淺談10 t/h鍋爐煙氣余熱的綜合利用

包永賢,張建忠

(青海堿業有限責任公司,青海 德令哈 817000)

經驗交流

淺談10 t/h鍋爐煙氣余熱的綜合利用

包永賢,張建忠

(青海堿業有限責任公司,青海 德令哈 817000)

鍋爐;煙氣余熱;余熱計算

節能是我國經濟和社會發展的一項長遠戰略方針,也是當前一項極為緊迫的任務。為推動全社會開展節能降耗,緩解能源緊張,建設節能型社會,促進經濟社會可持續發展,實現全面建設小康社會的宏偉目標,工業鍋爐余熱資源的利用是節約能源的重要措施,工業鍋爐排煙余熱占鍋爐熱量比重較大。

1 工業鍋爐排煙余熱的理論依據

由于工業鍋爐排出的煙氣溫度有很大差別,高的超過300℃,低的則在160℃左右。理論上它所具有的余熱為。

式中:Vy—煙氣量,m3/h;

Cy——煙氣平均定壓比熱容,Cy=1.34+ 0.000 163ty,kJ/(m3·℃);

ty——煙氣溫度,℃;

t0——環境溫度,℃;

B——工業鍋爐燃料消耗量,kg/h(或m3/h);

Vn——單位燃料產生的煙氣量,m3/kg;

hy——煙氣的單位焓,kJ/m3;

h0——在環境溫度下煙氣的單位焓,kJ/m3;

Hy、H0——煙氣在排氣溫度及環境溫度下的總焓,kJ/h。

如1臺蒸發量 10 t/h的工業鍋爐引風量11 078 m3/h,排煙溫度180℃,環境溫度25℃,理論上它所排出的的熱量為:

相當于20.93 MJ的煤為82.03 kg,理論上它可回收利用的煙氣余熱量將小于煙氣的焓。余熱回收量為:

式中:H′y、H″y——煙氣進、出余熱回收設備的總焓,kJ/h;

Λbr——回收設備的保熱系數;

λyr——余熱回收設備熱效率。

上式可寫為:

式中:t′y、t″y煙氣進、出余熱回收設備時的溫度,℃。

當余熱回收設備為空氣預熱器時,則可達到的空氣預熱溫度tk為:

式中:tk0——空氣預熱器的溫度,℃

Ck——空氣平均定壓比熱容,Ck=1.298+ 0.000 109 tk kJ/(m3·℃)

當回收余熱用來產生熱水時,產生的熱水量為:

式中:Cs——水的比熱容,4.186 8 kJ/(kg·℃);

t′s、t″s——水的進、出口溫度,℃;

λbr——麻石保熱系數1.32。

2 實際消耗在水膜除塵的熱量

蒸發量為10 t/h的工業鍋爐,煙氣經水膜除塵器后,水所吸收的熱量為進水膜除塵器前煙溫180℃,水膜除塵器后煙溫53℃,水膜除塵器進口水溫度22℃,水膜除塵器出口水溫度43℃,供給水膜除塵器水的流量18.5 m3/h。

4.186 8 kJ的熱量在1標準大氣壓下能使1 kg的純水溫度升高1℃。高原地區1 kg標準煤燃燒所放出的熱量,比平原地區1 kg標準煤燃燒所放出的熱量要低。在定壓情況下實際水所吸收的熱量為:

以5 000大卡的煤計算每小時消耗的煤、焦耳、功率為:

