鍋爐煙氣余熱回收的節(jié)能改造實踐

上海印鈔有限公司 戴 銘

鍋爐煙氣余熱回收的節(jié)能改造實踐

上海印鈔有限公司 戴 銘

對上海印鈔有限公司蒸汽鍋爐的煙氣余熱回收節(jié)能改造項目進(jìn)行效益分析,結(jié)果顯示鍋爐煙氣余熱回收可以提高熱能利用率,降低排污量,并帶來比較可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

節(jié)能減排；煙氣余熱利用；經(jīng)濟(jì)效益

0 前言

工業(yè)鍋爐排煙溫度高是企業(yè)能耗大、污染重的主要原因之一。因此,采取措施使鍋爐尾部煙氣余熱回收利用、降低鍋爐排煙溫度,則既可提高熱能利用效率、又可減輕高溫?zé)煔庠斐傻臒嵛廴尽?/p>

1 燃油鍋爐煙氣余熱利用潛力

燃油燃?xì)忮仩t煙氣含塵量很低,更有利于煙氣余熱回收。在鍋爐熱損失中,燃油燃?xì)忮仩t排煙熱損失約為8%～16%,排污熱損失約為1%,爐體散熱為1%～2%,不完全燃燒為1%,排煙熱損失占主要部分。一般國內(nèi)燃油(柴油)燃?xì)忮仩t的平均熱效率約為87%,大約10%的熱能由煙氣排到大氣中[1]。

在實際運行中，鍋爐煙氣余熱溫度并不是越低越好，排煙溫度過低，會使低溫受熱面的壁溫低于酸露點，引起受熱面金屬的嚴(yán)重腐蝕，危及鍋爐運行安全。因此，確定節(jié)能器等裝置后面的煙氣溫度是鍋爐煙氣回收利用改造的關(guān)鍵。

根據(jù)《鍋爐機(jī)組熱力計算標(biāo)準(zhǔn)方法》煙氣露點溫度計算公式：

式中：tsld——煙氣中水蒸氣露點溫度,℃

Sn——計算硫分,%

An——計算灰分,%

Sar、Aar——燃料含硫量、灰分；

Qar.net——燃料低位發(fā)熱量；

αfh——煙氣中飛灰占燃料灰分的份額。

其中液體燃料一般取tsld=45℃；過量空氣系數(shù)α=1.2時，β=1.21；過量空氣系數(shù)α=1.4～1.5時，β=1.29[2]。

以上海印鈔有限公司（以下簡稱上鈔公司）鍋爐使用0#柴油為例：灰分小于等于0.01%，硫分為0.2%，柴油低位發(fā)熱量為42500kJ/kg。

利用上式計算，一般燃輕柴油鍋爐的煙氣露點計算值在78℃～80℃之間，一般在煙氣露點計算值加30℃是較安全的，所以通過加裝鍋爐節(jié)能器等技術(shù)改造，把鍋爐的排煙溫度降至110℃左右，可使鍋爐的運行效率得以提高。

2 鍋爐煙氣余熱利用途徑：

一般鍋爐煙氣余熱利用途徑有三種方式：

○鍋爐煙氣余熱預(yù)熱空氣，能改善鍋爐燃燒狀況，提高鍋爐熱效率，增大鍋爐生產(chǎn)能力。

○鍋爐煙氣余熱預(yù)熱燃油，能改善鍋爐燃油的霧化質(zhì)量，減小機(jī)械未完全燃燒損失和化學(xué)未完全燃燒損失，提高鍋爐熱效率。

○鍋爐煙氣余熱預(yù)熱給水，降低了鍋爐的換熱溫差，改變了鍋爐原有的生產(chǎn)能力，提高了鍋爐出力。

3 上鈔公司鍋爐煙氣回收改造概況：

（1）上鈔公司鍋爐原用能概況

上鈔公司共設(shè)置三臺工業(yè)燃油蒸汽鍋爐來滿足生產(chǎn)、生活用汽，其中4t/h柴油鍋爐一臺、6t/h柴油鍋爐二臺，運行模式基本為開1備2，運行時間320d/a，24小時運行，年平均蒸發(fā)量為2.24t/h。

鍋爐本體：型號WNS6-1.0-Y/Q配置原裝進(jìn)口的Weishaupt燃燒器，全自動控制，三臺燃燒器都配置了活動式隔音罩。

蒸汽壓力：0.35MPa-0.4MPa。

排煙溫度：隨工況不同在220℃～230℃范圍內(nèi)波動，最常波動圍內(nèi)為170℃～190℃；

鍋爐的熱效率：86%～90%；

燃料：燃燒0#柴油，Q低為42500kJ/kg。

給補水：采用市政自來水為原水，經(jīng)軟水器軟化后為合格鍋爐供給軟水進(jìn)入軟水箱存儲，補給軟水未預(yù)熱,為常溫（約10℃），軟水經(jīng)鍋爐給水泵直接加壓進(jìn)鍋爐。

