復合管在燃油鍋爐煙氣余熱回收中的應用

童立明，錢建躍，朱 炳

(中化興中石油轉運(舟山)有限公司，浙江舟山316000)

隨著國內對石油的需求量越來越大，目前已經成為世界第二大石油消費國和進口國，石油倉儲企業，特別是第三方倉儲企業儲運的油品多具有高凝點、高黏度等特性，在原油儲存中需要耗用大量的蒸汽加熱以維持相應的儲存及安全溫度。為此，許多石油倉儲企業自建鍋爐房以提供蒸汽用于提升油品溫度，而出于占地面積、投資費用、安全以及需求量等考慮，大多數鍋爐為燃油鍋爐，燃油鍋爐已成為油庫區主要的能耗設施［1］。由于前期設備設計缺陷和企業節能意識不足，大部分燃油鍋爐實際運行效率都在90%以下，而國外通過各種技術手段，已將燃油鍋爐的運行效率提高到95%左右。因此，國內燃油鍋爐存在著很大的節能潛力［2］。在實際運行中，由于排煙損失占鍋爐全部熱損失的絕大部分，因此降低鍋爐的排煙溫度是提高燃油鍋爐熱效率的主要努力方向。

圖1 復合管沿管長溫度示意Fig．1 Temperature diagram of composite heat pipe along the length of the tube

1 復合管余熱回收技術

1．1 復合管工作原理

復合管是一種高換熱性能的傳熱元件，熱效率達95%以上。它是由兩根同心內外管組成的一個復合管(即徑向熱管，簡稱為“復合管”)，在內外管之間還有一薄壁同心管組成熱管內部工作液體循環通道。當外部不均勻溫度場對外管壁輻射加熱時，同心熱管內部的工作液體(液態金屬)將由于內外壁溫差而形成氣液兩相流循環［3］。內管壁將形成等溫管壁，其溫度取決于熱管內的循環兩相流的溫度，沿管長的溫度示意見圖1。

1．2 復合管換熱器

復合管是一種高換熱性能、高安全性能的傳熱元件，非常適合應用在一側為大流量，低壓力降;另一側為小流量，高壓力降或者類似的完全不對稱的流體換熱場合。常規的換熱設備一般都是一次間壁換熱，冷熱流體分別在器壁的兩側流過，如管壁或器壁有泄露，則將造成停產損失。復合管余熱回收器則是多層真空紊流傳熱，不存在管內超壓。復合管余熱回收器有以下特點:換熱效果佳，傳熱效率高，具有良好的防腐蝕能力，安全可靠性高，其安裝及結構布置靈活，使用壽命長，維護簡單成本低，投資回收期短。復合管余熱回收器與其它換熱器的對比見表1。

表1 復合管余熱回收器與其它換熱器的對比Table 1 Composite pipe waste heat recovery heat exchanger contrast with other

2 燃油鍋爐煙氣余熱回收應用

2．1 煙氣余熱回收的腐蝕問題

排煙溫度對鍋爐的熱效率影響較大，排煙溫度每降低10℃，熱效率提高0．5% ～0．6%。因此，降低鍋爐煙氣排放溫度，回收利用其熱能提高鍋爐補水溫度，可以降低燃料的消耗。同時需要煙氣出口溫度控制在露點溫度之上，以防止低溫露點腐蝕，保證余熱回收器設備的長期運行［4］。

目前石油倉儲企業對燃油鍋爐煙氣余熱大都還沒進行回收利用，主要考慮的是SO2低溫露點腐蝕問題。燃油鍋爐進行煙氣余熱綜合利用實現節能時，須進一步降低排煙溫度和提高熱效率，要從設計、操作和選材安裝等方面采取措施，來防止和減少低溫露點腐蝕。低溫露點防腐蝕的一般方法是通過精心的設計，在降低排煙溫度提高熱效率的情況下，同時保持換熱面如熱管的壁溫，使之始終在煙氣露點溫度以上。然而，在低溫部位，由于操作工況的變化，也會出現低于露點溫度的情況，造成酸蝕而使熱管失效。煙氣出口處熱管失效后，會使延期露點溫度逐步移向附近未失效的熱管管壁處，依次發展，直至大部分熱管失效。因此，設計上避開煙氣露點腐蝕只能作為一般對策。另外，在日常操作中嚴格監控鍋爐的排煙溫度，即鍋爐的排煙溫度高于煙氣露點溫度20～30℃，使排煙溫度在還未降低到露點溫度時，已經從換熱器中通過了。為了防止腐蝕，余熱回收器出口煙氣溫度一般控制在露點以上，即燃油、燃煤煙氣溫度不低于120℃，燃氣煙氣溫度不低于80℃。

