低壓省煤器在熱電廠的應用

潘巖 李曉偉

【摘要】熱電廠五號全燒煤氣鍋爐在尾部水平煙道布置有高爐煤氣加熱器，用來回收煙氣余熱，以提高入爐煤氣的初溫。運行多年未，此臺全燒煤氣鍋爐工況良好，鍋爐效率一直穩定維持在設計值區域。為了進一步回收煙氣余熱，提高鍋爐效率、降低噸鋼能耗，在鍋爐現有煤氣加熱器的煙氣側之后增設低壓省煤器用于加熱汽輪發電機凝結水，繼續回收煙氣中的余熱，以實現熱能梯級利用。

【關鍵詞】低壓省煤器；余熱回收；節能；熱管

1改進前相關技術狀況及其存在的問題

在以高爐煉鐵-煉鋼軋軋鋼為流程的鋼鐵生產過程中，在生產鋼鐵產品的同時，也產生了大量的副產品：高爐、焦爐、轉爐煤氣。這些副產品煤氣約占鋼鐵企業總能耗的40%，除了供給加熱爐和熱風爐等爐窯用來燃燒外，剩余大部分煤氣資源將輸送到熱電廠用來燃燒發電。提高熱電廠的熱效率和增加發電量，不僅可以降低鋼鐵企業的噸鋼能耗，而且可以減少企業的購電開支，對鋼鐵企業具有重要意義。某熱電廠鍋爐五號鍋爐為全燒高爐煤氣鍋爐，型號為SG-220/981-Q8502，于2010年11月份投產，設計排煙溫度（空氣預熱器后）為210℃，煤氣加熱器出口煙溫為155℃，鍋爐計算熱效率為88.5%。運行多年來，雖然高爐煤氣、焦爐煤氣燃燒量、排煙溫度、鍋爐熱效率一直處于穩定狀態，但是排煙溫度仍有進一步回收利用的余地。

2低壓省煤器簡介

2.1熱管式低壓省煤器工作原理

熱管式低壓省煤器主要由進口異徑管、出口異徑管、框架、殼體及多組數百根重力熱管焊接組成（密集繞片高頻焊翅片熱管）。由于重力熱管低壓省煤器屬于成熟高效的換熱裝置，已廣泛地運用在冶金、石化熱回收系統上，所以它不需要投入外部設備就能自動運行，性能可靠，工藝成熟，運行穩定，正常使用壽命長，便于維護和檢修。每組換熱器還包括煙氣進出口異徑管、換熱器框架、殼體、換熱組等。

2.2熱管式低壓省煤器的作用

某廠6臺全燒煤氣鍋爐的主要燃料都是煉鐵高爐煤氣，成分采集見表1，其中氫氣占2.11%、一氧化碳占23.15%、甲烷及碳氫化合物占0.9%，可燃氣體占26.16%，低位發熱量為3 350 kJ/Nm³。如圖1所示，由于五號鍋爐經過上、下兩級省煤器和空氣預熱器的吸熱之后，熱煙氣的溫度仍然高達210℃左右，所以此臺鍋爐在煙道上布置有煤氣加熱器，用來進一步吸收煙氣熱量來加熱入爐煤氣。經過煤氣加熱器換熱，煙溫下降約50℃，入爐高爐煤氣從初溫（較環境溫度高10℃）上升130℃左右。目前，五號鍋爐煤氣加熱器后的煙溫平均在155℃，因此增設低壓省煤器的作用就是進一步吸收排煙佘熱，加熱汽輪發電機凝結水，從而實現熱能梯級利用。

2.3熱管式低壓省煤器的布置

熱管式低壓省煤器在尾部煙道中的位置如圖2所示，利用熱管內低壓水的汽化一凝結過程，實現熱量在豎直方向的傳遞。

2.4熱管式低壓省煤器功效需求表

五號鍋爐全燒高爐煤氣運行工況參數與使用功能需滿足表2要求。

此低壓省煤器正常進水量為70t/h，最大進水量為10⁵t/h。

（1）低壓省煤器設計使用壽命應大于5年，5年內設備換熱效果不低于設計效果的85%，運行前3年的換熱效果不低于91%。

（2）熱管式低壓省煤器采取可靠措施，保證煙氣側的密封，設備殼體表面焊縫滿足強度要求連續焊。熱管管束布置時，在滿足膨脹的情況下，采取防振措施，模塊就位前確保殼體密封檢漏合格。

