高效節(jié)能板式換熱器在燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收中的應(yīng)用

李少巖 劉少平

摘 要：天然氣在鍋爐燃燒腔內(nèi)燃燒過(guò)程中，燃燒不斷放出熱量，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)熱的傳播，將熱量傳遞給鍋爐受熱面，而本身溫度逐漸降低，最后由煙囪排出。據(jù)統(tǒng)計(jì)通過(guò)煙囪排出的煙氣熱量占燃料燃燒釋放全部熱量的10%以上，因此鍋爐排煙是一個(gè)潛力很大余熱資源，充分回收利用好余熱資源，對(duì)企業(yè)節(jié)能減排工作有著非常重要的意義。本文著重論述企業(yè)在燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收利用上，通過(guò)在煙筒上安裝高效節(jié)能的不銹鋼板式換熱器，利用煙氣余熱提升鍋爐供水溫度間接減少天然氣使用量的經(jīng)驗(yàn)介紹。

關(guān)鍵詞：煙氣余熱；板式換熱器；鍋爐供水溫度；天然氣；節(jié)能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.047

1 技術(shù)方案

1.1 系統(tǒng)效益

（1）節(jié)能：煙氣中有大量的水蒸汽（燃料中的H燃燒產(chǎn)生）水蒸汽冷凝會(huì)釋放大量的凝結(jié)潛熱，安裝冷凝換熱器后，排煙溫度可降到100度以下，吸收了煙氣中的顯熱和水蒸汽凝結(jié)后發(fā)出的潛熱。鍋爐的熱效率提高至95%以上。

（2）環(huán)保：煙氣中的水蒸汽冷凝結(jié)露過(guò)程中，吸收了煙氣中的NOX、SOX等有害氣體，排放物中的有害氣體大大低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)對(duì)燃料的節(jié)約，降低了用戶的年CO2排放。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）本項(xiàng)目使用了不對(duì)稱氣液換熱板換，釬焊模塊結(jié)構(gòu)，進(jìn)行選型計(jì)算和組裝制造。

（2）板片專門對(duì)氣側(cè)大流量進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，壓降低于300Pa。

（3）高效換熱器模塊為316L不銹鋼，并有防腐涂層，殼體及輔件采用304不銹鋼，可以有效抗煙氣及冷凝液腐蝕，運(yùn)行可靠。

（4）高效換熱器水側(cè)在出廠前進(jìn)行壓力測(cè)試，無(wú)泄漏產(chǎn)生。

（5）換熱循環(huán)水管系統(tǒng)：從鍋爐供給水箱下部設(shè)一根￠63兩臺(tái)節(jié)能器共用給水管，上部設(shè)同樣口徑回水管，供回水管分別并聯(lián)連接兩臺(tái)煙筒上的節(jié)能器，連接支管采用￠40口徑。循環(huán)泵按流量6噸/時(shí)、揚(yáng)程16米、功率0.75千瓦時(shí)、電壓380伏的凱泉牌管道泵選取，泵前進(jìn)水管上安裝過(guò)濾器，管道材質(zhì)為304衛(wèi)生級(jí)不銹鋼管。全程管道保溫，材質(zhì)為硅酸鹽、外安裝不銹鋼裝飾管。

1.3 工藝流程圖

1.4 高效換熱模塊（外購(gòu)）

2 節(jié)能原理說(shuō)明

（1）天然氣成分主要為烴，排煙中水蒸汽含量較高。每1NM3天然氣，燃燒后產(chǎn)生1.55kg 水蒸氣，具有可觀的汽化潛熱，大約為3700kJ，約占1NM3的天然氣低位燃燒熱值的10%。因此本項(xiàng)目回收的是高溫?zé)煔獾娘@熱和煙氣中水蒸氣的汽化潛熱兩部分。

（2）露點(diǎn)計(jì)算：一般純天然氣的成分為 CH4（98%），C3H3（0.3%），C4H4（0.3%），C5以上（0.4%），N2（1%）。露點(diǎn)與成分及過(guò)量空氣系數(shù)都有關(guān)聯(lián)，選取過(guò)量空氣系數(shù)1.1，在大氣壓下燃燒，水蒸汽體積百分含量為17.4%，相應(yīng)的露點(diǎn)溫度為57 攝氏度。因此，全冷凝的溫區(qū)一般在55-60攝氏度。

（3）本項(xiàng)目采用了不銹鋼氣體-液體換熱，由于氣體流道特殊強(qiáng)化構(gòu)造，氣側(cè)流速較低的情況下即可形成紊流流動(dòng)。由于整個(gè)裝置是全逆流狀況，較低的接觸面溫度在煙氣平均溫度在100-120攝氏度之間已經(jīng)產(chǎn)生部分冷凝。本項(xiàng)目按98攝氏度平均出口溫度計(jì)算，最高壁溫120度，最低壁溫35度，部分冷凝。

（4）采用部分冷凝的方案是兼顧技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)上有能力將整體煙氣降至露點(diǎn)區(qū)55-60度，但由于換熱溫差（水側(cè)出口端部溫差）的限制，整體換熱面積增加太多，設(shè)備價(jià)格過(guò)高，影響用戶的初投資和節(jié)能回收期。理論計(jì)算的全冷凝量由于氣體是持續(xù)流動(dòng)的，壓降很小的情況下通道流速為8.45m/s，實(shí)際冷凝量也大大低于理論冷凝量。因此冷凝區(qū)在80 攝氏度以上是比較經(jīng)濟(jì)的，并且回收了部分水的汽化潛熱。

3 換熱器選配與節(jié)能回收效益

注釋：（1）考慮鍋爐負(fù)荷的波動(dòng)，年節(jié)約費(fèi)用按年均總耗量×節(jié)能率8%估算，按企業(yè)年消耗天然氣100萬(wàn)立方米計(jì)算，全年節(jié)省燃?xì)赓M(fèi)8萬(wàn)立方米×3.57元/立方米=28.56萬(wàn)元。（2）兩臺(tái)汽液板式換熱器22萬(wàn)元+安裝費(fèi)5.8萬(wàn)元=27.8萬(wàn)元，板換換熱器安裝使用一年即可收回全部投資。

4 結(jié)論

長(zhǎng)春祈健生物制品有限公司利用不銹鋼板式換熱器效率高、耐腐蝕的特性，把燃?xì)忮仩t的高溫?zé)煔庥酂峄厥绽?，回收熱能用于鍋爐給水，提升鍋爐供水溫度，間接的減少了鍋爐天然氣的用量。從煙筒安裝不銹鋼板式換熱器以來(lái)，兩臺(tái)六噸燃?xì)忮仩t平均每年下降天然氣使用量13萬(wàn)立方米，減少燃料費(fèi)46萬(wàn)元，實(shí)際使用的換熱器節(jié)能效率超過(guò)15%，為企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高利潤(rùn)、減少能耗與污染物排放，起到了非常大促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).綜合能耗計(jì)算通則（GB/T2589-2008）[S].