15t/h燃氣鍋爐房系統優化設計

覃光志 王超平 胡 涌 羅本國 程遠強

（1.貴州煙葉復烤有限責任公司 貴州貴陽 550025 2.貴州迪鑫工業設備工程有限公司 貴州貴陽 550025）

15t/h燃氣鍋爐房系統優化設計

覃光志1王超平1胡 涌1羅本國2程遠強2

（1.貴州煙葉復烤有限責任公司 貴州貴陽 550025 2.貴州迪鑫工業設備工程有限公司 貴州貴陽 550025）

燃氣鍋爐高效、清潔，但運行成本較高。貴州迪鑫工業設備工程有限公司對新建的SZS系列燃氣鍋爐房系統進行優化設計，提高了鍋爐效率，有效較低燃氣耗率，為同類型天然氣鍋爐新建項目提供了典型的工程案例。

燃氣鍋爐；優化設計；燃氣耗率

1 引言

當前，生產企業普遍采用燃煤鍋爐，其能源利用率低，燃燒產物對環境污染大。貴州煙葉復烤有限公司貴陽復烤廠積極響應國家環保要求，根據貴陽市人民政府辦公廳筑符辦函（2015）69號文件精神：逐步取締燃煤鍋爐，新建高效清潔的燃氣鍋爐。這是因為燃氣是一種高效、清潔的氣體燃料，燃氣鍋爐的燃燒產物中氮、硫氧化物和粉塵量較燃煤鍋爐相比，更易達到國家環保標準；同時，燃氣鍋爐啟動速度快，在燃料儲存、運輸等方面更具經濟優勢。燃氣鍋爐效率較高，但運行費用也較高。運行情況表明，新建的燃氣鍋爐，蒸汽成本大幅度提高，增加了煙葉復烤的生產成本，不利于企業的可持續發展。貴州迪鑫工業設備工程有限公司對新建的SZS系列燃氣鍋爐房系統進行優化設計，通過配置高效節能器、空氣預熱器以及冷凝器等，能大幅度地減少燃氣消耗率，從而降低煙葉復烤的生產成本，提升企業在同行業中的競爭力。

蒸汽是煙葉復考工藝中必不可少的熱源，也是企業的主要能耗成本，生產蒸汽的成本由以下環節決定：生產、輸送、使用終端，因此節能應從每個環節上進行挖掘。

2 生產蒸汽環節的優化設計

蒸汽的生產就是將天然氣的化學能轉換為蒸汽熱能的過程，完成此過程的主要設備就是天然氣鍋爐，此環節的優化也就是對鍋爐本體及尾部煙道的優化。

2.1 鍋爐本體優化

結構形式和總體布置：

選用SZS系列鍋爐，本體為雙鍋筒、縱置式、室燃D型布置結構，右側為爐膛，左側為對流管束；爐膛四周為膜式水冷壁，爐膛左側的膜式水冷壁將爐膛與對流管束完全密封隔開，對流管束區后部為拉稀的錯列結構（對流管束Ⅰ區），前部為順列結構（對流管束Ⅱ區）。鍋爐共布置有六處排放口，分別位于：爐膛后部面板、外側對流管后部面板、節能器下部（2處）、空氣預熱器下部、冷凝器下部；排放采用水封管型式，水封高度應不小于400mm，能有效解決燃氣燃燒時煙氣冷凝水的排放問題。鍋爐主要參數如表1所示。

表1 鍋爐主要參數

SZS系列燃油（氣）快裝水管鍋爐具有以下優點：鍋爐結構緊湊、基建投資省、安裝周期短；燃燒室采用全膜式水冷壁結構，且采用微正壓燃燒，無串煙問題，運行環境無污染；鍋爐尾部采用螺旋鰭片管節能器，排煙溫度可達60℃以下，熱效率較高，設計效率為95%。

