余熱利用在燃氣鍋爐中的應用分析

蔣禮

摘要：現在的工業鍋爐普遍存在熱量利用率低，排放煙氣溫度高，以及煙氣內污染環境氣體含量高等問題。本文通過理論分析，論證了在燃氣鍋爐尾氣利用中安裝換熱器的必要性和可行性。

關鍵詞：余熱利用;鍋爐;煙氣余熱;熱交換器;節能減排

引言

臥式內燃鍋殼鍋爐結構簡單、安全性能高、操作簡單、維修方便、安裝快，但排煙高，熱效率低，因此，如何利用鍋爐尾氣余熱就成為節能降耗的有效途徑之一。

節能是我國經濟和社會發展的一項長遠戰略方針，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，本項目在滿足排放標準的基礎上，增加煙氣余熱回收裝置，來提高經濟效益和社會效益。

一、項目介紹

WNS4-1.25-Q型燃氣蒸汽鍋爐五臺，2006年投入使用，設計給水溫度20℃，排污率2%，設計熱效率91%，目前使用壓力≤0.6MPa，使用狀況2用3備，生產滿負荷時則4用1備。鍋爐每天使用時間約為24小時，目前排煙溫度為200℃。使用燃料為天然氣。

根據現狀來看，鍋爐的排煙溫度偏高，導致煙氣的余熱浪費，降低了鍋爐的熱效率。經過分析及研究鍋爐運行記錄后，我們可以對鍋爐的排煙系統改造，通過在鍋爐尾部加裝節能器降低排煙溫度，回收排煙余熱，提高給水溫度，達到降低鍋爐燃料的使用，降低碳排放，提高經濟效益和社會效益。

二、煙氣余熱回收改造的原則及目的

（一）原則：不涉及鍋爐承壓本體件的改動;不影響原有鍋爐的燃燒系統、控制系統等，更不涉及原有的鍋爐安全保護裝置及安全系統;改造原有的給水系統，改造后的使用性能不能有任何降低;通過煙氣余熱回收，使鍋爐排煙溫度降低到低于170℃，整個熱效率明顯提高;符合特種設備安全技術規范中TSGG0002-2010“鍋爐節能管理監督技術規程”的要求。

（二）目的：達到良好的經濟效益，通過余熱回收，降低排煙溫度，減少燃料的使用，節約成本;達到良好的社會效益，通過余熱回收，減少碳放（CO2排放），達到良好的社會效益。

三、鍋爐余熱利用的可行性

在實際應用中，余熱回收利用有一定的難度，因為若排煙溫度低，鍋爐尾部受熱面積中煙氣與工質的傳熱溫差減小，傳熱面積增大，在有限空間布置的管多而密，造成煙氣流阻大，風機動力消耗大，金屬消耗和設備初期投資增多。對天然氣鍋爐，尾氣中水蒸汽所攜帶的熱損失占整個排煙熱損失的55%～75%。根據相關資料顯示，降低到露點之前的顯熱回收可使鍋爐系統熱效率提高2%～5%。另外，排煙溫度為200～250℃，屬低溫段，與水的溫差小，換熱效率低。要回收尾氣中的熱量。安裝在燃氣鍋爐出口處的換熱器，需要具備熱阻低，換熱面積大、換熱效率高等特點，滿足回收熱量的要求。

四、節能改造技術方案

在鍋爐尾部煙道安裝國內最先進的GL型翅片節能器，回收煙氣余熱，將進入鍋爐的給水加熱，以提高給水溫度，達到余熱回收的目的。

加裝節能器后，鍋爐給水系統僅需新增一套獨立的水循環系統，將純水箱與節能器相連，經循環水泵將純水送至節能器加熱后，再返還純水箱。原給水系統和給水方式都不需要改變，改造后的系統與原系統的區別在于進入鍋爐的給水溫度升高，新增的節能器水系統為連續運行的獨立水系統，無須隨鍋爐給水泵的啟、停而啟、停，從而可以充分的利用煙氣余熱，并且可以避免節能器干燒，確保節能器的安全運行，延長節能器的使用壽命。

以下為余熱回收系統示意圖：

五、關鍵技術問題的分析

鍋爐排煙溫度直接影響到鍋爐機組的經濟性和尾部受熱面工作的安全性。較低的排煙溫度能降低鍋爐排煙損失，還能節約能源及鍋爐的運行費用。但是排煙溫度降低，鍋爐尾部受熱面中煙氣與工質的傳熱溫差減小，傳熱面積增大，造成金屬消耗增加，設備初期投資增多。因此，換熱器的選擇需具備一下條件：首先，排煙溫度應比出口水溫高15～20℃左右，以保證傳熱所需的足夠溫差;其次，換熱器內應有合理的尾氣流速。為了提高換熱的有效性，降低金屬耗量，一般都應選擇導熱性能好，熱阻低的材料，同時還要提高單位長度的換熱面積，選擇強化傳熱元件。

六、改造工程說明

1）每臺鍋爐尾部煙道增加一臺節能器，對給水進行加熱，提高進入鍋爐的水溫，從而將鍋爐系統的排煙溫度降低到100℃，給水溫度提高到25～30℃，從而節能3.5-5%;達到低于國家最新節能標準。改造排煙管道，節能器安裝在每臺鍋爐煙氣的出口處，根據現場實際情況，靈活設計橫向或豎向安裝，用鋼支架固定;

2）現有純水箱的儲水溫度提高到超過50℃，水箱和給水管道必須保溫，每臺鍋爐增加一臺保溫水箱與節能器之間的循環水泵0.75KW;

七、換熱后效果

在標況下改造前后效果詳見下表：

八、經濟效益分析

按照排煙溫度200/100，給水加溫25/55℃來計，每小時平均回收熱能139.3kw，每噸蒸汽節約燃氣約3.1Nm3/h。按照4元/Nm3燃氣費來計，每噸蒸汽節約燃料12.4元;按照每小時8t蒸汽，每年7000小時工作來計，扣除循環水泵電費（每臺功率0.75kw，2臺泵同時運行，電費按0.6元/kwh、一年7000小時），每年節約費用大約為69萬元。

而且，由于本鍋爐是“大馬拉小車”，效率有所降低，所以實際節約量應大于計算量。

整個鍋爐系統的改造需要費用大約為55萬元左右，其投資回收期不到一年。

另一方面，由于排煙溫度降低，其社會效益也十分巨大。

結論

通過研究和應用表明：設置煙氣余熱利用系統，在提高鍋爐熱效率，減少燃氣消耗，給企業帶來了客觀的經濟效益的同時，較大幅度節約了資源，同樣也減少了氮氧化物對大氣的污染，該改造是必要和可行的，而且具有較大的推廣價值。

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