定型工藝加熱方法研究

摘 要：染整皮革行業(yè)在后整理階段均存在定型工序，其中大部分定型工藝需要的熱風(fēng)溫度超過200℃，早期的熱媒使用導(dǎo)熱油，隨著小型工業(yè)鍋爐的退出以及工業(yè)園區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的普及，逐步以中壓蒸汽替代了導(dǎo)熱油。中壓蒸汽替代導(dǎo)熱油雖然可行，但由于蒸汽壓力提高，影響到熱電聯(lián)產(chǎn)機組的熱經(jīng)濟性。本文提出用低壓蒸汽+導(dǎo)熱油的復(fù)合加熱方法，將二者的優(yōu)勢集合，并將二者不足互補，以最大化發(fā)揮熱電聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)勢，并以最低成本滿足定型工藝的要求。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)熱油加熱；蒸汽加熱；復(fù)合加熱

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.024

0 前言

蒸汽加熱被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。上世紀九十年代開始，由于蒸汽凝結(jié)水沒有回收，飽和蒸汽需要疏水等原因，特別是染整皮革行業(yè)后整理階段定型加熱工藝所需要的熱風(fēng)溫度溫度較高，低壓飽和蒸汽的熱媒溫度達不到工藝要求，因此逐步用導(dǎo)熱油作為熱媒替代蒸汽。2000年之后，隨著工業(yè)企業(yè)退城入園，工業(yè)園區(qū)推廣熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱，特別是國家能源產(chǎn)業(yè)政策要求分散工業(yè)小鍋爐逐步退出供熱舞臺后，中壓蒸汽替代導(dǎo)熱油成為新的趨勢。實踐證明中壓蒸汽替代導(dǎo)熱油是可行的，但蒸汽壓力提高影響到熱電聯(lián)產(chǎn)機組的熱經(jīng)濟性。本文提出一種復(fù)合加熱方法，即用低壓蒸汽加熱到一定的溫度，然后用導(dǎo)熱油接續(xù)加熱到工藝要求的溫度，導(dǎo)熱油復(fù)合到蒸汽鍋爐中一并生產(chǎn)，最終實現(xiàn)低壓蒸汽與導(dǎo)熱油的復(fù)合加熱方式，滿足工藝要求，既提高熱電機組熱經(jīng)濟性，又可以降低熱用戶用熱成本，達到一個多贏的局面。

1 導(dǎo)熱油加熱

（1）導(dǎo)熱油加熱介紹。以導(dǎo)熱油作為傳熱媒介，通過鍋爐加熱到260～280℃，輸送到用熱設(shè)備進行換熱，換熱后（溫度降低約20℃）再循環(huán)回鍋爐。如此不斷強制液相循環(huán)，加熱過程熱媒?jīng)]有相變。

（2）導(dǎo)熱油加熱的優(yōu)點。①在低壓的條件下可以加熱到較高的溫度，加熱、換熱系統(tǒng)壓力等級低；② 閉式循環(huán)，熱損失??；③ 可以較精確控制熱風(fēng)溫度。

（3）導(dǎo)熱油加熱的缺點。①在系統(tǒng)泄漏的情況下，導(dǎo)熱油與明火相遇會燃燒；②需要閉式系統(tǒng)運行，但實際運用中很難做到，因此運行一段時間后結(jié)焦積炭現(xiàn)象不可避免，需要定期補充或更換導(dǎo)熱油；③強制循環(huán)需要大量耗功。

2 中壓蒸汽加熱

（1）中壓蒸汽加熱介紹。由于1.0MPa（g）以下蒸汽溫度不會超過184℃，達不到定型工藝要求的溫度，需要提高蒸汽壓力以提高蒸汽溫度，所以一般中壓蒸汽壓力是2.9MPa（g）左右，可以保證定型熱風(fēng)溫度達到200℃以上。

（2）中壓蒸汽加熱的優(yōu)點。①取消導(dǎo)熱油，防火等級降低，安全等級提高；②實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，熱能梯級利用；③可以替代生產(chǎn)導(dǎo)熱油的工業(yè)小鍋爐。