2009年度蒸汽產(chǎn)量17200t、柴油耗量1200t。

公司用汽量有非常明顯的規(guī)律，每天8：00左右用氣量迅速增加，很快達(dá)到峰值，然后逐步下降，20：00之后顯著下降，如此反復(fù)循環(huán)。

上鈔公司鍋爐熱損失由鍋爐結(jié)構(gòu)、燃燒方式和運行調(diào)整等方面原因而造成，是任何鍋爐都不可避免的。鍋爐熱損失最大的是排煙熱損失，占鍋爐熱損失的一半以上。鍋爐排煙熱損失主要有兩個因素，一是排煙量；二是排煙溫度。排煙量可通過調(diào)整燃燒，降低空氣過剩系數(shù)，減少漏風(fēng)等措施來減少，而排煙溫度主要由于鍋爐結(jié)構(gòu)原因造成。公司所用的燃油鍋爐，沒有設(shè)計尾部受熱面，所以排煙溫度偏高，在200℃左右，最高達(dá)到300℃，排煙熱損失在10%以上，大量的煙氣余熱浪費，污染了環(huán)境，因此，對其進(jìn)行節(jié)能改造是非常必要的。

（2）鍋爐余熱利用的方法分析

在鍋爐尾部加裝換熱器，如熱管換熱器或復(fù)合相變換熱器等可明顯降低排煙溫度，能獲得熱水或蒸汽，回用到生產(chǎn)上去；也可加裝空氣預(yù)熱器，提高進(jìn)風(fēng)溫度，改善燃燒，使鍋爐熱效率提高，降低燃料消耗量和生產(chǎn)成本。

加裝換熱器可有兩種形式，一是復(fù)合相變換熱器，另一是熱管換熱器。

熱管換熱器利用熱管作為導(dǎo)熱元件，做成的熱管換熱器具有高效率，結(jié)構(gòu)緊湊，無外部動力，無外部轉(zhuǎn)動部件，運行安全，傳熱可逆等許多優(yōu)點。熱管元件相互能組合，又可分離。根據(jù)節(jié)能需要和流體不同，它又可分成三種類型的換熱器：熱管氣—氣換熱器、熱管氣—液換熱器、熱管液—液換熱器。

圖1 熱管工作原理

上鈔公司使用的是熱管氣—液換熱器，其結(jié)構(gòu)原理與氣—氣換熱器相似（見圖1），冷熱流體中冷流體為水，熱流體為余熱煙氣，熱管按一定管距組合成管束，中間用堵板將熱管隔成吸熱段和放熱段二部分。吸熱段組成煙氣室，高溫?zé)煔鉀_刷熱管，煙氣熱量傳遞給熱管；放熱段組成裝水的容器，熱量由熱管傳遞給水。此類熱交換器如為承壓的壓力容器，必須按壓力容器規(guī)范制作。

（3）鍋爐余熱回收工程概況：

由于上鈔公司鍋爐燃燒器配置了隔音罩，同時根據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)及鍋爐房場地條件及投資回收成本等因素，我們采用熱管氣—液換熱器以鍋爐煙氣余熱預(yù)熱鍋爐給水的方式作為鍋爐節(jié)能改造的途徑。

目前鍋爐尾部的排煙管道是由碳鋼制作的，為防止煙道腐蝕，故此次鍋爐改造設(shè)計排煙溫度不小于120℃?？紤]以后將原來的碳鋼煙管更新為不銹鋼材料，那時可使排煙溫度降至80℃以下，節(jié)能效果會更顯著。

換熱設(shè)備為熱管省煤器。熱管省煤器又稱鍋爐給水預(yù)熱器或鍋爐煙氣熱回收器，是由若干熱管元件組成的一種高效氣－液換熱設(shè)備。它通過熱管將鍋爐煙氣的熱量傳遞給鍋爐給水，從而達(dá)到降低排煙溫度提高進(jìn)水溫度，節(jié)省燃料的目的。熱管省煤器具有傳熱率高、阻力小、冷熱側(cè)面積可調(diào)、結(jié)構(gòu)緊湊、無交叉污染、工作可靠、運行維護(hù)費用少等優(yōu)點，適用于各類鍋爐，尤其適用于不帶引風(fēng)機(jī)的燃油、燃?xì)忮仩t。配置熱管省煤器后可使鍋爐排煙溫度降低60～160℃，給水溫度提高20～50℃。

