燃煤鍋爐煙氣余熱利用

陳民棟

（海南口味王科技發(fā)展有限公司，海南 萬寧 571500）

0 引言

節(jié)能與環(huán)保是當(dāng)代全球關(guān)注的重要課題，我國(guó)是最大的發(fā)展中國(guó)家，按人口平均計(jì)算也是能源最匱乏的國(guó)家之一，節(jié)約能源并為后代保護(hù)資源，是我們每一個(gè)人的責(zé)任；同時(shí)對(duì)企業(yè)來說就是節(jié)省燃料費(fèi)用支出，提高經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和能源短缺，一次能源的價(jià)格呈不斷上漲趨勢(shì)，我們的生存環(huán)境也在不斷惡化，節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境已迫在眉睫。

余熱是指能利用而未被利用的熱能。和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)工業(yè)裝備相對(duì)落后，能源利用率低。如化工、建材、紡織、機(jī)械、汽車、冶金、動(dòng)力、造紙、食品、電子等行業(yè)，在生產(chǎn)中直接排空大量的可利用熱能，既浪費(fèi)能源又污染環(huán)境，余熱回收就是將這部分浪費(fèi)的熱能回收利用，是提高能源利用率，降低生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境最直接、經(jīng)濟(jì)的手段。為了提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)收入最大化，成本最小化，經(jīng)過公司討論決定進(jìn)行余熱回收利用工作。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1.1 企業(yè)燃煤鍋爐現(xiàn)狀

各類工業(yè)鍋爐在設(shè)計(jì)制造時(shí)，為了防止尾部受熱面腐蝕和堵灰，排煙溫度一般不低于180～220℃。目前大都是直接排放，既污染了環(huán)境，又浪費(fèi)了大量的熱能。我公司鍋爐房有1臺(tái)4 t/h和1臺(tái)6 t/h燃煤鍋爐，其煙氣排放溫度約200～220℃，一方面鍋爐大量的熱能隨著煙氣排放而浪費(fèi)，另一方面生產(chǎn)工藝又需要大量的熱水。在能源緊缺的今天，如何在滿足生產(chǎn)工藝的條件下回收排煙中的熱量用于生產(chǎn)或生活，減少對(duì)環(huán)境的不良影響，有著重大意義。本項(xiàng)目就是利用“復(fù)合管余熱回收器”回收本公司2臺(tái)燃煤鍋爐的煙氣熱量（設(shè)備選型：參考廈門高譜科技有限公司生產(chǎn)復(fù)合管余熱回收器參數(shù)），將煙氣溫度降到145℃左右排空，回收的熱量加熱生產(chǎn)所需熱水，被加熱后的熱水供生產(chǎn)使用，減少企業(yè)燃料的消耗量，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本項(xiàng)目實(shí)施后既能減輕環(huán)境污染，滿足企業(yè)生產(chǎn)工藝要求，又能達(dá)到節(jié)約燃料的目標(biāo)。

1.2 主要技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（表1）

表1 2臺(tái)鍋爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表1中相關(guān)數(shù)據(jù)與要求，是根據(jù)工廠具體情況參數(shù)，以及國(guó)家技術(shù)規(guī)范、規(guī)定等計(jì)算而得。

1.3 主要設(shè)計(jì)原則及指導(dǎo)思想

在本工程實(shí)施和正常運(yùn)行時(shí)不能影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，在此前提下技術(shù)方案中余熱回收系統(tǒng)總體技術(shù)方案的設(shè)計(jì)遵循以下原則：1）以穩(wěn)定可靠為前提，采用經(jīng)實(shí)踐證明是成熟、可靠的工藝和設(shè)備。2）在穩(wěn)定可靠的前提下，提倡技術(shù)先進(jìn)，要盡可能采用先進(jìn)的工藝技術(shù)方案，以降低項(xiàng)目成本。3）盡可能利用工廠現(xiàn)有設(shè)備、設(shè)施，并盡最大可能利用余熱。4）生產(chǎn)設(shè)備原則上采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備。5）余熱回收項(xiàng)目的電機(jī)控制和過程控制采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，達(dá)到高效、節(jié)能、穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化控制的目的，并最大程度地減少操作崗位定員，以降低成本。本項(xiàng)目實(shí)施后既能降低生產(chǎn)成本，又能減輕環(huán)境污染，節(jié)能環(huán)保一舉兩得。以下就鍋爐余熱利用工藝流程、設(shè)備性能、工作原理及經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行闡述。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 熱源基本情況（表2）

表2 熱源基本情況

2.2 鍋爐煙氣余熱利用工藝流程

分別在每臺(tái)鍋爐的煙管處各布置1臺(tái)與之相匹配的復(fù)合管式余熱回收器，每臺(tái)鍋爐所排放的煙氣溫度降低至150℃左右進(jìn)行排放，在余熱回收器內(nèi)與20℃的常溫冷水進(jìn)行熱交換，被加熱后的熱水進(jìn)入水箱供生產(chǎn)工藝使用，如圖1～圖2所示。

熱水利用明細(xì)表如表3所示。

按照每天8罐籽計(jì)算，一天省煤量：17.5×3×8×2+52.5+35+87.5+116=1131kg，一月省煤量：1 131×25=28 275 kg，一年節(jié)約成本：28.275×12×1 272=431589.6元=43萬元。降低鍋爐煙氣排放，提高工藝水溫度，節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)工藝所需熱水的燃料消耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2.3 余熱回收器設(shè)計(jì)參數(shù)