（3）中壓蒸汽加熱的缺點。①換熱裝置壓力等級提高；②從汽輪機中間抽汽，影響機組熱經(jīng)濟性；③ 園區(qū)集中供熱需要有二種以上壓力等級的供熱網(wǎng)。

3 蒸汽與導(dǎo)熱油接續(xù)加熱

（1）總體思路。將定型機換熱器分成兩段，低溫段用低壓蒸汽加熱，可以將熱風(fēng)溫度加熱到160℃，高溫段用導(dǎo)熱油加熱，將熱風(fēng)溫度加熱至200℃以上。如圖1所示。

（2）熱源方案。利用循環(huán)流化床蒸汽鍋爐，復(fù)合導(dǎo)熱油受熱面，充分利用循環(huán)流化床鍋爐煤種適應(yīng)性廣、燃燒效率高、低氮燃燒且可以進行爐內(nèi)部分脫硫的優(yōu)點，彌補了小型鏈條鍋爐生產(chǎn)導(dǎo)熱油的缺點。因此采用蒸汽鍋爐復(fù)合導(dǎo)熱油的熱源方案。

（3）方案特點。①可利用常規(guī)集中供熱1.0MPa（g）的低壓蒸汽，蒸汽成本低；②因為只使用低壓蒸汽，新蒸汽熱化發(fā)電率提高；③蒸汽導(dǎo)熱油復(fù)合生產(chǎn)，鍋爐效率高；③可以替代產(chǎn)出導(dǎo)熱油的工業(yè)小鍋爐；⑤用導(dǎo)熱油加熱高溫段，可以較精確控制熱風(fēng)溫度。

4 蒸汽+導(dǎo)熱油復(fù)合鍋爐

由于導(dǎo)熱油泄漏后遇火燃燒，循環(huán)流化床鍋爐又存在短周期磨損的固有特點，因此選用既有循環(huán)流化床鍋爐高效燃燒、低氮排放，又相對于常規(guī)循環(huán)流化床磨損低很多的循環(huán)雙流化床鍋爐做為蒸汽復(fù)合導(dǎo)熱油的爐型。

4.1 循環(huán)雙流化床鍋爐

循環(huán)雙流化床鍋爐是一種改進了的循環(huán)流化床鍋爐，其最主要特點就是有兩個流化床，一個燃煤的主床，一個專燒飛灰的副床（見圖2）。

（1）主床：主床內(nèi)沒有埋管，流化速度較高。煤由螺旋給煤機送入主床密相區(qū)，迅速與高溫床料混合后著火燃燒，空氣由高壓主床風(fēng)機通過布風(fēng)裝置送入，并使床料流化，大部分燃料在密相區(qū)燃燒。高溫?zé)煔鈯A帶大量飛灰離開密相區(qū)進入懸浮室，未燃燼的煙氣與飛灰在爐膛內(nèi)繼續(xù)燃燒。（2）副床：副床位于懸浮室之后，燃燼室的下部，副床燒灰，流化速度很低，只有1m/s左右，是低速飛灰床，床內(nèi)設(shè)有埋管以充分利用埋管傳熱。副床灰來自三部分：①煙氣從懸浮室轉(zhuǎn)向到燃燼室時，粗顆粒的高溫灰被分離，直接進入副床燃燒。②煙氣在燃燼室再次轉(zhuǎn)向，一部分飛灰被分離掉進副床。③在燃燼室后布置旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)分離器分離下來的飛灰，經(jīng)返料裝置送至副床。（3）爐膛：爐膛分割成三室，組成折疊式爐膛，煙氣在爐膛內(nèi)作N形流動。（4）煤粒子的燃燒需要一定的時間，這就需要爐膛有一定的高度，對于小容量鍋爐來說恰恰是個局限。而循環(huán)雙流化床組成折疊式爐膛，煙氣流程很長，滿足了旋風(fēng)分離器一次不能捕捉的細灰的燃燒要求，而煙氣多次轉(zhuǎn)向造成的擾動，使煙氣混合很好，增強了擾動效果。（5）用副床燒灰有幾大優(yōu)點：①飛灰在副床內(nèi)平均有半小時以上的燃燒時間，飛灰在副床內(nèi)燃燒得非常完全，副床灰中可燃物含量低于2%；②副床通過排灰及冷灰裝置排灰，與主床排渣冷渣裝置相似，排灰量約占總飛灰量的一半，這樣就減少了尾部飛灰份額，降低鍋爐初始排塵濃度，即使燒劣質(zhì)煤，也容易達到初始排放濃度的排放標準，③飛灰在爐內(nèi)不需無限循環(huán)，爐膛煙道中飛灰濃度僅為一般循環(huán)床鍋爐的幾十分之一，這對保護受熱面免受飛灰的磨損非常有效，循環(huán)雙流化床鍋爐蒸發(fā)受熱面與尾部受熱面的使用周期是常規(guī)循環(huán)流化床的五倍以上。 （6）以上這些特點，特別是尾部飛灰份額的降低，對于尾部豎井布置的受熱面能得到很好的保護的特點，因此選擇循環(huán)雙流化床鍋爐做為復(fù)合導(dǎo)熱油的首選爐型。

