燃?xì)忮仩t余熱回收工程技術(shù)分析

王永利 張海港 趙爾冰

北京市朝陽(yáng)區(qū)特種設(shè)備檢測(cè)所，北京 100122

1 鍋爐余熱回收工程背景

加裝余熱回收器的理念來(lái)自傳統(tǒng)燃煤鍋爐的省煤器和冷凝式燃?xì)忮仩t。自荷蘭1979年誕生第一臺(tái)冷凝式鍋爐至今，歐美各國(guó)冷凝式燃?xì)忮仩t已經(jīng)占到供熱鍋爐的一半以上。燃?xì)忮仩t的煙氣余熱回收是通過(guò)增加尾部受熱面來(lái)降低鍋爐排煙溫度，從而降低鍋爐排煙熱損失的節(jié)能技術(shù)[1]。隨著我市節(jié)能力度加大，煙氣余熱回收（以下簡(jiǎn)稱(chēng)節(jié)能器）工程越來(lái)越受到重視。

2 燃?xì)忮仩t余熱回收能效分析

2.1 鍋爐節(jié)能測(cè)試原理

鍋爐按照輸入輸出能量守恒建立熱平衡方程

若兩邊都除以鍋爐輸入熱量（Qr），用百分比表示：

q1為鍋爐主機(jī)的熱效率。能效測(cè)試通常有兩種：正平衡試驗(yàn)，通過(guò)鍋爐有效利用熱Q1和鍋爐輸入熱Qr來(lái)直接求得熱效率q1。該方法簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)直觀可靠，但僅能測(cè)出鍋爐效率，無(wú)法判斷Q2～Q6哪個(gè)部分熱損失大；反平衡試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)算各項(xiàng)熱損失（q2、q3、q4、q5、q6）得到鍋爐熱效率。既能推出鍋爐效率，又能找出哪個(gè)部分熱損失大。

2.2 煙氣余熱回收器前后熱效率對(duì)比分析

以東郊供熱廠鍋爐煤改氣項(xiàng)目為例，該廠一期選用10臺(tái)WNS14-1.6/130/70/-Q燃?xì)鉄崴仩t，節(jié)能器TS鍋爐廠報(bào)價(jià)單臺(tái)為16.4萬(wàn)元。按GB/T10180-2003標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行能效測(cè)試，節(jié)能器煙氣入口側(cè)工況表示未加裝，節(jié)能器煙氣出口側(cè)工況表示加裝。通過(guò)鍋爐反平衡效率對(duì)比，排煙溫度由155℃降到90℃，排煙焓值下降，排煙熱損失減少。鍋爐效率由92.3%提高到95.35%。節(jié)選數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 余熱回收器工況對(duì)比表

3 鍋爐生產(chǎn)期加裝節(jié)能器的價(jià)值分析

價(jià)值工程管理方法源于二戰(zhàn)期間，由價(jià)值分析之父、美國(guó)通用電氣公司工程師勞倫斯D·邁爾斯（L.D.Miles）于1947年創(chuàng)立，它從功能和成本兩方面提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。其中，產(chǎn)品價(jià)值（V）=產(chǎn)品功能（F）/產(chǎn)品成本(C)，用替代方案滿(mǎn)足功能需求；在相同功能下選擇成本低的方案，在成本相同時(shí)選擇功能強(qiáng)的方案[2]。本例從鋼耗分析，加裝前占總受熱面的比例為88%，節(jié)能器占總受熱面的12%。加裝前效率為92.3%，加裝后效率為95.35%。鍋爐主體用88%的鋼耗完成了97%的換熱工作，節(jié)能器用12%的鋼耗完成了3%的換熱工作，詳見(jiàn)表2。

表2 煙氣余熱回收器產(chǎn)品價(jià)值分析

4 鍋爐加裝節(jié)能器運(yùn)行期的成本分析

全壽命期管理方法源于瑞典全壽命期管理鐵路系統(tǒng)，在歐美軍方中得到普遍應(yīng)用。它從設(shè)備的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，全面考慮設(shè)備的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、購(gòu)置、安裝、運(yùn)行、維修、改造、更新直至報(bào)廢的全過(guò)程。投資回收期分析是現(xiàn)值分析法的擴(kuò)展，為決策提供一個(gè)初選方案或者補(bǔ)充信息。

