15t/h燃?xì)忮仩t房系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

覃光志 王超平 胡 涌 羅本國(guó) 程遠(yuǎn)強(qiáng)

（1.貴州煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司 貴州貴陽(yáng) 550025 2.貴州迪鑫工業(yè)設(shè)備工程有限公司 貴州貴陽(yáng) 550025）

15t/h燃?xì)忮仩t房系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

覃光志1王超平1胡 涌1羅本國(guó)2程遠(yuǎn)強(qiáng)2

（1.貴州煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司 貴州貴陽(yáng) 550025 2.貴州迪鑫工業(yè)設(shè)備工程有限公司 貴州貴陽(yáng) 550025）

燃?xì)忮仩t高效、清潔，但運(yùn)行成本較高。貴州迪鑫工業(yè)設(shè)備工程有限公司對(duì)新建的SZS系列燃?xì)忮仩t房系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了鍋爐效率，有效較低燃?xì)夂穆?，為同類型天然氣鍋爐新建項(xiàng)目提供了典型的工程案例。

燃?xì)忮仩t；優(yōu)化設(shè)計(jì)；燃?xì)夂穆?/p>

1 引言

當(dāng)前，生產(chǎn)企業(yè)普遍采用燃煤鍋爐，其能源利用率低，燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境污染大。貴州煙葉復(fù)烤有限公司貴陽(yáng)復(fù)烤廠積極響應(yīng)國(guó)家環(huán)保要求，根據(jù)貴陽(yáng)市人民政府辦公廳筑符辦函（2015）69號(hào)文件精神：逐步取締燃煤鍋爐，新建高效清潔的燃?xì)忮仩t。這是因?yàn)槿細(xì)馐且环N高效、清潔的氣體燃料，燃?xì)忮仩t的燃燒產(chǎn)物中氮、硫氧化物和粉塵量較燃煤鍋爐相比，更易達(dá)到國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，燃?xì)忮仩t啟動(dòng)速度快，在燃料儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)确矫娓呓?jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。燃?xì)忮仩t效率較高，但運(yùn)行費(fèi)用也較高。運(yùn)行情況表明，新建的燃?xì)忮仩t，蒸汽成本大幅度提高，增加了煙葉復(fù)烤的生產(chǎn)成本，不利于企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。貴州迪鑫工業(yè)設(shè)備工程有限公司對(duì)新建的SZS系列燃?xì)忮仩t房系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)配置高效節(jié)能器、空氣預(yù)熱器以及冷凝器等，能大幅度地減少燃?xì)庀穆剩瑥亩档蜔熑~復(fù)烤的生產(chǎn)成本，提升企業(yè)在同行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

蒸汽是煙葉復(fù)考工藝中必不可少的熱源，也是企業(yè)的主要能耗成本，生產(chǎn)蒸汽的成本由以下環(huán)節(jié)決定：生產(chǎn)、輸送、使用終端，因此節(jié)能應(yīng)從每個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行挖掘。

2 生產(chǎn)蒸汽環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

蒸汽的生產(chǎn)就是將天然氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為蒸汽熱能的過(guò)程，完成此過(guò)程的主要設(shè)備就是天然氣鍋爐，此環(huán)節(jié)的優(yōu)化也就是對(duì)鍋爐本體及尾部煙道的優(yōu)化。

2.1 鍋爐本體優(yōu)化

結(jié)構(gòu)形式和總體布置：

選用SZS系列鍋爐，本體為雙鍋筒、縱置式、室燃D型布置結(jié)構(gòu)，右側(cè)為爐膛，左側(cè)為對(duì)流管束；爐膛四周為膜式水冷壁，爐膛左側(cè)的膜式水冷壁將爐膛與對(duì)流管束完全密封隔開(kāi)，對(duì)流管束區(qū)后部為拉稀的錯(cuò)列結(jié)構(gòu)（對(duì)流管束Ⅰ區(qū)），前部為順列結(jié)構(gòu)（對(duì)流管束Ⅱ區(qū)）。鍋爐共布置有六處排放口，分別位于：爐膛后部面板、外側(cè)對(duì)流管后部面板、節(jié)能器下部（2處）、空氣預(yù)熱器下部、冷凝器下部；排放采用水封管型式，水封高度應(yīng)不小于400mm，能有效解決燃?xì)馊紵龝r(shí)煙氣冷凝水的排放問(wèn)題。鍋爐主要參數(shù)如表1所示。

表1 鍋爐主要參數(shù)

SZS系列燃油（氣）快裝水管鍋爐具有以下優(yōu)點(diǎn)：鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、基建投資省、安裝周期短；燃燒室采用全膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，且采用微正壓燃燒，無(wú)串煙問(wèn)題，運(yùn)行環(huán)境無(wú)污染；鍋爐尾部采用螺旋鰭片管節(jié)能器，排煙溫度可達(dá)60℃以下，熱效率較高，設(shè)計(jì)效率為95%。

