燃煤鍋爐煙氣余熱利用

陳民棟

（海南口味王科技發(fā)展有限公司，海南 萬寧 571500）

0 引言

節(jié)能與環(huán)保是當代全球關(guān)注的重要課題，我國是最大的發(fā)展中國家，按人口平均計算也是能源最匱乏的國家之一，節(jié)約能源并為后代保護資源，是我們每一個人的責任；同時對企業(yè)來說就是節(jié)省燃料費用支出，提高經(jīng)濟效益，增強市場競爭力。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和能源短缺，一次能源的價格呈不斷上漲趨勢，我們的生存環(huán)境也在不斷惡化，節(jié)約能源保護環(huán)境已迫在眉睫。

余熱是指能利用而未被利用的熱能。和發(fā)達國家相比，我國工業(yè)裝備相對落后，能源利用率低。如化工、建材、紡織、機械、汽車、冶金、動力、造紙、食品、電子等行業(yè)，在生產(chǎn)中直接排空大量的可利用熱能，既浪費能源又污染環(huán)境，余熱回收就是將這部分浪費的熱能回收利用，是提高能源利用率，降低生產(chǎn)成本，保護環(huán)境最直接、經(jīng)濟的手段。為了提高產(chǎn)品競爭力，實現(xiàn)收入最大化，成本最小化，經(jīng)過公司討論決定進行余熱回收利用工作。

1 項目簡介

1.1 企業(yè)燃煤鍋爐現(xiàn)狀

各類工業(yè)鍋爐在設(shè)計制造時，為了防止尾部受熱面腐蝕和堵灰，排煙溫度一般不低于180～220℃。目前大都是直接排放，既污染了環(huán)境，又浪費了大量的熱能。我公司鍋爐房有1臺4 t/h和1臺6 t/h燃煤鍋爐，其煙氣排放溫度約200～220℃，一方面鍋爐大量的熱能隨著煙氣排放而浪費，另一方面生產(chǎn)工藝又需要大量的熱水。在能源緊缺的今天，如何在滿足生產(chǎn)工藝的條件下回收排煙中的熱量用于生產(chǎn)或生活，減少對環(huán)境的不良影響，有著重大意義。本項目就是利用“復(fù)合管余熱回收器”回收本公司2臺燃煤鍋爐的煙氣熱量（設(shè)備選型：參考廈門高譜科技有限公司生產(chǎn)復(fù)合管余熱回收器參數(shù)），將煙氣溫度降到145℃左右排空，回收的熱量加熱生產(chǎn)所需熱水，被加熱后的熱水供生產(chǎn)使用，減少企業(yè)燃料的消耗量，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，增強企業(yè)市場競爭力。本項目實施后既能減輕環(huán)境污染，滿足企業(yè)生產(chǎn)工藝要求，又能達到節(jié)約燃料的目標。

1.2 主要技術(shù)及經(jīng)濟指標（表1）

表1 2臺鍋爐技術(shù)經(jīng)濟指標

表1中相關(guān)數(shù)據(jù)與要求，是根據(jù)工廠具體情況參數(shù)，以及國家技術(shù)規(guī)范、規(guī)定等計算而得。

1.3 主要設(shè)計原則及指導(dǎo)思想

在本工程實施和正常運行時不能影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，在此前提下技術(shù)方案中余熱回收系統(tǒng)總體技術(shù)方案的設(shè)計遵循以下原則：1）以穩(wěn)定可靠為前提，采用經(jīng)實踐證明是成熟、可靠的工藝和設(shè)備。2）在穩(wěn)定可靠的前提下，提倡技術(shù)先進，要盡可能采用先進的工藝技術(shù)方案，以降低項目成本。3）盡可能利用工廠現(xiàn)有設(shè)備、設(shè)施，并盡最大可能利用余熱。4）生產(chǎn)設(shè)備原則上采用國產(chǎn)設(shè)備。5）余熱回收項目的電機控制和過程控制采用自動控制系統(tǒng)，達到高效、節(jié)能、穩(wěn)定生產(chǎn)、優(yōu)化控制的目的，并最大程度地減少操作崗位定員，以降低成本。本項目實施后既能降低生產(chǎn)成本，又能減輕環(huán)境污染，節(jié)能環(huán)保一舉兩得。以下就鍋爐余熱利用工藝流程、設(shè)備性能、工作原理及經(jīng)濟效益等進行闡述。

2 設(shè)計方案

2.1 熱源基本情況（表2）

表2 熱源基本情況

2.2 鍋爐煙氣余熱利用工藝流程

分別在每臺鍋爐的煙管處各布置1臺與之相匹配的復(fù)合管式余熱回收器，每臺鍋爐所排放的煙氣溫度降低至150℃左右進行排放，在余熱回收器內(nèi)與20℃的常溫冷水進行熱交換，被加熱后的熱水進入水箱供生產(chǎn)工藝使用，如圖1～圖2所示。

