燃氣鍋爐房余熱節能改造實例

許清

（江蘇雙良鍋爐有限公司，江蘇 江陰 214444）

0 引言

我國工業鍋爐，在經歷2014年煤改氣之后，燃料成本的攀升，使得工業企業對鍋爐的節能有迫切需求。2016年12月，國務院發布“十三五”節能減排綜合工作方案；2017年9月，國家發改委、質檢總局印發《重點用能單位能耗現象監測系統推廣建設工作方案》；2018年5月，國家發改委等部門對《重點用能單位節能管理辦法》進行了修訂。一系列政策的發布，降低能耗、節能減排是大勢所趨。

工業鍋爐節能改造的方式有如下幾種：鍋爐余熱回收利用、減少散熱損失、減少及利用鍋爐排污熱量、回收利用蒸汽冷凝水等方式。

其中相當一部分工業鍋爐排煙溫度在100℃以上，煙氣中水蒸氣含有大量潛熱+顯熱，通過增加余熱回收裝置，將煙氣中熱量充分回收利用，鍋爐效率將提升3~7%，因此鍋爐余熱回收的方式是節能改造的首選。

1 改造案例背景

某工業生產企業的鍋爐房為某鍋爐廠生產的三臺燃氣鍋爐：2臺10t/h和一臺15t/h蒸汽鍋爐。三臺鍋爐公用一個除氧器，共用一個水箱。該鍋爐的熱力系統圖見圖1。

三臺鍋爐的系統中無省煤器，鍋爐尾部只有一個換熱器，水在軟化水箱和換熱器之間打循環。軟化水箱中出水經由除氧泵打進熱力除氧器，經過除氧后的104℃水經每臺鍋爐的給水泵直接打進鍋爐進水口。

燃燒后的煙氣在鍋爐本體中換熱后，從鍋爐尾部出煙口排出，進入換熱器水平煙道入口，從煙氣從換熱器出煙口排出后，進入煙囪排入大氣[1]。

換熱器設計進口煙溫為200℃，出口煙溫為90℃。換熱器設計進口水溫為20℃，出水51℃。實際中鍋爐運行80%負荷下，鍋爐出口煙溫為207℃，排煙104℃，進口水溫55℃，出口水溫92℃。

軟化水箱中的常溫水雖然進入鍋爐尾部換熱器中加熱，但是熱水依然回到軟化水箱，導致換熱器進水溫度高于設計溫度，換熱器中的傳熱端差變小，換熱效果下降，換出的熱量有很大一部分在水箱和管道中散熱損失。導致實際排煙溫度高于設計排煙溫度。即使額定排煙溫度90℃，也有一定的下降空間[2]。

2 節能改造方案

改造從以下兩個方面著手：

鍋爐尾部煙氣余熱沒有充分分級利用，可在鍋爐本體與換熱器之間增加節能器加熱除氧器出水，將低溫的循環水進低溫段煙氣、高溫的除氧水進高溫段煙氣，將進水溫度進一步提高，分級利用煙氣熱量，從而有效提高鍋爐效率、減少燃氣耗量。

軟水與循環水在冷熱水箱混合后熱水進入換熱器，降低了換熱器的換熱效果。如果將冷熱水分開，冷水進入換熱器，熱水進入除氧器將有效提高鍋爐余熱利用效率[3]。

因此本案例的改造就是在煙道上增加節能器和軟水箱增加隔板的改造。改造后的熱力系統圖見圖1。

圖1 改造后單臺鍋爐熱力系統圖

3 節能量計算

根據上述節能方案，在鍋爐本體及原換熱器中間增加一格節能器，根據由鍋爐本體和換熱器結構通過熱力計算計算得出改造前后的熱力計算表格如表1。

表1 改造前后其中一臺10t/h鍋爐80%負荷下運行參數表

根據熱力計算，80%負荷工況下節能器回收熱量為497.8KJ/Nm3，上一年度鍋爐房全年蒸汽產量為112928噸，天然氣消耗量為8519515 Nm3，年平均噸蒸汽耗天然氣為78.98 Nm3。按換熱器57℃進水計算，鍋爐產生180℃蒸汽的需要的熱功率為740kw，增加了節能器之后，回收的熱量為497.8 KJ/Nm3×78.98 Nm3/3600=10.92kw。回收的熱量占原產一噸蒸汽所需熱的百分比為10.92kw/740kw=1.48%。可以算出增加了節能器后，每噸蒸汽可減少天然氣1.48%×78.98 Nm3=1.17 Nm3，年節省天然氣量為1.48%×8519515 Nm3=131787 Nm3。