2.2 鍋爐燃燒器的合理選型

燃料完全燃燒要求具備足夠的氧氣、一定的溫度、燃料與空氣的良好混合以及燃燒反應(yīng)的充足時(shí)間。選用與燃料相適應(yīng)的燃燒器是保證燃料充分燃燒、減少化學(xué)不完全燃燒損失的必要條件。本鍋爐選用芬蘭奧林比例調(diào)節(jié)燃燒器，其內(nèi)部有電子比例調(diào)節(jié)裝置，采用全自動(dòng)可調(diào)混合技術(shù)。燃燒器中裝有轉(zhuǎn)換時(shí)間為30s/90°的伺服馬達(dá)，伺服馬達(dá)通過(guò)軸向連接燃油流量調(diào)節(jié)器以及復(fù)合調(diào)節(jié)器，根據(jù)加熱器負(fù)荷作出無(wú)極調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)時(shí)，根據(jù)煙氣分析儀來(lái)調(diào)整燃燒器的每個(gè)不同功率段的空燃比，確保燃?xì)夂涂諝獾某浞只旌虾秃侠淼倪^(guò)量空氣系數(shù)，減少排煙熱損失和化學(xué)不完全燃燒損失，提高了燃燒效率。

2.3 鍋爐煙氣、給水流程

爐膛燃燒產(chǎn)生的煙氣從爐膛尾部進(jìn)入燃燼室，通過(guò)拉稀的對(duì)流管束區(qū)，前部對(duì)流管束區(qū)，然后從鍋爐左側(cè)前部轉(zhuǎn)向進(jìn)入螺旋鰭片管節(jié)能器和螺旋鰭片管冷凝器，最后進(jìn)入煙道由引風(fēng)機(jī)抽引進(jìn)入煙囪排向大氣，出口煙溫降至54.55℃；冷凝水和化學(xué)補(bǔ)充水依次通過(guò)冷凝式余熱回收裝置、除氧器、節(jié)能器，出口水溫為151.44℃。鍋爐煙氣、給水流程如圖1所示。

圖1 鍋爐煙氣、給水流程圖

2.4 節(jié)能器優(yōu)化設(shè)計(jì)

節(jié)能器選用螺旋鰭片管，能有效增大管外換熱面積，強(qiáng)化傳熱。同時(shí)，單位體積內(nèi)換熱面積增大而使換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，降低了煙氣流動(dòng)阻力，減輕受熱面的磨損。通過(guò)給水泵加壓后的104℃熱水經(jīng)過(guò)節(jié)能器加熱后，水溫上升到151.44℃，煙氣溫度從309.956℃降低至125.94℃，煙氣降溫184.016℃，確保了合理的傳熱溫差、合適的換熱面積和煙氣流速。

2.5 空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)要求和優(yōu)化布置

蒸汽冷凝水回收3t/h，從節(jié)能器出口的煙氣如果直接進(jìn)入冷凝式余熱回收裝置，將會(huì)造成循環(huán)水箱溫度升高，提高排煙溫度，從而造成排煙熱損失增大，使鍋爐運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。將空氣預(yù)熱器布置在鍋爐節(jié)能器之后、冷凝式余熱回收裝置之前，通過(guò)煙氣余熱加熱空氣。煙氣進(jìn)口煙溫125.94℃，出口煙溫101.831℃，煙氣降溫24℃；常溫空氣經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器后，出口熱空氣溫度達(dá)到46.23℃；空氣預(yù)熱器出口101.831℃的煙氣再進(jìn)入冷凝式余熱回收裝置。采用此種結(jié)構(gòu)布置，能確保鍋爐長(zhǎng)期高效運(yùn)行。

空氣預(yù)熱器采用臥式管式空氣預(yù)熱器，管子規(guī)格為φ40×1.5mm，由于出口排煙溫度有所降低，這可能會(huì)導(dǎo)致尾部受熱面低溫腐蝕，此處管材選用考登鋼，具有一定的抗腐蝕性。

2.6 冷凝式余熱回收裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

冷凝式余熱回收裝置由純銅整體三維針肋強(qiáng)化換熱管構(gòu)成，具有換熱系數(shù)高、熱阻小、不衰減、耐腐蝕、體積小等優(yōu)點(diǎn)。整體針肋換熱管的周向翅片是“間斷”的，無(wú)論煙氣橫向、縱向沖刷管束，所有針肋擴(kuò)展表面都受到煙氣的橫向紊流沖刷并在針肋背面形成對(duì)稱的穩(wěn)態(tài)漩渦和回流區(qū)，煙氣熱邊界層被不斷的破壞、再形成、減薄，極大的減小了熱阻，提高了換熱系數(shù)。

3 蒸汽輸送環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

蒸汽的輸送就是將新蒸汽輸送至各生產(chǎn)車(chē)間，并將使用后減溫、減壓的蒸汽及時(shí)回收。此環(huán)節(jié)的優(yōu)化就是對(duì)冷凝水回收系統(tǒng)、輸送管道和排污熱量回收系統(tǒng)的優(yōu)化。