本例項(xiàng)目配用煙氣余熱回收器，成本增加16.4萬(wàn)元，效率增加3%，在額定負(fù)荷下64天收回增加成本。在50%負(fù)荷下127天(供暖季)收回增加成本。

5 燃?xì)忮仩t余熱回收安全分析

安全性評(píng)價(jià)是綜合運(yùn)用安全系統(tǒng)工程對(duì)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行預(yù)測(cè)和度量的一種科學(xué)方法。它對(duì)系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)性進(jìn)行定性和定量分析，得出系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)的可能性及其程度的評(píng)價(jià)。下面主要從物的不安全的狀態(tài)、人的不安全的行為、不安全的環(huán)境對(duì)本例進(jìn)行分析，見(jiàn)表3。

表3 投入煙氣余熱回收器成本與節(jié)能收益對(duì)比表

5.1 鍋爐安裝余熱回收器安全管理

按照《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》和原質(zhì)檢總局文件要求，參與鍋爐介質(zhì)循環(huán)的余熱回收器需要由具備特種設(shè)備鍋爐制造資質(zhì)的單位生產(chǎn)。按照《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，鍋爐改造方案需要由具備特種設(shè)備鍋爐制造資質(zhì)的單位制定設(shè)計(jì)文件需要經(jīng)過(guò)鍋爐設(shè)計(jì)文件安全鑒定和節(jié)能鑒定。

鍋爐加裝節(jié)能器，回水經(jīng)過(guò)節(jié)能器再進(jìn)入原有鍋爐，按特種設(shè)備管理已達(dá)成共識(shí)。但加裝在二次水系統(tǒng)的節(jié)能器，部分節(jié)能器廠家以出水溫度不夠100℃不算壓力容器為由，未取得制造資質(zhì)。即使是鍋爐廠或容器廠制造的產(chǎn)品，也未按特種設(shè)備進(jìn)行制造及監(jiān)檢，存在安全隱患。

2014版《特種設(shè)備目錄》中的鍋爐定義，是指“利用各種燃料、電或者其他能源，將所盛裝的液體加熱到一定的參數(shù)，并通過(guò)對(duì)外輸出介質(zhì)的形式提供熱能的設(shè)備，其范圍規(guī)定為設(shè)計(jì)正常水位容積大于或者等于30L，且額定蒸汽壓力大于或者等于0.1MPa（表壓）的承壓蒸汽鍋爐；出口水壓大于或者等于0.1MPa（表壓），且額定功率大于或者等于0.1MW的承壓熱水鍋爐；額定功率大于或者等于0.1MW的有機(jī)熱載體鍋爐?！?/p>

目錄中鍋爐定義并沒(méi)有介質(zhì)溫度的要求，不僅限于利用燃料燃燒釋放的熱能，比傳統(tǒng)定義更加寬泛。在工作中應(yīng)注意定義的變化，煙氣余熱回收器的出水壓力、額定功率如達(dá)到目錄限值，相當(dāng)于余熱鍋爐；即使出水溫度低于100℃，同樣要作為特種設(shè)備管理。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)燃?xì)忮仩t余熱回收原理、能效、成本、安全等分析探究，以及對(duì)加裝余熱回收器前后的能效測(cè)試數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，燃?xì)忮仩t加裝煙氣余熱回收器可以提高鍋爐熱效率，但是在生產(chǎn)期環(huán)節(jié)價(jià)值系數(shù)為0.268，僅從建設(shè)期費(fèi)用低價(jià)中標(biāo)考慮沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這也是我國(guó)目前燃?xì)忮仩t余熱回收技術(shù)沒(méi)有普及的原因之一。

將全壽命期管理方法引入鍋爐節(jié)能管理，發(fā)現(xiàn)加裝煙氣余熱回收器增加的成本可以通過(guò)鍋爐運(yùn)行期節(jié)約成本彌補(bǔ)回來(lái)，建議在建設(shè)期就選用有余熱回收器的爐型。