鍋爐煙氣余熱回收改造方案見圖2。

圖2 鍋爐煙氣余熱回收改造方案圖

圖3 余熱回收（節(jié)能器）裝置圖

煙氣余熱回收工作流程：三臺鍋爐各設(shè)置一臺余熱回收裝置，余熱回收裝置用來提高鍋爐給水溫度和軟水箱中水的溫度。通過切換鍋爐給水狀態(tài)閥，鍋爐給水可以從軟水箱或余熱回收裝置水箱中獲得。

余熱回收裝置由上下兩個部分組成（見圖3），上部分為水側(cè)(低溫側(cè))，設(shè)置有閉口水箱和若干根“熱管”，水箱上設(shè)置進(jìn)/出水管道、回水管道和排污管道（維修管道）；下部分為煙氣側(cè)（高溫側(cè)），設(shè)置有若干根“熱管”和冷凝水排水管道。上下兩部分由之間的隔板相互隔離，“熱管”貫穿隔板連接上下兩個系統(tǒng)。高溫?zé)煔鉀_刷煙氣側(cè)“熱管”時，“熱管”吸收煙氣中的熱量后溫度上升，熱量通過“熱管”傳遞到上部水側(cè)，水箱中的水吸收“熱管”上端的熱量后水溫升高。余熱回收裝置在常壓下工作，水箱中的水通過水泵強制循環(huán)，一部分水經(jīng)鍋爐給水泵向鍋爐給水，多余的水經(jīng)裝置回水管流入軟水箱。

4 余熱回收經(jīng)濟(jì)效益分析

鍋爐煙氣余熱回收改造前后排煙溫度與鍋爐補水溫度對比見表1。

表1 改造前后排煙溫度與鍋爐補水溫度對比：(鍋爐補水量4m3/h、排煙量4000m3/h)

改造后的節(jié)能與經(jīng)濟(jì)效益如下：

（1）換熱后鍋爐給水溫度上升了17℃，為29℃；

（2）鍋爐效率比較

鍋爐節(jié)能改造前和改造后分別對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了測試和統(tǒng)計，改造前鍋爐運行效率為89.1%，改造后鍋爐運行效率為91%；

（3）每年節(jié)約燃油量為65t；

（4）節(jié)省的費用：

2011年市場上0#柴油為8500元/t，則每年可節(jié)省費用55萬元；

（5）投資回收期：

項目投資在30萬元左右；投資回收期為6.5個月。

5 煙氣余熱利用對環(huán)保的貢獻(xiàn)

煙氣余熱利用提高了燃?xì)庹羝仩t的給水溫度。煙氣余熱回收除了可大幅度節(jié)約能源外，由于冷凝的作用，排入大氣的有害物質(zhì)也將大為減少。正常的情況下，柴油燃燒后的煙氣成份有一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣、氮氣、氮氧化物、硫化物、煙塵等。據(jù)科學(xué)測定煙氣冷凝后排入大氣的有害物質(zhì)減少量如下：二氧化硫減少80%；水蒸氣減少60%；一氧化碳減少60%；煙塵減少93%；氮氧化物減少50%；二氧化碳減少40%。因此，項目除了節(jié)能外，排煙將更加符合環(huán)保要求。

6 結(jié)語

鍋爐煙氣余熱回收節(jié)能改造項目，不但能確保鍋爐的安全可靠運行，而且減少了鍋爐柴油消耗，具備良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。一次性投資費用不多，回報率較高，是一種安全可靠、經(jīng)濟(jì)實用的節(jié)能改造方法。

[1]蔣開國．鍋爐煙氣的余熱回收與利用．湖南城市學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）．2007

[2]張興璞,林青．淺談鍋爐煙氣余熱回收的應(yīng)用前景．建筑科學(xué)．2008

Practice of Transformation of Energy-saving Boiler Flue Gas Waste Heat Recovery

Dai ming

This paper analyzes the transforms efficiency of flue gas waste heat recovery energy-saving renovation project of steam boiler in Shanghai banknote printing co.,ltd.And the result shows thatthe boiler flue gas waste heat recovery can improve the utilization rate of heat energy,reduce emissions,and brings considerableeconomic benefit.

energy-saving and emission-reduction,flue gas waste heat utilization, economic performance

戴銘，1983年生，畢業(yè)于上海海洋大學(xué)建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)，現(xiàn)在上海印鈔有限公司從事能源管理工作。曾參與公司鍋爐控制系統(tǒng)改造、鍋爐煙氣余熱回收、中央空調(diào)冷凝熱回收等工作。