根據以上方式理論計算，按上一年運行工況和蒸汽產量不變的情況下，每噸蒸汽可節省1.17Nm3天然氣[4]。

4 實際的節能效果

經過上述節能方案細化后實行改造，改造結束鍋爐運行29天作為數據報告期。此期間鍋爐運行負荷在40%到85%之間。與前一年同期對比得到如下數據：在數據報告期內，每噸蒸汽消耗的天然氣從改造前的78.83Nm3降低到75.90Nm3，每噸蒸汽近乎降低了78.83-75.90=2.93 Nm3。這與用上述方法計算得出的節能量相差較大，難道節能效果真的超出預期？但是從用戶端反饋，節能量并有沒這么多，這是怎么回事呢？

原來，因為增加了省煤器，換熱器進口煙溫降低，因此出水溫度也降低，進入除氧器的水是換熱器出水，除氧器進水水溫由之前的58℃降低到40℃，降低約18℃左右，因此除氧需要多消耗的蒸汽才能達到額定出水溫度104℃。

蒸汽流量計安裝在分汽缸進口前的蒸汽總管上，與分汽缸出口供用戶端的蒸汽量有部分偏差。在方案階段節能量的計算實際是整個熱力系統達到的節約耗氣量，也就是扣除除氧器多消耗的蒸汽以外節約的燃氣耗量[5-6]。

如果不考慮除氧器排汽、散熱等損耗，將1t除氧進水加熱到跟改造前一樣需要多加熱18℃，除氧器每小時多消耗0.4MPa蒸汽約0.026t，該部分按改造后天然氣76Nm3/蒸噸，除氧器多消耗天然氣約為1.97Nm3/h。即產1噸蒸汽凈節省天然氣耗量為2.93-1.97=0.96 Nm3。

按照年蒸汽產量12萬噸蒸汽、燃氣單價為3元計算，粗略估算年可節省天然氣112928×0.96×3=32.5萬元。該項目改造成本為35萬元。該項目1年出頭可回收改造成本。是一個成本回收期非常短的好項目。

5 節能量計算的修正

該項目改造后經一段時間的運行，是在額定工況的基礎上，基本按照額定工況的80-90%負荷來運行，所以需要給能源基準數值乘上一個0.8的負荷系數，即每噸蒸汽可節約天然氣1.28*0.8=0.936Nm3天然氣。實際節約的效果：每噸蒸汽較改造前節約燃氣耗量約2.93-1.97=0.96Nm3，以上計算與實際運行數據基本一致。

改造后節約燃氣0.96Nm3/t與計算節能量1.17 Nm3/t偏差18%，跟進除氧器水溫低而導致多消耗的除氧器用蒸汽的排汽、散熱占多耗氣1.97Nm3/h的（8~10%）相抵消。從另外一個角度驗證改造后運行結果與計算符合，計算方法可行。

基于以上兩點，上述節能量計算方法經驗證是比較接近實際數值的，以上計算方法可以用在改造前節能量的估算，和作為改造合同簽訂的節能量基準，另外考慮改造后產能的波動范圍乘上一定的系數，作為雙方約定改造節能量[7-10]。

6 結語

本文通過一個工業用燃氣鍋爐余熱利用的改造案例，介紹了一種適用于只有鍋爐房整體蒸汽、燃氣數據，沒有單獨蒸汽、燃氣流量計量的鍋爐的節能量計算方法，即用整年度能耗總量×理論計算增加設備的節能量占總耗能的比例。考慮年度產能的波動性，該節能量建議為一個范圍內的數值，而非一個定值。

本計算方法也有一定的局限性，只能用于用額定回收熱量在上一年負荷的基礎上估算節能量，需要根據具體運行情況乘以鍋爐負荷系數，若報告期內鍋爐的平均負荷低于基準期的平均負荷，如鍋爐長時間低負荷運行，或頻繁啟停、待機等情況發生，則報告期內的節能量將低于計算節能量。