兩段式熱管余熱鍋爐在焦爐煙氣脫硫脫硝系統中的應用

惠來

摘要：針對焦爐煙脫硫脫硝系統中降低煙氣溫度來滿足脫硫工藝許用溫度的一項技術，針對余熱鍋爐選型式，提出兩段式熱管余熱鍋爐，可以提高系統投資的經濟性。從傳熱性、設備結構、換熱原理、系統優化等方面闡述了熱管余熱鍋爐的設計思路。

關鍵詞：熱管余熱鍋爐;焦爐煙氣;余熱回收? 脫硫脫硝

一、前言

隨著我國節能減排的加大，焦爐煙氣脫硫脫硝余熱回收利用項目遇到了前所未有的發展機遇。目前在國內脫硫技術可分為干法和濕法兩種。干法脫硫工藝主要是利用固體吸收劑去除煙氣中的SO2。

本項目擬對山東濟寧某焦化有限公司110萬噸/年焦爐煙氣進一步進行脫硫脫硝，同步建設余熱利用回收，實現節能減排。通過案例分析新型兩段式余熱鍋爐在焦爐煙氣脫硫脫硝系統中的應用。它不僅解決了焦爐煙氣大、易腐蝕的技術難題，同時也解決了兩臺獨立鍋爐的設備投資大，系統控制復雜等難題。

二、山東濟寧某焦化廠110萬焦爐煙氣脫硫脫硝余熱回收技術

SDS 脫硫工藝脫硫劑采用Solvay 鈉基粉，從兩座焦爐排氣煙道接出的兩路煙氣匯總到一路總煙道，當入口煙氣溫度為240℃～300℃時，焦爐煙氣先經余熱回收Ⅰ段降溫至250℃后，再進入SDS 脫硫裝置;當入口煙氣溫度≤250℃時，焦爐煙氣通過余熱回收Ⅰ段旁路煙道直接進入SDS 脫硫裝置;在脫硫煙道上設置鈉基噴射脫硫裝置，脫硫后煙氣進入下級耐高溫布袋除塵器，除塵器下游設SCR 脫硝裝置，脫硝后的煙氣再經過余熱回收Ⅱ段回收熱量后降溫至165℃引風機送入煙囪排入大氣。

（一）工藝流程

1.煙氣側流程

煙氣首先經過Ⅰ段余熱鍋爐、SDS干法脫硫及除塵工藝，去除煙氣中二氧化硫及顆粒物，然后進入中低溫SCR脫硝工藝，脫除煙氣中的氮氧化物。再進入Ⅱ段余熱鍋爐將廢熱煙氣進行余熱交換后由引風機送入煙囪排入大氣;余熱系統煙氣側的壓力損失≤1000Pa。

2.汽水側流程

工業鹽水到軟水箱進水口，軟水箱中的軟水經除氧水泵送到熱力除氧器加熱到104℃除氧，進入蒸汽聚集器，蒸汽聚集器的水經循環管路與蒸發器連接，通過與煙氣換熱產生蒸汽，返回到蒸汽聚集器內。兩套余熱裝置公用一套汽包。Ⅰ段余熱鍋爐、Ⅱ段余熱鍋爐自然循環，蒸汽聚集器內的汽水混合物通過汽水分離，分離后的飽和蒸汽通過蒸汽出口管連續外供，用于取暖、化產、并網等各種用途。

（二）焦爐煙氣的參數：

成分：O2：4～8%、CO2：5.44%、CO：0.0%、N2：71.06%、H2O：17～19%

（三）工藝條件

（1）年產量：110萬噸/年

（2）最大煙氣量：280000Nm3/h（干）

（3）煙氣最高入口溫度：300℃

（4）煙氣出口溫度：140～160

（5）飽和蒸汽壓力：0.8MPa

（6）回收熱量：28875KW

（7）最大蒸汽流量：12t/h

（四）兩段式余熱鍋爐系統結構

焦爐煙氣先經先經余熱回收Ⅰ段降溫至250℃后，再進入SDS 脫硫裝置;當入口煙氣溫度≤250℃時，焦爐煙氣通過余熱回收Ⅰ段旁路煙道直接進入SDS 脫硫裝置;