所選配余熱回收器采用復(fù)合管技術(shù)，技術(shù)參數(shù)如表4。

3 復(fù)合管余熱回收器的特點(diǎn)

復(fù)合管是一種高換熱性能的傳熱元件。它是由2根同心的內(nèi)外管組成一個(gè)復(fù)合管，在內(nèi)外管之間還有一薄壁同心管組成熱管內(nèi)部工作液體循環(huán)通道。當(dāng)外部不均勻溫度場(chǎng)對(duì)外管壁輻射加熱時(shí)，同心熱管內(nèi)部的工作液體（液態(tài)金屬）將由于內(nèi)外壁溫差而形成氣液兩相流循環(huán)。圖3為結(jié)構(gòu)示意圖。內(nèi)壁管將形成等溫管壁，其溫度取決于熱管內(nèi)的循環(huán)兩相流溫度。T1為外管壁溫度，T2為熱管內(nèi)循環(huán)工作介質(zhì)溫度，T3為內(nèi)管壁溫度，T4為管內(nèi)工藝液體溫度，且 T1＞T2＞T3＞T4。常規(guī)的換熱設(shè)備一般都是間壁換熱，冷熱流體分別在器壁的兩側(cè)流過，如管壁或器壁有泄漏，則將造成停產(chǎn)損失。復(fù)合管余熱回收器則是雙層真空紊流傳熱，不存在管內(nèi)超壓。余熱回收器外觀見圖4。

圖1 煙氣工藝流程圖

圖2 熱水工藝流程圖

表3 熱水利用明細(xì)表

表4 鍋爐余熱回收器參數(shù)表

具有如下特性：抗腐蝕性較強(qiáng)；結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，安裝方便；特殊的紋路設(shè)計(jì)，使蒸汽進(jìn)入余熱回收器后形成紊流狀態(tài)，達(dá)到最佳的換熱效果;安裝及結(jié)構(gòu)布置靈活，復(fù)合管余熱回收器的安裝無需改變?cè)に囅到y(tǒng),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和位置布置非常靈活,可適應(yīng)各種復(fù)雜的場(chǎng)合；復(fù)合管余熱回收器傳熱效率高，節(jié)能效果顯著；使用壽命10年以上；投資回收期短，一般在0.5～1年就可回收全部投資。

圖3 結(jié)構(gòu)示意圖

圖4

4 項(xiàng)目施工

本項(xiàng)目施工包括余熱回收器的吊裝、管網(wǎng)施工、水泵閥門的安裝、鋼結(jié)構(gòu)支架的制作及管道保溫等。余熱回收器安裝后不會(huì)影響原鍋爐的正常的運(yùn)行，鍋爐停運(yùn)時(shí)可以對(duì)余熱回收器進(jìn)行檢修，采用35℃左右的弱堿水進(jìn)行沖洗即可。具體施工時(shí)由專業(yè)工程師根據(jù)公司現(xiàn)場(chǎng)情況出具安裝施工圖紙。

5 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)、制造所遵循的依據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)（參考）

余熱回收器的設(shè)計(jì)、制造符合下列標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，其它未注明標(biāo)準(zhǔn)仍按以下國(guó)標(biāo)、部標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：GB150《鋼制壓力容器》；GB150《鋼制管殼式換熱器》；JB3964《壓力容器焊接工藝評(píng)定》；JB/Z105《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》；JB2536《壓力容器油漆、包裝和運(yùn)輸》；JB/T3595-2002《電站閥門一般要求》；DL/T5054-1996《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》；SDGJ6-20《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)定》；GB/T 9948-1988《石油裂化用無縫鋼管》；GB/T12241-1989《安全閥一般要求》；GB/T12241-1989《安全閥性能試驗(yàn)方法》。

6 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)算

項(xiàng)目改造投入費(fèi)用估算如表5所示。2臺(tái)鍋爐進(jìn)行余熱回收改造后，每小時(shí)可回收熱量：499 800 kJ/h+749 700 kJ/h=1 249 500 kJ/h。回收的熱量加熱水時(shí)效率取85%左右，煤燃燒后加熱水的效率在80%～85%左右，所以回收的熱量也可以等同折算成燃煤。

表5 改造投入費(fèi)用估算

每天工作24 h，每月工作25d計(jì)，則：每月可節(jié)約燃煤29 748 kg。燃煤價(jià)格若按1272元/t計(jì)，則：投資回收期=投資金額÷每月可節(jié)約燃煤費(fèi)用=46.1萬元÷（29.748 t×1272元/t=37839元/月）≈12月。約12個(gè)月左右的時(shí)間即可收回設(shè)備投資，以后每月可節(jié)約企業(yè)加熱所需消耗的燃煤約29.748 t左右，1年即節(jié)約356.97 t左右，節(jié)約燃煤費(fèi)用達(dá)45.4萬元左右。

進(jìn)行余熱回收改造后即可降低鍋爐的高溫排放所帶來污染，同時(shí)又可為公司節(jié)約燃料，經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益都非常顯著。經(jīng)過節(jié)能改造后，運(yùn)行1年時(shí)間，效果明顯，達(dá)到了預(yù)期值。