3.1 鍋爐蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)密閉式優(yōu)化設(shè)計(jì)

貴陽(yáng)復(fù)烤廠鍋爐產(chǎn)生的新蒸汽經(jīng)過(guò)各生產(chǎn)車(chē)間減溫、減壓后，通過(guò)浮球疏水閥（背壓式疏水閥）將帶壓的蒸汽冷凝水輸送到蒸汽冷凝水集中裝置，原采用蒸汽加壓的方式將蒸汽冷凝水送入鍋爐除氧器。這樣的蒸汽冷凝水回收裝置存在如下問(wèn)題：蒸汽壓力較高，生產(chǎn)設(shè)備和管道可能不嚴(yán)，易造成蒸汽泄漏。

從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，采用密閉式蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)。生產(chǎn)車(chē)間來(lái)的蒸汽冷凝水進(jìn)入密閉式蒸汽冷凝水儲(chǔ)罐，用防汽蝕熱水泵送至鍋爐除氧器；生產(chǎn)車(chē)間外排的蒸汽冷凝水克服阻力由0.3MPa降低至0.1MPa，蒸汽冷凝水熱量得以回收。該種方式近乎完全回收工質(zhì)和熱量，能有效降低蒸汽消耗，提高生產(chǎn)效率。密閉式蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)如圖1中虛心框所示。

3.2 蒸汽冷凝水輸送管道優(yōu)化設(shè)計(jì)

蒸汽冷凝水管施工按照《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50242-2002）《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50300-2001）和《管道及設(shè)備保溫施工工藝標(biāo)準(zhǔn)》（SGBZ-0519）進(jìn)行。蒸汽冷凝水管道用80mm厚的硅酸鋁保溫，外包鋁皮，管道的保溫質(zhì)量好，外觀漂亮。

3.3 排污熱量回收系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

鍋爐排污能提高蒸汽品質(zhì)，保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，但排污工質(zhì)數(shù)量和熱量較大，因此對(duì)鍋爐排污工質(zhì)的有效回收對(duì)提高生產(chǎn)效率，較低燃?xì)夂穆示哂兄匾饬x。長(zhǎng)期運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)：對(duì)鍋爐排污水熱量進(jìn)行回收利用，能至少提高效率1%。為保證鍋爐排污熱量回收系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行采用以下技術(shù)措施：

根據(jù)《工業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)定排污標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)鍋爐爐水的電導(dǎo)率傳感器信號(hào)達(dá)到設(shè)定值，才控制連續(xù)排污電動(dòng)閥自動(dòng)打開(kāi)，避免鍋爐過(guò)度排污增加能耗。

連續(xù)排污的高溫飽和水輸至壓力較低的連續(xù)排污擴(kuò)容裝置，部分飽和水變成壓力為0.2MPa左右的低壓蒸汽。低壓蒸汽通過(guò)蒸汽管道進(jìn)入除氧器除輔助加熱，減少除氧器的蒸汽補(bǔ)充；飽和水進(jìn)入盤(pán)管換熱裝置，加熱冷凝器來(lái)的熱水，經(jīng)過(guò)熱交換后的連續(xù)排污水外排至污水處理池。

定期排污出口安裝有定期排污擴(kuò)容裝置，定期排污水通過(guò)定期排污擴(kuò)容裝置，部分變成低壓飽和蒸汽供除氧器使用，剩余的定期排污水及雜質(zhì)外排至污水處理池。

4 鍋爐新建后的實(shí)際運(yùn)行能效分析

貴州迪鑫工業(yè)設(shè)備工程有限公司于2015年9月30日完成鍋爐新建項(xiàng)目，2015年10月5日開(kāi)始進(jìn)行蒸汽供應(yīng)，通過(guò)兩個(gè)月的運(yùn)行和貴州省特檢院能效測(cè)試，鍋爐每生產(chǎn)1t蒸汽的天然氣平均消耗為70m3，與類似的天然氣鍋爐相比，每生產(chǎn)1t蒸汽的天然氣平均消耗降低了20m3，鍋爐能效測(cè)試達(dá)到了95.58%，鍋爐效率較高，達(dá)到了鍋爐優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求，為同類型的天然氣鍋爐新建項(xiàng)目提供了典型的工程案例。

表2 新建鍋爐與同類型鍋爐比較

[1]周偉國(guó).關(guān)于燃煤鍋爐改為燃?xì)忮仩t的探討.煤氣與熱力，2000.

[2]趙瑞平，喬鴻飛.燃煤鍋爐改為燃?xì)忮仩t的可行性研究.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007（15）：192～193.

[3]周 勇.燃?xì)忮仩t的節(jié)能降耗改造方案分析.化工機(jī)械，2014（12）：192～193.

[4]陳慈平，于 航.某廠燃煤鍋爐改造為燃?xì)忮仩t的可行性分析.上海節(jié)能，2010（6）：40～42.

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