2.2 鍋爐燃燒器的合理選型

燃料完全燃燒要求具備足夠的氧氣、一定的溫度、燃料與空氣的良好混合以及燃燒反應的充足時間。選用與燃料相適應的燃燒器是保證燃料充分燃燒、減少化學不完全燃燒損失的必要條件。本鍋爐選用芬蘭奧林比例調節燃燒器，其內部有電子比例調節裝置，采用全自動可調混合技術。燃燒器中裝有轉換時間為30s/90°的伺服馬達，伺服馬達通過軸向連接燃油流量調節器以及復合調節器，根據加熱器負荷作出無極調節；調節時，根據煙氣分析儀來調整燃燒器的每個不同功率段的空燃比，確保燃氣和空氣的充分混合和合理的過量空氣系數，減少排煙熱損失和化學不完全燃燒損失，提高了燃燒效率。

2.3 鍋爐煙氣、給水流程

爐膛燃燒產生的煙氣從爐膛尾部進入燃燼室，通過拉稀的對流管束區，前部對流管束區，然后從鍋爐左側前部轉向進入螺旋鰭片管節能器和螺旋鰭片管冷凝器，最后進入煙道由引風機抽引進入煙囪排向大氣，出口煙溫降至54.55℃；冷凝水和化學補充水依次通過冷凝式余熱回收裝置、除氧器、節能器，出口水溫為151.44℃。鍋爐煙氣、給水流程如圖1所示。

圖1 鍋爐煙氣、給水流程圖

2.4 節能器優化設計

節能器選用螺旋鰭片管，能有效增大管外換熱面積，強化傳熱。同時，單位體積內換熱面積增大而使換熱器結構緊湊，降低了煙氣流動阻力，減輕受熱面的磨損。通過給水泵加壓后的104℃熱水經過節能器加熱后，水溫上升到151.44℃，煙氣溫度從309.956℃降低至125.94℃，煙氣降溫184.016℃，確保了合理的傳熱溫差、合適的換熱面積和煙氣流速。

2.5 空氣預熱器的設計要求和優化布置

蒸汽冷凝水回收3t/h，從節能器出口的煙氣如果直接進入冷凝式余熱回收裝置，將會造成循環水箱溫度升高，提高排煙溫度，從而造成排煙熱損失增大，使鍋爐運行不經濟。將空氣預熱器布置在鍋爐節能器之后、冷凝式余熱回收裝置之前，通過煙氣余熱加熱空氣。煙氣進口煙溫125.94℃，出口煙溫101.831℃，煙氣降溫24℃；常溫空氣經過空氣預熱器后，出口熱空氣溫度達到46.23℃；空氣預熱器出口101.831℃的煙氣再進入冷凝式余熱回收裝置。采用此種結構布置，能確保鍋爐長期高效運行。

空氣預熱器采用臥式管式空氣預熱器，管子規格為φ40×1.5mm，由于出口排煙溫度有所降低，這可能會導致尾部受熱面低溫腐蝕，此處管材選用考登鋼，具有一定的抗腐蝕性。

2.6 冷凝式余熱回收裝置的優化設計

冷凝式余熱回收裝置由純銅整體三維針肋強化換熱管構成，具有換熱系數高、熱阻小、不衰減、耐腐蝕、體積小等優點。整體針肋換熱管的周向翅片是“間斷”的，無論煙氣橫向、縱向沖刷管束，所有針肋擴展表面都受到煙氣的橫向紊流沖刷并在針肋背面形成對稱的穩態漩渦和回流區，煙氣熱邊界層被不斷的破壞、再形成、減薄，極大的減小了熱阻，提高了換熱系數。

3 蒸汽輸送環節的優化設計

蒸汽的輸送就是將新蒸汽輸送至各生產車間，并將使用后減溫、減壓的蒸汽及時回收。此環節的優化就是對冷凝水回收系統、輸送管道和排污熱量回收系統的優化。

3.1 鍋爐蒸汽冷凝水回收系統密閉式優化設計

貴陽復烤廠鍋爐產生的新蒸汽經過各生產車間減溫、減壓后，通過浮球疏水閥（背壓式疏水閥）將帶壓的蒸汽冷凝水輸送到蒸汽冷凝水集中裝置，原采用蒸汽加壓的方式將蒸汽冷凝水送入鍋爐除氧器。這樣的蒸汽冷凝水回收裝置存在如下問題：蒸汽壓力較高，生產設備和管道可能不嚴，易造成蒸汽泄漏。