2．2 煙氣余熱回收系統的工程應用

針對某石油倉儲企業鍋爐運行情況及煙道布置，建議在3臺燃重油鍋爐的排煙管處各安裝1臺與之匹配的YRHS-A型常壓復合管余熱回收器，將鍋爐煙氣溫度由240℃降至160℃進行排放，同時利用回收的煙氣余熱來循環預熱鍋爐補水箱的軟化水，由此可節約燃料4% ～5%。余熱回收器煙氣阻力設計在不大于200 Pa，鍋爐工作時，不會出現煙氣堵塞現象。考慮到該企業日后要進行油改氣，將余熱回收器排煙溫度設定在160℃是因為鍋爐在使用不同的燃料時，為了保證燃料的完全燃燒，空氣過剩系數是不同的，燃料為重油一般在 1．6 ～1．8，為天然氣時在 1．3 左右，燃料為重油時的煙氣量大于天然氣。油改氣后鍋爐的煙氣量下降，余熱回收器出口的溫度也會下降，約為120℃左右，高于天然氣煙氣露點溫度80℃，所以仍然不會發生腐蝕堵塞現象，余熱回收系統始終是安全的。

復合管余熱回收器為YRHS-A型常壓氣-水型余熱回收器其結構見圖2。

圖2 氣-水型余熱回收器結構Fig．2 Gas-water waste heat recovery device structure

該企業改造的煙氣余熱回收系統為常壓系統，由余熱回收器、循環水泵、煙氣風閥、旁通煙管、各類閥門儀表、鋼結構支架、水管保溫等組成。

系統正常工作時旁通煙管煙氣風閥關閉，主煙管煙氣風閥打開，鍋爐所排放的煙氣經過余熱回收器煙氣進口溫度約240℃，出口溫度約160℃左右，煙氣熱量將水加熱，水吸熱后溫度升高，煙氣放熱后溫度降低，低溫煙氣經煙囪排空。余熱回收水系統循環水泵和閥門(水泵與閥門為一備一用狀態)打開，此時余熱回收器通過循環水泵將20℃冷水進行預熱，提高鍋爐補水溫度，加熱后的熱水直接進入補水箱，節約鍋爐燃料的消耗。系統需要檢修時，旁通煙管煙氣風閥打開，余熱回收器進煙排煙氣風閥關閉，鍋爐煙氣經旁通煙管排空，余熱回收器不工作。此時排煙溫度約為240℃。水系統閥門關閉，循環水泵不工作。

3 煙氣余熱利用經濟效益

假定按1臺20 t/h(或二臺10 t/h)鍋爐長期運行計算，余熱利用改造實施后，5個月即可收回鍋爐煙氣余熱回收系統改造的投資費用，每年可為該企業節約燃料費用約360×104RMB￥。進行余熱回收改造后，既可降低鍋爐煙氣的高溫排放所帶來的污染，同時又可節約生產運行成本，經濟效益與社會效益都非常顯著。

4 結語

由于燃油鍋爐排煙余熱占鍋爐熱量比例較大，煙氣余熱資源的利用是節約能源的重要措施，而復合管技術在石油倉儲企業燃油鍋爐余熱回收方面的應用具有良好的前景，是一項值得推廣應用的技術。復合管換熱器的使用使鍋爐的熱效率大大提高，能較大幅度地減少燃料的消耗，有益于緩解能源緊張，促進經濟社會可持續發展。

［1］ 陳珊珊，徐亞威．石油倉儲企業熱泵與燃油鍋爐聯合供熱的探討［J］．節能，2010，29(9):34-36．

［2］ 劉復田．燃油氣鍋爐的節能措施［J］．能源技術，2004，25(6):254-256．

［3］ 莊駿，張紅．熱管技術及其工程應用［M］．北京:化學工業出版社，2000:4-13．

［4］ 劉媛．鍋爐尾部煙氣余熱利用［J］．科技資訊，2010(18):44．