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锅炉烟气保温效益探析
自
引言
目前中国工业锅炉平均煤耗比国际先进水平高,中国燃煤工业锅炉的设计效率与国外相比差距并不大,但实际运行效率,尤其是余热综合利用效率比国际先进水平低15%~20%。通过节能降耗关键技术改造和完善标准化管理等措施,仅燃煤工业锅炉1个方面的节煤潜力就有7000×104t[1]。“十二五”开局之年,国家把印染行业作为重点节能减排行业。由于工艺需求,有机热载体炉广泛应用于印染企业,因其一系列优点而得到青睐。但是,目前有机热载体炉的排烟温度一般都在250℃以上,有的甚至高达300℃以上,排烟热损失较大。烟气的余热回收显得非常重要。锅炉的热效率主要取决于锅炉的热损失。因此,有效地控制热损失是提高锅炉热效率的重要途径。采用烟气余热回收技术,降低排烟热损失,提高锅炉热效率是有机热载体炉节能的发展方向[2]。同时,也应加强锅炉及烟道表面的保温,减少表面散热损失。某印染厂是一家环保节能型“明星企业”,在烟气余热回收方面走在了同行业的前面。厂内锅炉房现有台600×104kcal的燃煤导热油锅炉,设计热功率7200kW,设计热效率≥80%。炉膛出口烟温550℃左右,企业通过加设对流换热段炉体,加设余热锅炉对烟气进行了热回收,排烟温度160℃左右。本文对烟气的这种余热回收方案进行了具体的效益分析,同时提出一些必要的改进方案。
1烟气参数及热量的确定
经现场测量和计算,将锅炉及烟道各出入口点处的烟气参数分列如下。工厂锅炉平均每天燃煤量为20t左右,为无烟煤,低位发热量为QL22051kJ/kg,由于每天燃煤量不定,按小时燃煤量1t计算,则每小时锅炉产热量为Q=1000kg/h×QL=22.05×106kJ/h。
2热回收方案的效益分析
2.1一级热回收———加设对流段在加热炉辐射段后加设锅炉对流段,使导热油先经过对流段进行对流加热,再经过辐射段进行辐射加热。辐射段炉膛出口烟温为T1=550℃左右,经约4米不保温烟道后,对流段炉膛进口烟温为T2=500℃,对流段出口烟温约T3=300℃。
2.2二级热回收———加设余热锅炉在对流炉段后加设余热锅炉,对锅炉烟气在余热锅炉中再次进行热回收,生产蒸汽,生产的蒸汽送入蒸汽分集汽缸中,与从电厂购入的蒸汽混合后供生产用热。烟气在对流段出口温度为T3=300℃,经约5m长不保温烟道后,到达余热锅炉入口处烟温T4=280℃,余热锅炉出口烟温为T5=160℃,也即排烟温度。又知余热锅炉额定产蒸汽量为1.0t/h,锅炉给水为蒸汽冷凝水,给水及蒸汽参数见表2。则若按锅炉额定产汽量,即每小时产1t蒸汽,则理论所需热能:但是,我们注意到,实际上余热锅炉所能利用的烟气热能为Q实=△Q4-5=1.79×106kJ/h<QqL也就是说,余热锅炉实际产汽量不能达到1.0t/h,经测量和计算,余热锅炉实际产汽量为0.5t/h,所以实际锅炉热效率提高量为△η2=0.5△η2L=5.33%。
2.3两级热回收分析下面将一级和二级热回收总结如下:由上表可看出:a)由于采用了两级热回收,锅炉效率有所提高,回收了大量烟气热能;b)但是由于两段烟道表面和余热锅炉表面没有进行保温处理,散热损失很大,直接导致烟气热能利用率低和余热锅炉效率低下(实际效率只有0.65),从而也影响了加热锅炉整体效率;c)从上表我们可以得到,若将两段烟道表面散失的热量与目前余热锅炉所能利用的热量相加,可以得到余热锅炉理论所能利用的热量:可见,若烟道和余热锅炉表面保温做好,流经余热锅炉的烟气热量理论上足以供余热锅炉每小时产1吨蒸汽,从而实际上可以大大提高余热锅炉的热效率和蒸汽产量。而且烟气温度越高,热量品质越高,所以高温烟气更应加强保温,同时也避免人员被烫伤。
3三级热回收———加设空气预热器
文献[3]给出了锅炉烟气余热不同用途的热分析模型及节能评价指标的计算方法[3],得出若烟气余热用于预热锅炉燃料或空气时,锅炉热效率有较明显的提高。如果锅炉保温做的好,则相应的余热锅炉出口处的排烟温度也会提高,那么就可以考虑在余热锅炉后加设空气预热器来预热锅炉进风。在使用空气预热器时还要注意烟气对换热器及管道的腐蚀问题,由图1可知腐蚀最严重的区域是发生在壁温为水露点附近和壁温约低于酸露点的区域[4],因此尽量避开烟气腐蚀温度。假设排烟温度提高到200℃,采用热管式空气预热器,考虑到烟气腐蚀,避开水露点和酸露点,设定换热后最终排烟温度为150℃。热管是热的超导体,传热效率高,特别适用于中低温的余热回收,广泛应用于锅炉余热回收。设换热器热效率85%,查得200℃时,烟气比热容cp=1.097kJ/(kg?℃),150℃时cp=1.083kJ/(kg?℃),回收热量为:35.7=714kg/d,每吨煤按950元计,则每天可节省m=950×714/1000=678元,安装空气预热器按10×104元计,那么回收期为t=100000÷678=148天。
4结语
工厂锅炉系统虽进行了两级热回收,在一定程度上节约了热能,但是回收的效率和数量不是很理想,1个原因是锅炉的热效率与负荷有关,锅炉热功率为7200kW,理论燃煤量应在1.2t/h,而工厂实际燃煤量不足1.0t/h,在其它条件与设计要求基本相符时,对应于最高热效率下的负荷,大约是额定蒸发量(供热量)的90%~100%[5]。锅炉在低负荷下运行时,效率也随之变低;另一个原因是两段烟道及余热锅炉表面没有进行保温,从而热损失很大,造成锅炉整体热效率下降。锅炉保温是基本工作,没有做好基本工作而谈先进的热回收方案,就像还不会走路就要学跑步,不会有很好的效果。在做好保温的前提下,可以考虑通过加设空气预热器进行三级热回收,提高助燃气体的温度,可以使燃烧更加充分,并减少冷空气对导热油的冷却,从而进一步提高锅炉效率。建议把节能落实到细节,从系统整体考究,根据烟气热能品位的高低,综合运用合理的回收方式分级回收,分级利用,提高热能利用的整体效益。
