特別是第三方倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)儲(chǔ)運(yùn)的油品多具有高凝點(diǎn)、高黏度等特性，在原油儲(chǔ)存中需要耗用大量的蒸汽加熱以維持相應(yīng)的儲(chǔ)存及安全溫度。為此，許多石油倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)自建鍋爐房以提供蒸汽用于提升油品溫度，而出于占地面積、投資費(fèi)用、安全以及需求量等考慮，大多數(shù)鍋爐為燃油鍋爐，燃油鍋爐已成為油庫(kù)區(qū)主要的能耗設(shè)施［1］。由于前期設(shè)備設(shè)計(jì)缺陷和企業(yè)節(jié)能意識(shí)不足，大部分燃油鍋爐實(shí)際運(yùn)行效率都在90%以下，而國(guó)外通過(guò)各種技術(shù)手段，已將燃油鍋爐的運(yùn)行效率提高到95%左右。因此，國(guó)內(nèi)燃油鍋爐存在著很大的節(jié)能潛力［2］。在實(shí)際運(yùn)行中，由于排煙損失占鍋爐全部熱損失的絕大部分，因此降低鍋爐的排煙溫度是提高燃油鍋爐熱效率的主要努力方向。

圖1 復(fù)合管沿管長(zhǎng)溫度示意Fig．1 Temperature diagram of composite heat pipe along the length of the tube

1 復(fù)合管余熱回收技術(shù)

1．1 復(fù)合管工作原理

復(fù)合管是一種高換熱性能的傳熱元件，熱效率達(dá)95%以上。它是由兩根同心內(nèi)外管組成的一個(gè)復(fù)合管(即徑向熱管，簡(jiǎn)稱為“復(fù)合管”)，在內(nèi)外管之間還有一薄壁同心管組成熱管內(nèi)部工作液體循環(huán)通道。當(dāng)外部不均勻溫度場(chǎng)對(duì)外管壁輻射加熱時(shí)，同心熱管內(nèi)部的工作液體(液態(tài)金屬)將由于內(nèi)外壁溫差而形成氣液兩相流循環(huán)［3］。內(nèi)管壁將形成等溫管壁，其溫度取決于熱管內(nèi)的循環(huán)兩相流的溫度，沿管長(zhǎng)的溫度示意見(jiàn)圖1。

1．2 復(fù)合管換熱器

復(fù)合管是一種高換熱性能、高安全性能的傳熱元件，非常適合應(yīng)用在一側(cè)為大流量，低壓力降;另一側(cè)為小流量，高壓力降或者類(lèi)似的完全不對(duì)稱的流體換熱場(chǎng)合。常規(guī)的換熱設(shè)備一般都是一次間壁換熱，冷熱流體分別在器壁的兩側(cè)流過(guò)，如管壁或器壁有泄露，則將造成停產(chǎn)損失。復(fù)合管余熱回收器則是多層真空紊流傳熱，不存在管內(nèi)超壓。復(fù)合管余熱回收器有以下特點(diǎn):換熱效果佳，傳熱效率高，具有良好的防腐蝕能力，安全可靠性高，其安裝及結(jié)構(gòu)布置靈活，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)單成本低，投資回收期短。復(fù)合管余熱回收器與其它換熱器的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 復(fù)合管余熱回收器與其它換熱器的對(duì)比Table 1 Composite pipe waste heat recovery heat exchanger contrast with other

2 燃油鍋爐煙氣余熱回收應(yīng)用

2．1 煙氣余熱回收的腐蝕問(wèn)題

排煙溫度對(duì)鍋爐的熱效率影響較大，排煙溫度每降低10℃，熱效率提高0．5% ～0．6%。因此，降低鍋爐煙氣排放溫度，回收利用其熱能提高鍋爐補(bǔ)水溫度，可以降低燃料的消耗。同時(shí)需要煙氣出口溫度控制在露點(diǎn)溫度之上，以防止低溫露點(diǎn)腐蝕，保證余熱回收器設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行［4］。

目前石油倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)對(duì)燃油鍋爐煙氣余熱大都還沒(méi)進(jìn)行回收利用，主要考慮的是SO2低溫露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題。燃油鍋爐進(jìn)行煙氣余熱綜合利用實(shí)現(xiàn)節(jié)能時(shí)，須進(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(lái)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(guò)精心的設(shè)計(jì)，在降低排煙溫度提高熱效率的情況下，同時(shí)保持換熱面如熱管的壁溫，使之始終在煙氣露點(diǎn)溫度以上。然而，在低溫部位，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(kāi)煙氣露點(diǎn)腐蝕只能作為一般對(duì)策。另外，在日常操作中嚴(yán)格監(jiān)控鍋爐的排煙溫度，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)從換熱器中通過(guò)了。為了防止腐蝕，余熱回收器出口煙氣溫度一般控制在露點(diǎn)以上，即燃油、燃煤煙氣溫度不低于120℃，燃?xì)鉄煔鉁囟炔坏陀?0℃。

