復(fù)合相變換熱器在吹風(fēng)氣鍋爐煙氣余熱回收中的應(yīng)用

劉　欣 ， 段東林 ， 林其聰

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)　453731)

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復(fù)合相變換熱器在吹風(fēng)氣鍋爐煙氣余熱回收中的應(yīng)用

劉欣 ， 段東林 ， 林其聰

(河南心連心化肥有限公司 ， 河南 新鄉(xiāng)453731)

摘要：結(jié)合吹風(fēng)氣鍋爐低溫?zé)煔庥酂豳Y源特點(diǎn)，提出了可行的煙氣余熱回收方式。通過(guò)對(duì)比分析了復(fù)合相變換熱器作為低溫?zé)煔庥酂峄厥辗绞降膬?yōu)點(diǎn)，并通過(guò)效益分析，為吹風(fēng)氣鍋爐提出節(jié)能新舉措。

關(guān)鍵詞：吹風(fēng)氣鍋爐 ； 低溫余熱回收 ； 復(fù)合相變換熱器

0前言

采用固定床間歇式造氣爐工藝的氮肥系統(tǒng)，為了回收造氣爐吹風(fēng)氣均配備有吹風(fēng)氣鍋爐。吹風(fēng)氣鍋爐不僅回收了氮肥系統(tǒng)產(chǎn)生的有燃燒價(jià)值的外排氣，減少了環(huán)境污染，更為氮肥系統(tǒng)提供了大量飽和蒸汽，具有節(jié)能減排的作用。

吹風(fēng)氣鍋爐除了回收固定床間歇式造氣爐吹風(fēng)階段的吹風(fēng)氣，還回收合成膜提氫崗位弛放氣以及脫碳崗位廢氣等可燃?xì)怏w，這些可燃?xì)怏w在吹風(fēng)氣燃燒爐內(nèi)與配入的高溫空氣燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔猓a(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)換熱器加熱脫鹽水產(chǎn)生飽和蒸汽，通過(guò)換熱器后的煙氣溫度一般在150 ℃以上，這部分煙氣作為低溫余熱，仍以熱能形式回收能量，屬于“二次能源”，其進(jìn)行回收會(huì)進(jìn)一步提高能源利用效率。

1煙氣余熱資源特點(diǎn)

由于生產(chǎn)使用的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、原料、生產(chǎn)方法及燃燒條件的不同，從而給余熱的回收利用帶來(lái)了較大的困難。余熱熱源一般具有如下特點(diǎn)：①熱負(fù)荷不穩(wěn)定。工藝的生產(chǎn)過(guò)程決定了熱負(fù)荷的不穩(wěn)定性。一些生產(chǎn)工藝及余熱排放具有周期性變化。這些工藝雖然是連續(xù)穩(wěn)定工作，但是熱源提供的熱量也會(huì)有波動(dòng)。②煙氣中含塵量大。由于煙塵的化學(xué)、物理性質(zhì)惡劣，容易黏結(jié)、積灰，從而對(duì)余熱回收設(shè)備產(chǎn)生較為嚴(yán)重的堵塞和磨損。③熱源具有腐蝕性。煙氣余熱中往往含有SO2等腐蝕性氣體，煙塵中含有各種非金屬和金屬元素，它們都可能對(duì)回收設(shè)備造成高溫或低溫腐蝕。因此，低溫?zé)嵩吹挠酂峄厥辗绞叫枰槍?duì)工藝狀況、低溫?zé)嵩礆怏w成分、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布局等情況，選擇熱回收效率高，設(shè)備能夠長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的回收方式。

2煙氣余熱深度回收技術(shù)

溫度180 ℃以下的煙氣余熱回收為深度回收，隨著節(jié)能減排的壓力增大，低溫?zé)煔獾挠酂峄厥找鹆藦V泛重視。為解決這一問(wèn)題，人們做了多種嘗試，適用于低溫?zé)煔庥酂峄厥盏膿Q熱設(shè)備主要有兩種。一種是氟塑料換熱器：氟塑料的化學(xué)性能穩(wěn)定，抗腐蝕性能好，管壁表面光滑，有適度的撓性，不易結(jié)垢。主要用于工作壓力為0.2～1.0 MPa、工作溫度<200 ℃的各種腐蝕性介質(zhì)的換熱。一種是復(fù)合相變換熱器：在熱管換熱器的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)優(yōu)化，克服了傳統(tǒng)熱管逐漸老化以至失效的弱點(diǎn)，并可以在不停爐的情況下及時(shí)排放不凝氣體，大大延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。鑒于氟塑料換熱器熱導(dǎo)率低、設(shè)備投資較高、使用壽命有待驗(yàn)證等因素，公司采用復(fù)合相變換熱器作為吹風(fēng)氣鍋爐煙氣余熱深度回收的選擇方案。