熱水利用明細表如表3所示。

按照每天8罐籽計算，一天省煤量：17.5×3×8×2+52.5+35+87.5+116=1131kg，一月省煤量：1 131×25=28 275 kg，一年節(jié)約成本：28.275×12×1 272=431589.6元=43萬元。降低鍋爐煙氣排放，提高工藝水溫度，節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)工藝所需熱水的燃料消耗，達到節(jié)能減排的目的。

2.3 余熱回收器設(shè)計參數(shù)

所選配余熱回收器采用復(fù)合管技術(shù)，技術(shù)參數(shù)如表4。

3 復(fù)合管余熱回收器的特點

復(fù)合管是一種高換熱性能的傳熱元件。它是由2根同心的內(nèi)外管組成一個復(fù)合管，在內(nèi)外管之間還有一薄壁同心管組成熱管內(nèi)部工作液體循環(huán)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(nèi)部的工作液體（液態(tài)金屬）將由于內(nèi)外壁溫差而形成氣液兩相流循環(huán)。圖3為結(jié)構(gòu)示意圖。內(nèi)壁管將形成等溫管壁，其溫度取決于熱管內(nèi)的循環(huán)兩相流溫度。T1為外管壁溫度，T2為熱管內(nèi)循環(huán)工作介質(zhì)溫度，T3為內(nèi)管壁溫度，T4為管內(nèi)工藝液體溫度，且 T1＞T2＞T3＞T4。常規(guī)的換熱設(shè)備一般都是間壁換熱，冷熱流體分別在器壁的兩側(cè)流過，如管壁或器壁有泄漏，則將造成停產(chǎn)損失。復(fù)合管余熱回收器則是雙層真空紊流傳熱，不存在管內(nèi)超壓。余熱回收器外觀見圖4。

圖1 煙氣工藝流程圖

圖2 熱水工藝流程圖

表3 熱水利用明細表

表4 鍋爐余熱回收器參數(shù)表

具有如下特性：抗腐蝕性較強；結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，安裝方便；特殊的紋路設(shè)計，使蒸汽進入余熱回收器后形成紊流狀態(tài)，達到最佳的換熱效果;安裝及結(jié)構(gòu)布置靈活，復(fù)合管余熱回收器的安裝無需改變原工藝系統(tǒng),結(jié)構(gòu)設(shè)計和位置布置非常靈活,可適應(yīng)各種復(fù)雜的場合；復(fù)合管余熱回收器傳熱效率高，節(jié)能效果顯著；使用壽命10年以上；投資回收期短，一般在0.5～1年就可回收全部投資。

圖3 結(jié)構(gòu)示意圖

圖4

4 項目施工

本項目施工包括余熱回收器的吊裝、管網(wǎng)施工、水泵閥門的安裝、鋼結(jié)構(gòu)支架的制作及管道保溫等。余熱回收器安裝后不會影響原鍋爐的正常的運行，鍋爐停運時可以對余熱回收器進行檢修，采用35℃左右的弱堿水進行沖洗即可。具體施工時由專業(yè)工程師根據(jù)公司現(xiàn)場情況出具安裝施工圖紙。

5 本項目設(shè)計、制造所遵循的依據(jù)與標準（參考）

余熱回收器的設(shè)計、制造符合下列標準與規(guī)范，其它未注明標準仍按以下國標、部標或行業(yè)標準執(zhí)行：GB150《鋼制壓力容器》；GB150《鋼制管殼式換熱器》；JB3964《壓力容器焊接工藝評定》；JB/Z105《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》；JB2536《壓力容器油漆、包裝和運輸》；JB/T3595-2002《電站閥門一般要求》；DL/T5054-1996《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定》；SDGJ6-20《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計算技術(shù)規(guī)定》；GB/T 9948-1988《石油裂化用無縫鋼管》；GB/T12241-1989《安全閥一般要求》；GB/T12241-1989《安全閥性能試驗方法》。

6 經(jīng)濟效益預(yù)算

項目改造投入費用估算如表5所示。2臺鍋爐進行余熱回收改造后，每小時可回收熱量：499 800 kJ/h+749 700 kJ/h=1 249 500 kJ/h。回收的熱量加熱水時效率取85%左右，煤燃燒后加熱水的效率在80%～85%左右，所以回收的熱量也可以等同折算成燃煤。

表5 改造投入費用估算

每天工作24 h，每月工作25d計，則：每月可節(jié)約燃煤29 748 kg。燃煤價格若按1272元/t計，則：投資回收期=投資金額÷每月可節(jié)約燃煤費用=46.1萬元÷（29.748 t×1272元/t=37839元/月）≈12月。約12個月左右的時間即可收回設(shè)備投資，以后每月可節(jié)約企業(yè)加熱所需消耗的燃煤約29.748 t左右，1年即節(jié)約356.97 t左右，節(jié)約燃煤費用達45.4萬元左右。

進行余熱回收改造后即可降低鍋爐的高溫排放所帶來污染，同時又可為公司節(jié)約燃料，經(jīng)濟效益與社會效益都非常顯著。經(jīng)過節(jié)能改造后，運行1年時間，效果明顯，達到了預(yù)期值。