2．2 煙氣余熱回收系統(tǒng)的工程應(yīng)用

針對(duì)某石油倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)鍋爐運(yùn)行情況及煙道布置，建議在3臺(tái)燃重油鍋爐的排煙管處各安裝1臺(tái)與之匹配的YRHS-A型常壓復(fù)合管余熱回收器，將鍋爐煙氣溫度由240℃降至160℃進(jìn)行排放，同時(shí)利用回收的煙氣余熱來(lái)循環(huán)預(yù)熱鍋爐補(bǔ)水箱的軟化水，由此可節(jié)約燃料4% ～5%。余熱回收器煙氣阻力設(shè)計(jì)在不大于200 Pa，鍋爐工作時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)煙氣堵塞現(xiàn)象?？紤]到該企業(yè)日后要進(jìn)行油改氣，將余熱回收器排煙溫度設(shè)定在160℃是因?yàn)殄仩t在使用不同的燃料時(shí)，為了保證燃料的完全燃燒，空氣過(guò)剩系數(shù)是不同的，燃料為重油一般在 1．6 ～1．8，為天然氣時(shí)在 1．3 左右，燃料為重油時(shí)的煙氣量大于天然氣。油改氣后鍋爐的煙氣量下降，余熱回收器出口的溫度也會(huì)下降，約為120℃左右，高于天然氣煙氣露點(diǎn)溫度80℃，所以仍然不會(huì)發(fā)生腐蝕堵塞現(xiàn)象，余熱回收系統(tǒng)始終是安全的。

復(fù)合管余熱回收器為YRHS-A型常壓氣-水型余熱回收器其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 氣-水型余熱回收器結(jié)構(gòu)Fig．2 Gas-water waste heat recovery device structure

該企業(yè)改造的煙氣余熱回收系統(tǒng)為常壓系統(tǒng)，由余熱回收器、循環(huán)水泵、煙氣風(fēng)閥、旁通煙管、各類(lèi)閥門(mén)儀表、鋼結(jié)構(gòu)支架、水管保溫等組成。

系統(tǒng)正常工作時(shí)旁通煙管煙氣風(fēng)閥關(guān)閉，主煙管煙氣風(fēng)閥打開(kāi)，鍋爐所排放的煙氣經(jīng)過(guò)余熱回收器煙氣進(jìn)口溫度約240℃，出口溫度約160℃左右，煙氣熱量將水加熱，水吸熱后溫度升高，煙氣放熱后溫度降低，低溫?zé)煔饨?jīng)煙囪排空。余熱回收水系統(tǒng)循環(huán)水泵和閥門(mén)(水泵與閥門(mén)為一備一用狀態(tài))打開(kāi)，此時(shí)余熱回收器通過(guò)循環(huán)水泵將20℃冷水進(jìn)行預(yù)熱，提高鍋爐補(bǔ)水溫度，加熱后的熱水直接進(jìn)入補(bǔ)水箱，節(jié)約鍋爐燃料的消耗。系統(tǒng)需要檢修時(shí)，旁通煙管煙氣風(fēng)閥打開(kāi)，余熱回收器進(jìn)煙排煙氣風(fēng)閥關(guān)閉，鍋爐煙氣經(jīng)旁通煙管排空，余熱回收器不工作。此時(shí)排煙溫度約為240℃。水系統(tǒng)閥門(mén)關(guān)閉，循環(huán)水泵不工作。

3 煙氣余熱利用經(jīng)濟(jì)效益

假定按1臺(tái)20 t/h(或二臺(tái)10 t/h)鍋爐長(zhǎng)期運(yùn)行計(jì)算，余熱利用改造實(shí)施后，5個(gè)月即可收回鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)改造的投資費(fèi)用，每年可為該企業(yè)節(jié)約燃料費(fèi)用約360×104RMB￥。進(jìn)行余熱回收改造后，既可降低鍋爐煙氣的高溫排放所帶來(lái)的污染，同時(shí)又可節(jié)約生產(chǎn)運(yùn)行成本，經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益都非常顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

由于燃油鍋爐排煙余熱占鍋爐熱量比例較大，煙氣余熱資源的利用是節(jié)約能源的重要措施，而復(fù)合管技術(shù)在石油倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)燃油鍋爐余熱回收方面的應(yīng)用具有良好的前景，是一項(xiàng)值得推廣應(yīng)用的技術(shù)。復(fù)合管換熱器的使用使鍋爐的熱效率大大提高，能較大幅度地減少燃料的消耗，有益于緩解能源緊張，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

［1］ 陳珊珊，徐亞威．石油倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)熱泵與燃油鍋爐聯(lián)合供熱的探討［J］．節(jié)能，2010，29(9):34-36．

［2］ 劉復(fù)田．燃油氣鍋爐的節(jié)能措施［J］．能源技術(shù)，2004，25(6):254-256．

［3］ 莊駿，張紅．熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000:4-13．

［4］ 劉媛．鍋爐尾部煙氣余熱利用［J］．科技資訊，2010(18):44．