從技術和經濟性綜合考慮，采用密閉式蒸汽冷凝水回收系統更具優勢。生產車間來的蒸汽冷凝水進入密閉式蒸汽冷凝水儲罐，用防汽蝕熱水泵送至鍋爐除氧器；生產車間外排的蒸汽冷凝水克服阻力由0.3MPa降低至0.1MPa，蒸汽冷凝水熱量得以回收。該種方式近乎完全回收工質和熱量，能有效降低蒸汽消耗，提高生產效率。密閉式蒸汽冷凝水回收系統如圖1中虛心框所示。

3.2 蒸汽冷凝水輸送管道優化設計

蒸汽冷凝水管施工按照《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規范》（GB50242-2002）《建筑工程施工質量驗收統一標準》（GB50300-2001）和《管道及設備保溫施工工藝標準》（SGBZ-0519）進行。蒸汽冷凝水管道用80mm厚的硅酸鋁保溫，外包鋁皮，管道的保溫質量好，外觀漂亮。

3.3 排污熱量回收系統優化設計

鍋爐排污能提高蒸汽品質，保證鍋爐的安全經濟運行，但排污工質數量和熱量較大，因此對鍋爐排污工質的有效回收對提高生產效率，較低燃氣耗率具有重要意義。長期運行情況統計：對鍋爐排污水熱量進行回收利用，能至少提高效率1%。為保證鍋爐排污熱量回收系統安全經濟運行采用以下技術措施：

根據《工業水質標準》設定排污標準值，當鍋爐爐水的電導率傳感器信號達到設定值，才控制連續排污電動閥自動打開，避免鍋爐過度排污增加能耗。

連續排污的高溫飽和水輸至壓力較低的連續排污擴容裝置，部分飽和水變成壓力為0.2MPa左右的低壓蒸汽。低壓蒸汽通過蒸汽管道進入除氧器除輔助加熱，減少除氧器的蒸汽補充；飽和水進入盤管換熱裝置，加熱冷凝器來的熱水，經過熱交換后的連續排污水外排至污水處理池。

定期排污出口安裝有定期排污擴容裝置，定期排污水通過定期排污擴容裝置，部分變成低壓飽和蒸汽供除氧器使用，剩余的定期排污水及雜質外排至污水處理池。

4 鍋爐新建后的實際運行能效分析

貴州迪鑫工業設備工程有限公司于2015年9月30日完成鍋爐新建項目，2015年10月5日開始進行蒸汽供應，通過兩個月的運行和貴州省特檢院能效測試，鍋爐每生產1t蒸汽的天然氣平均消耗為70m3，與類似的天然氣鍋爐相比，每生產1t蒸汽的天然氣平均消耗降低了20m3，鍋爐能效測試達到了95.58%，鍋爐效率較高，達到了鍋爐優化設計的要求，為同類型的天然氣鍋爐新建項目提供了典型的工程案例。

表2 新建鍋爐與同類型鍋爐比較

[1]周偉國.關于燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐的探討.煤氣與熱力，2000.

[2]趙瑞平，喬鴻飛.燃煤鍋爐改為燃氣鍋爐的可行性研究.科技情報開發與經濟，2007（15）：192～193.

[3]周 勇.燃氣鍋爐的節能降耗改造方案分析.化工機械，2014（12）：192～193.

[4]陳慈平，于 航.某廠燃煤鍋爐改造為燃氣鍋爐的可行性分析.上海節能，2010（6）：40～42.

TU833

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1004-7344（2016）06-0226-02

2016-2-2