此熱管余熱回收系統主要由一段Ⅰ段余熱鍋爐（翅片管蒸發器）、熱管蒸汽發生器、熱管省煤器、蒸汽聚集器、熱管除氧器、上升管下降管等系統組成。煙氣經過熱管蒸發器后經過熱管省煤熱器。主要采用高效傳熱元件熱管，較一般余熱回收裝置有許多明顯優點（如圖一）熱設備（蒸發器和省煤器器）之間有過渡段連接，過渡段上設有不銹鋼膨脹節和人孔以滿足設備的熱膨脹及設備安裝和停爐檢修時使用。

（五）系統工作原理

1.熱管蒸發器是由若干根熱管元件組合而成。熱管的受熱段置于熱流體風道內，熱風橫掠熱管受熱段，熱管傳熱元件的放熱段插在汽一水系統內。由于熱管的存在使得該汽一水系統的受熱及循環完全和熱源分離而獨立存在于熱流體的風道之外，汽一水系統不受熱流體的直接沖刷。熱流體的熱量由熱管傳給水套管內的飽和水，并使其汽化，所產蒸汽（汽、水混合物）經蒸汽上升管到達汽包，經汽水分離以后再經主汽閥輸出。這樣熱管不斷將熱量輸入水套管，通過外部汽一水管道的上升及下降完成基本的汽一水循環，達到將熱煙氣降溫，并轉化為蒸汽的目的。

2.熱管省煤器也是由若干根特殊的熱管元件組合而成，熱管的受熱段置于煙氣風道內，熱管受熱，將熱量傳至夾套管中從除氧器進來的除氧水，加熱到103℃以上，送至蒸汽聚集器。

（六）系統特點

1.采用熱管作為傳熱元件，整個汽水系統的受熱及循環完全和熱流體隔離而獨立存在于熱流體煙道以外，這就使本系統有別于一般余熱鍋爐。

2.設備中熱管元件間相互獨立，熱流體與蒸汽發生區雙重隔離互不影響，即使單根或數根熱管損壞，也不影響系統正常運行，同時水、汽也不會由于熱管破損而進入熱流體。

3.設計時調節熱管兩端的傳熱面積可有效地調節和控制壁溫，防止低溫酸露點腐蝕。

4.操作簡單、維修方便、工作可靠，整個系統的熱量輸送過程不需要任何外界動力，故障率低，效率高。

三、余熱回收效益經濟分析

（一）能源消耗：

1.軟水：12 t/h，按每噸4元計。

2.電耗：300 kw，按每度0.6元計。（整個系統）

3.人 工 費：5人×4萬=20萬元/年（按5個操作工計算）

四、設備檢修費：10 萬元/年

（一）能源產出：蒸汽：0.8MPa，10t/h，按每噸170元計。

（二）效益：（-12×4）-（300×0.6）+（10×170）=+1472元/小時

1.全年系統工作時間：330×24=7920小時

2.修改方案后全年經濟效益：7920×1472=1165萬元

3.改選方案純利潤：1165-20-10=1135萬元/年

五、結 語

從上述分析看出，焦化廠焦爐煙道廢氣脫硫脫硝系統余熱回收項目投產后，可以減排大量的煙塵、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮排放量，達到了減少廢氣排放，改善大氣環境，創造巨大的環保效益，同時又能降低能源消耗，每年可利用焦爐煙道廢氣余熱副產0.8MPa過飽和蒸汽8萬噸。按目前蒸汽價格計算，每噸焦降低生產成本50-80余元，節約標煤49.5萬噸，實現利潤1135萬元/年。

總之，兩段式熱管余熱鍋爐在焦爐煙氣脫硫脫硝系統中的設計應用，采用成熟的熱管余熱回收技術，實現了一舉多得的收益，確實是應該大力提倡的節能減排環保項目，建議盡快推廣應用，為努力提高綜合能效，抓好能源梯級利用，使節能工作進入嶄新階段。

參考文獻：

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