（3）低壓省煤器殼體及進出口箱體具備足夠的剛度和 強度。煙氣側承壓為±3000Pa，瞬時承壓為±15000Pa；水側承壓為1MPa。

（4）低壓省煤器具備一定的自清灰能力，預留布置清灰設備接口，在煤氣箱體進口端裝設機械脫水裝置，下部設疏水閥。箱體上設置放灰、放水裝置，便于清灰和檢修。

（5）因煤氣鍋爐燃料成分變化較大（主要燃用高爐煤氣、焦爐煤氣、摻燒部分轉爐煤氣），為防止受熱面及殼體低溫腐蝕，省煤器與煙氣接觸部分材料采用ND鋼材質，翅片厚度、翅片螺距、換熱管束壁厚需符合廠家要求。低壓省煤器換熱管束管壁溫在70℃以下需采用防腐措施或提高換熱管束材料等級，達到延長設備的使用壽命的目的。

（6）低壓省煤器受進口異徑管內部加裝導流板及加固措施等措施保證殼體強度、防止殼體振動。低壓省煤器受熱面管束布置時需要防振考慮。設備在露天布置，天氣變化及雨、雪、風對其的影響程度應充分考慮。

3低壓省煤器的應用效果

3.1鍋爐效率的提升

五號鍋爐增設低壓省煤器后重新投運并網穩定運行一周（168h）以后，我們開始采集運行數據，數據采集日鍋爐時均負荷為180t/h，公式如下：

公式（1）中，T₂為五號鍋爐排煙溫度均值，單位為℃；T₁為五號鍋爐甲乙側送風機的送風溫度均值，取10℃；（O₂）為煙氣中的氧濃度，取0.1%。

通過計算可知，增設低壓省煤器前后q₂（排煙熱損失）分別為10.37%和7.05%，根據圖2、表3可知，增設低壓省煤器前后排煙溫度均值分別為155.3℃和108.7℃，煙溫下降46.6℃。

按照排煙溫度每下降15℃，鍋爐效率提高約1%的經驗公式估算，五號爐排煙溫度下降46.6℃，則五號鍋爐效率提高值約3.1%。通過增設了低壓省煤器，五號鍋爐排煙熱損失減少（即熱效率提高值）=10.37%-7.05%=3.32%，兩者接近，因此五號鍋爐增設低壓省煤器前后鍋爐效率提高值大于3%。

3.2能量回收估算

煙氣放出的熱量傳遞給了汽輪發電機凝結水，通過煙氣的流量、比熱容及溫升等即可求出煙氣的吸熱量，其計算公式如下：

公式（2）中，Q為煙氣吸熱量，單位為KJ；c為煙氣的定壓比熱容，單位為KJ/（kg·℃）；m為煙氣質量，單位為kg；t₁和t₂分別為低壓省煤器進出口煙溫，單位為℃。

低壓省煤器煙氣24小時的溫度分布如圖2所示，其他參數見表40

結合式（2）、表4及圖2中煙氣進出口的平均溫度，可計算得每小時的余熱回收量如下：

Q=1.98x10⁷KJ

3.3增加發電量

據前文，按照鍋爐效率提高3%計算，由于五號鍋爐年運行天數為300d，時均負荷200t，五號鍋爐增設低壓省煤器后的折算產汽增量約43000 t/年。按鍋爐的運行參數經驗公式，每40.1t高壓蒸汽可以發電1萬kW·h，五號鍋爐效率的提高約合新增發電量為1.072MW。

發電量=多產高壓蒸汽量÷40.1t汽/萬kW·h

=43000t÷40.1t/萬kW·h

=1072萬kW·h（1.072 MW）

4結語

（1）在五號全燒煤氣鍋爐負荷為180t/h時，增設低壓省煤器后排煙溫度為46.6℃，鍋爐的熱效率提高大于3%。

（2）實現熱能梯級利用，折合新增發電量每年為1.072MW。

通過對五號鍋爐增設低壓省煤器所取得的經驗，我們將選擇合適的時機對其他有類似情況的全燒煤氣鍋爐進行煙氣余熱回收利用，并繼續實行綠色生產和降本增效并重發展的原則，積極采用新設備、新技術、新工藝，以提高資源、能源的利用率，進一步提升企業競爭力。

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[責任編輯：陳澤琦]