外置式節能裝置在鍋爐系統中的應用

杜益龍，柴井峰，高連章，顧俊杰

（上海國際機場股份有限公司，上海 201207）

鍋爐系統一般采用燃燒調整和余熱回收等節能方法，其中余熱回收包括煙氣利用與凝結水回收等。目前仍有部分鍋爐系統并沒有完全利用煙氣進行節能，不僅降低了鍋爐效率，而且對環境造成不利影響。本文采用外置節能裝置的方法解決余熱利用不足的問題。

1 浦東國際機場鍋爐用能現狀分析

浦東國際機場作為上海的窗口單位，為了保證航站樓及周邊設施的正常工作，現有的兩個能源中心每天都消耗大量的能源用以供給。自一號能源中心建成以來，節能減排一直受到高度重視，但由于在之前設計時，對于鍋爐系統的節能減排要求并未達到現今的水準，故一號能源中心鍋爐本體并未增加類似省煤器之類的煙氣余熱回收裝置。

浦東機場一號能源中心鍋爐房現有蒸汽鍋爐4臺，其中1臺為20t／h，3臺為30t／h。由于技術因素等方面的制約，重新對鍋爐進行內置節能裝置的改造已不可能。同時，為了確保供應，此次先針對1臺蒸發量為20t／h的鍋爐（下稱改造鍋爐）進行增加外置節能裝置（下稱節能器）的改造，旨在對鍋爐尾部煙氣的余熱進行利用。

2 鍋爐改造的目標與指標

改造鍋爐為蒸汽鍋爐，使用的燃料為天然氣，額定蒸汽溫度為188℃。采用節能器對鍋爐尾部煙氣的余熱進行利用，最終目標主要體現在排煙溫度的降低與給水溫度的提升。由于現場條件的制約，對于改造鍋爐的前期效率測試只能以反平衡測試的方式進行。在測試時分別對鍋爐的給水流量、鍋爐散熱面積、給水溫度、蒸汽壓力、燃氣消耗量、排煙溫度、煙氣成分和環境溫度進行了測量（見表1）。

根據測量與計算結果，得到以下數據：排煙熱損失q2（%）為9.74；氣體未完全燃燒熱損失q3（%）為0.11；固體未完全燃燒熱損失q4（%）為0；散熱損失q5（%）為0.57；熱損失之和Σq（%）=q2+q3+q4+q5=10.42；反平衡效率η2（%）=100-Σq=89.58。由此得出以下結論。

表1 改造前鍋爐的各項指標測試值

1）由測量的排煙溫度可知，該鍋爐有很高的余熱利用價值，可以降低天然氣的用量，減少煙氣排放。由于鍋爐的工況不同，夏季使用率和冬季使用率會影響鍋爐的實際負荷，從而影響鍋爐的排煙溫度。故保守計算，取排煙溫度tpy=200℃進行計算，而根據新標準，排煙溫度需要降低至140℃以下，因此Δtpy=60℃。每噸蒸氣煙氣總熱量取130 687kJ／t·h，以回收85%計為111 081kJ／t·h，暫以60℃作為排煙溫度的降低目標，以此熱值進行熱交換提升鍋爐給水溫度。

2）由于鍋爐改造主要是利用煙氣，故需要結合煙囪抽力進行煙阻計算。同樣對于給水，需要進行水力計算。

3）對于材料選擇，要根據強度來進行設計。

3 節能器的設計方案

3.1 節能器水側的設計

改造鍋爐的原給水布置順序為生水-軟水／凝結水-除氧水。鍋爐給水的最優加熱位置是在軟水／凝結水之后，即將軟水／凝結水進行加熱，再通過除氧器后進入鍋爐。此種設計的優點是，進入節能器的給水初始溫度tgs較低，與高溫煙氣的換熱效果較好，換熱率較高。但是由于如下現場條件的制約無法達成，主要原因如下：通過節能器的鍋爐給水會有一部分的水頭損失，原有水泵無法滿足要求，如另加水泵就會增加電耗從而降低了節能效果；現場的場地布置及運行狀況較難實現。

故對方案進行調整，將節能器設計為承壓式，這樣可以使得給水先通過除氧器后再進入節能器，因此tgs=104℃。根據計算，給水泵尚有余量，在滿足給水要求的前提下對節能器的內部水路進行設計。

3.2 節能器煙側的設計

根據節能器煙側的要求，并考慮到平均排煙溫度tpy為200℃，因此節能器的設置應盡量靠近爐膛出口。由于改造鍋爐為左右爐膛設計，有兩條煙道各自并入煙道母管再通過煙囪排出（見圖1）。溫度預計變化如表2所示。

圖1 節能器煙側示意

表2 溫度預計變化

4 現場施工與效果驗證

4.1 現場施工

由于節能器安裝于管道中，設計負荷為20t／h，承重較大，需要在下部進行支撐，并對支撐底部進行地基加固，如圖2和圖3所示。

圖2 底部改造

4.2 效果驗證

改造完成后，在與改造前相近的工況下，再次進行了熱效率的計算與測試，測試結果見表2。

圖3 改造完成

表2 改造后鍋爐的各項指標測試值

對測試數據進行同樣的熱效率計算如下：排煙熱損失q2（%）為4.74；氣體未完全燃燒熱損失q3（%）為0；固體未完全燃燒熱損失q4（%）為0；散熱損失q5（%）為0.71；熱損失之和Σq（%）=q2+q3+q4+q5=5.44；反平衡效率η2（%）=100-Σq=94.56。效果對比如表3所示。

5 結語

由于受到條件限制，此次改造不能使得煙氣回收裝置達到電站鍋爐省煤器的熱效率，旨在將原有鍋爐未配置余熱回收裝置的鍋爐進行煙氣回收改造，此類鍋爐一般為投用較早，經過使用鍋爐系統保養較好，還將繼續服役的鍋爐。另外，有不少鍋爐不滿足排煙溫度標準，通過外置式的煙氣回收裝置的改造，也可以降低排煙溫度，不必重新更換設備，耽誤生產。

表3 效果對比 %

雖然此次的設計因為介質已汽化，將節能裝置設計為承壓式，但是考慮到熱水鍋爐在民用供暖系統中的使用頻率，對于不承壓的熱水鍋爐也具有參考意義。