3煙氣余熱深度回收方案

與熱管換熱器每根熱管獨(dú)立的布置方式不同，復(fù)合相變換熱器將相互獨(dú)立的部分，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)構(gòu)造成一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化整體，與煙氣溫度保持較小梯度溫降，通過(guò)相變段換熱流量的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)備可能出現(xiàn)不同最低壁面溫度的閉環(huán)控制。

3.1吹風(fēng)氣鍋爐煙氣成分

采用煙氣分析儀器在引風(fēng)機(jī)出口對(duì)煙氣成分進(jìn)行檢測(cè)，吹風(fēng)氣鍋爐煙氣成分檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　檢測(cè)數(shù)據(jù)

注：煙氣含水量為5%。

3.2酸露點(diǎn)的計(jì)算

經(jīng)驗(yàn)公式：t=20lgV(SO3)+a

式中：V(SO3)為SO3在煙氣中的體積百分?jǐn)?shù)；a為水分含量系數(shù)，水分含量為5%、10%、15%時(shí)，對(duì)應(yīng)取184、194、201。

根據(jù)煙氣成分?jǐn)?shù)據(jù)，SO2含量為200 mg/Nm3，則SO3含量為250 mg/Nm3。

=0.007%

根據(jù)煙氣成分?jǐn)?shù)據(jù)，煙氣中水分含量為5%，在酸露點(diǎn)計(jì)算中，a取值184，則可以根據(jù)酸露點(diǎn)計(jì)算公式得出吹風(fēng)氣鍋爐煙氣酸露點(diǎn)為：

t=20lg(0.007% )+184=101 ℃

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，上述公式計(jì)算的酸露點(diǎn)一般比實(shí)際酸露點(diǎn)低5 ℃左右，因此該項(xiàng)目煙氣酸露點(diǎn)取值106 ℃。

根據(jù)酸露點(diǎn)計(jì)算數(shù)據(jù)，依據(jù)復(fù)合相變換熱器設(shè)計(jì)原理，相變換熱器壁溫需控制在酸露點(diǎn)以上，因此換熱器壁溫需≥106 ℃，煙氣排煙溫度一般比壁溫高15 ℃，因此確定復(fù)合相變換熱器設(shè)計(jì)出口煙溫為121 ℃。

3.3煙氣余熱回收裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

表2　檢測(cè)數(shù)據(jù)

3.4煙氣余熱回收裝置工藝流程

在吹風(fēng)氣鍋爐煙氣系統(tǒng)尾部，即空預(yù)器之后加裝一臺(tái)復(fù)合相變換熱器相變段，該相變段將煙氣溫度為160 ℃左右的煙氣回收熱量后，加熱管束內(nèi)的脫鹽水介質(zhì)，被加熱后的脫鹽水產(chǎn)生飽和蒸汽上升至汽包段，來(lái)自其他崗位的70 ℃左右的脫鹽水在汽包段被飽和蒸汽加熱至90 ℃以上被送往自備電廠除氧器進(jìn)行除氧后供循環(huán)流化床鍋爐使用，汽包段飽和蒸汽被冷凝后形成冷凝水返回至相變段換熱管束作為冷介質(zhì)循環(huán)，吸收高溫?zé)煔鉄崃浚绱朔磸?fù)循環(huán)，達(dá)到節(jié)能的目的，回收裝置工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1　煙氣余熱回收裝置工藝流程圖

收稿日期：2016-04-11

作者簡(jiǎn)介：劉欣(1984-)，女，工程師，從事氮肥系統(tǒng)新技術(shù)研究工作，電話：15836016659。

中圖分類號(hào)：TQ172.6+25.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1003-3467(2016)06-0032-02