3 熱量未回收的原因

而現在的一些工業企業對煙氣余熱都還沒進行回收利用,主要考慮的是SO2低溫露點腐蝕,和換熱器安裝問題。

4 采取的預防措施

在蒸發量為10 t/h的工業鍋爐進行煙氣余熱綜合利用實現節能時,應注意以下幾個問題。

1)避開煙氣露點腐蝕溫度

低溫露點腐蝕的部位主要在鍋爐的空氣預熱器后,進一步降低排煙溫度和提高熱效率,要從設計、操作和選材安裝等方面采取措施,來防止和減少低溫露點腐蝕。

低溫露點防腐蝕的一般方法是通過精心的設計,在熱效率降低不大的情況下,提高換熱面如熱管的壁溫,使之高于煙氣露點溫度。但是,在低溫部位如空氣預熱器空氣入口處,由于操作工況的變化,也會出現低于露點溫度的情況,造成酸蝕而使熱管失效。煙氣出口處熱管失效后,會使延期露點溫度逐步移向附近未失效的熱管管壁處,依次發展,直至大部分熱管失效。因此,設計上避開煙氣露點腐蝕只能作為一般對策。另外,在日常操作中提高鍋爐的排煙溫度,即鍋爐的排煙溫度高于煙氣露點溫度20～30℃,使排煙溫度在還未降低到露點溫度時,已經從預熱器中通過了。但是,排煙溫度對鍋爐的熱效率影響較大,排煙溫度每升高10℃,熱效率下降0.5%左右。

2)采用耐蝕金屬材料

ND鋼(09CrCuSb)具有較高的抵抗低溫腐蝕能力,不但能抗硫酸電腐蝕,而且在Cl-或Cl-+SO2-4中也具有較高的耐蝕性,其力學性能與碳鋼相當。

3)采用低硫煤或在煤中加入CaCO3、MgCO3

燃料中均含有少量的硫,硫燃燒后幾乎全部生成SO2,由于燃燒室中有少量的氧氣存在,所以有部分SO2進一步氧化形成SO3在正常的過剩空氣系數的條件下,全部SO2中有約1%～3%轉化為SO3。在高溫煙氣中的SO3氣體不腐蝕金屬,但當煙氣溫度降到<400℃,SO3將與水蒸氣化合生成硫酸蒸氣,其反應如下:

如在煤中加入 CaCO3、MgCO3,SO2轉化為SO3的反應不起催化作用,相反緩慢、抑制了反應的進行,同時它們還會與凝結在它們表面上的硫酸發生反應。燃料中含有相同的硫,所形成SO3的數量卻不同,產生的腐蝕結果也各有不同。

煙氣余熱回收利用實現節能主要是在煙氣進入水膜除塵器前2 m左右的距離內增加煙道截面積的同時加入1組換熱器。增加煙道截面積主要是為避免在煙道中加入換熱器后影響鍋爐的排煙流量和排煙阻力,同時避免增加風機功率。

由于鍋爐給水都用軟水,因此在進入換熱器內的水需從離子交換器的產水口供給軟水經換熱器加熱后再流入軟水箱。換熱器選用翅片ND鋼,也可選用不銹鋼換熱器,在條件允許的情況下應選用熱管換熱器。如果被加熱的介質是空氣則應選用熱管加熱鍋爐助燃空氣,提高鍋爐進風溫度,鍋爐進風溫度每升高10℃,鍋爐熱效率提高0.5%,由于熱管的每根管子是獨立的傳熱元件,即便是其中一根發生故障,也不會影響整個換熱器的正常工作。

5 投資與回報(見表5)

表5 投資材料一覽表

10 t/h的工業鍋爐煙氣在水膜除塵器中,煙氣與水的接觸比較充分,效率高達9%,而采用換熱器時它只能達到水膜除塵器效率的50%左右,煙氣在水膜除塵器中水所吸收的熱量是1 636.57 MJ/h,當地20.93 MJ的煤價 490元/t,鍋爐每天運行20 h,每年運行180天。

1 636.57×50%=813.29 MJ/h

813.29 ÷20.93=38.85 kg/h

38.85 ×20×180=13 986 kg

13 986÷1 000=13.986 t

13.986 ×490=6 853.14元

19 754.8÷6 853.14×180=518.86 d

由此可見鍋爐只需運行519天就可收回全部投資,采用煙氣余熱回收系統實現節能,有重大的理論與現實意義。

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1005-8370(2010)04—33—03

2010-04-16