4.2 復(fù)合導(dǎo)熱油受熱面

在鍋爐尾部受熱面中，將煙氣側(cè)分為多個流程，一部分受熱面是工質(zhì)為導(dǎo)熱油的省煤器，一部分是工質(zhì)為水的省煤器，在煙氣流程的出口設(shè)獨自的煙氣調(diào)節(jié)門，每個流程的煙氣量可以通過風(fēng)門來調(diào)節(jié)。煙氣通道的分割采用鍋爐的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，每個煙氣調(diào)節(jié)門為多軸風(fēng)門并聯(lián)，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門的旋轉(zhuǎn)角度對煙氣量進行調(diào)節(jié)。通過風(fēng)門調(diào)節(jié)蒸汽、導(dǎo)熱油煙道中的煙氣流量，從而調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油的負荷與蒸汽負荷，保障鍋爐啟動和運行中的安全性和可靠性。該型鍋爐由四川東方鍋爐工業(yè)鍋爐集團研發(fā)，已有成功應(yīng)用案例[1]，如圖2所示。

5 蒸汽導(dǎo)熱油復(fù)合加熱的節(jié)能分析

以單個熱用戶耗10t/h中壓蒸汽加熱為例評價節(jié)能效果。

10t/h中壓（2.9MPa.g）蒸汽加熱方式與低壓蒸汽（1.0MPa.g）7.9t/h+導(dǎo)熱油107.3萬kcal/h等效， 每噸蒸汽在高溫高壓背壓式機組中從2.9MPa.g做功到1.0MPa.g，可多發(fā)電30.3 kW，10噸蒸汽可多發(fā)電303kW，以年運行7200小時計，年可多發(fā)電量218萬kWh。

高溫高壓背壓機組供電標煤耗為170g，全國火力發(fā)電平均供電標煤耗318g，每kWh節(jié)約標準148 g，年多產(chǎn)出218萬kWh的電能可節(jié)約標準煤323噸。

6 結(jié)語

一個工業(yè)園區(qū)在合適的供熱半徑內(nèi)替代十家熱用戶，將替代約100噸中壓蒸汽，節(jié)約標準煤3230噸。如果推廣到100個工業(yè)園區(qū)，年可以節(jié)約一次能源32萬tce，有較好的節(jié)能效果。

參考文獻：

[1]王鋼.東鍋蒸汽復(fù)合導(dǎo)熱油鍋爐介紹[R].

作者簡介：方桂平（1965-），男，福建浦城人，工程碩士，高級工程師，研究方向：熱電聯(lián)產(chǎn)區(qū)域規(guī)劃、熱電聯(lián)產(chǎn)及余熱發(fā)電技術(shù)。