降低鍋爐排煙溫度可行性及節能效益分析

上海理工大學 黃榮華 馬憲國

上海市能效中心 張泉根 俞増盛

0 前言

排煙溫度是鍋爐的基本設計參數之一，它直接影響到鍋爐運行的經濟性和尾部受熱面工作的安全性。選擇較低的排煙溫度可以降低排煙熱損失，提高鍋爐熱效率，節約能源。但是，排煙溫度降低卻使尾部受熱面中煙氣與工質的傳熱溫壓減小，傳熱面積增大，金屬消耗和設備的初投資增多。另外排煙溫度過低還會引起末級煙道中硫酸蒸汽結露，使低溫受熱面產生腐蝕及堵灰，縮短設備的使用壽命，增加煙氣的流動阻力和引風機功率。堵灰嚴重時，還會影響鍋爐的出力和機組的正常運行。確定煙氣露點溫度，選取合理的排煙溫度，是避免低溫腐蝕、增加鍋爐運行安全性和經濟性的關鍵所在。

1 燃煤鍋爐降低排煙溫度的節能潛力與效益

選取工業鍋爐設計用代表性煤種，Ⅱ類煙煤，煤種特性見表1。采用前蘇聯1973年標準計算方法計算其露點，為80.59℃。

表1 Ⅱ類煙煤煤種特性

燃煤鍋爐煙氣露點與收到基灰分和硫分的關系如圖1所示。

從圖1可以看出，硫份越高，露點溫度越高，上海所用燃料為Ⅱ類煙煤，收到基含硫量為0.3～1.0%，因此煙氣的露點一般小于104℃，安全裕量可取30℃，將排煙溫度控制在130℃左右。

燃煤工業鍋爐排煙溫度一般為180～200℃，也就是說還有50℃～60℃溫降可利用，效率至少可提高3%左右。排煙溫度對燃煤鍋爐熱效率的影響見圖2。排煙溫度降低到130℃時，一臺DZL4-13-AⅡ燃煤工業鍋爐每小時可節煤8.1kg，如每年運行5000小時，煤價按800元/t計，每年可節約燃料成本32400元。

2 燃油鍋爐降低排煙溫度的節能潛力與效益

選取鍋爐設計用代表性0號輕質柴油，油質及燃燒特性如表2所示。采用前蘇聯1973年標準計算方法計算其露點為75.09℃。

表2 0號輕質柴油特性

由于燃油灰分含量很低，灰分變化影響很小。當收到基含硫量取0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%時，燃油鍋爐煙氣露點與收到基硫分的關系如圖3所示。

從圖3可以看出，硫份越高，露點溫度越高。通常所用燃油的含硫量都在1%以下，因此煙氣的露點一般小于100℃，為了安全起見，將排煙溫度控制在露點溫度以上30℃，即130℃左右。而我國輕柴油的含硫量在0.2%～0.4%居多，排煙溫度控制在120℃～130℃應該是安全的。

燃油工業鍋爐排煙溫度一般為230℃～250℃，也就是還有110℃～120℃溫降可利用，效率至少可提高5%左右。排煙溫度對燃油鍋爐熱效率的影響見圖4。排煙溫度降低到130℃時，一臺WNS4-1.0(1.25)-Y（Q）鍋爐每小時可節油13.9kg，如每年運行5000小時，燃油價格按8000元/t計，一年可節省燃油費556000元。

3 燃氣鍋爐排煙溫度的特性分析

選取常用代表性燃氣（氣井氣），其成分特性見表3。根據燃燒后煙氣容積中水蒸氣分壓求得其露點溫度為56.7℃。

表3 天然氣成分特性

煙氣露點溫度與過量空氣系數的關系如圖5所示。隨著過量空氣系數的增加，煙道中水蒸氣的相對體積減小，水蒸氣的容積份額會有所下降，其露點溫度也隨之降低。

雖然各地天然氣成分有所不同，但由于其主要成分均為甲烷，計算的露點溫度誤差不超過0.3%[2]。

由于天然氣鍋爐煙氣中的酸性氧化物含量比燃煤、燃油鍋爐少得多，所以低溫腐蝕和積灰問題不太嚴重，在采用合適材料后，排煙溫度有可能降至煙氣露點以下[3]。

進一步計算可以得出在不同排煙溫度下，鍋爐的熱效率的變化趨勢，如圖6所示。當鍋爐排煙溫度在20～60℃時熱效率變化較大。這主要是排煙損失中水蒸氣潛熱所占的比重大于煙氣的顯熱。同時由于水蒸氣冷凝過程中冷凝水可以吸收一部分有害氣體如SO2、NOx，降低了污染物的排放，有利于環保。但排煙溫度過低，會導致尾部受熱面積增加，設備投資成本增加，應當考慮投資成本和回收期。

4 結論

1）選擇合適的排煙溫度對鍋爐設計和運行的經濟性、安全性有重要意義，對鍋爐煙氣余熱回收有指導意義。

2）使用Ⅱ類煙煤的燃煤工業鍋爐，將排煙溫度控制在130℃～140℃，熱效率可提高3%左右。

3）燃用0號輕質柴油的燃油工業鍋爐，排煙溫度可控制在120℃～130℃，熱效率可提高5%左右。

4）天然氣鍋爐可以改造成冷凝式鍋爐，可將排煙溫度降至煙氣露點以下，回收利用汽化潛熱，大大提高鍋爐熱效率。

5）降低鍋爐排煙溫度時，應考慮設備投資成本和回收期等因素。

[1]車得福著.冷凝式鍋爐及其系統[M].北京：機械工業出版社.2002.07.

[2] 張曉暉,劉大為.燃氣鍋爐排煙冷凝熱回收技術[J].工業鍋爐.2008,110(4):4-8.

[3] 李慧君,王樹眾,張斌,林宗虎.冷凝式燃氣鍋爐煙氣余熱回收可行性經濟分析 [J].工業鍋爐.2003,78(2):1-4.