130 t/h燃?xì)忮仩t煙氣余熱利用的探索與實踐

劉俊明

（萊鋼能源動力廠 ，山東萊蕪 271104）

130 t/h燃?xì)忮仩t煙氣余熱利用的探索與實踐

劉俊明

（萊鋼能源動力廠 ，山東萊蕪 271104）

針對萊鋼130 t/h燃?xì)忮仩t排煙溫度高，熱量損失大，增加了尾總煙道煙氣換熱設(shè)備，提高凝結(jié)水給水溫度，減少除氧用蒸汽量，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

排煙溫度；低溫?fù)Q熱器；煙氣余熱

1 問題概述

萊鋼能源動力廠有3臺中溫中壓130 t/h鍋爐，額定蒸汽壓力為3.82 MPa，蒸汽溫度為450益，常年平均運行負(fù)荷70%左右，運行天數(shù)330天，燃料為高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣混合物，鍋爐運行排煙溫度約130~160益，平均140益左右，排煙平均溫度較高，存在較大的熱量損失，煙氣余熱有有較大的利用空間。

2 煙氣余熱利用的理論研究

2.1 理論分析

鍋爐是主要耗能設(shè)備，降低鍋爐排煙熱損失對提高鍋爐的能源利用效率有著重要的現(xiàn)實意義。目前鍋爐煙氣的出口溫度最高可達(dá)165益，余熱利用價值較大，回收后的熱量用于加熱鍋爐補(bǔ)給水提高補(bǔ)給水溫，減少除氧器對高品位蒸汽消耗量，以實現(xiàn)節(jié)能減排、挖潛增效的目的。

通過增加鍋爐尾部受熱面提高熱負(fù)荷，降低排煙溫度，對余熱進(jìn)行回收利用，經(jīng)初步測算，每年(按330天24 h運行)可節(jié)省熱量約88511.90 GJ，同時也可以降低二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放，不僅有良好的經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)保效益也很明顯。

2.2 熱平衡計算

假設(shè)鍋爐排放的煙氣由140益降至90益時，單臺鍋爐煙氣放熱量 Q煙氣=0.98伊(365.70原232.72)伊85320.6/3600=3104.37 kW

其中：

鍋爐的保溫系數(shù)取：98%;

每立方高爐煤氣所產(chǎn)生的煙氣在140益下的焓值為365.70 kJ/m3;

每立方高爐煤氣所產(chǎn)生的煙氣在90益下的焓值232.72 kJ/m3;

運行負(fù)荷時鍋爐燃料消耗量為：85320.6 m3/h;

而當(dāng)水的吸熱量也為3104.37 kW時，即Q水=Q煙氣=3104.37 kW時，可通過計算得出水吸熱后的焓值為286.46 kJ/kg，此時對應(yīng)的水溫為68.4益。

具體計算如下：

給水流量80 t/h，由35益升至68.4益時，水的吸熱量 Q水=（h2原146.81）伊80000/3600=3103.33 kW

其中：

流經(jīng)低溫?fù)Q熱器的水量：80000 kg/h；

35益時凝結(jié)水的焓值為：146.81 kJ/kg；

68.4益時凝結(jié)水的焓值為：286.46 kJ/kg；

根據(jù)上述計算，得出：經(jīng)換熱器后，煙氣由140益降至90益，凝結(jié)水量80 t/h時，可由35益升至68.4益。

因此通過增加煙氣換熱設(shè)備，降低排煙溫度，實施煙氣余熱回收利用，是完全可行的。

3 探索與實踐

在鍋爐尾部煙道即空氣預(yù)熱器出口和引風(fēng)機(jī)入口之間按逆流方式分別布置一主一次兩套低溫?fù)Q熱器，回收煙氣的余熱，加熱汽輪機(jī)凝結(jié)水，具體如圖1所示。

圖1 低溫?fù)Q熱器工藝流程簡圖

鍋爐尾部煙氣通過雙煙道進(jìn)入主、次低溫?fù)Q熱器（主換熱器安裝在變頻引風(fēng)機(jī)煙道上）與換熱器內(nèi)部的凝結(jié)水進(jìn)行熱量交換，實現(xiàn)熱量的回收。該換熱器的入口側(cè)煙氣理論溫度為140益，與換熱器進(jìn)行熱量交換后，溫度可降至90益左右，然后在引風(fēng)機(jī)的作用下從煙囪排出。此熱交換過程中，進(jìn)水為汽輪機(jī)凝汽器35益的凝結(jié)水，設(shè)計流量約75~85 t/h，經(jīng)熱量交換后，溫度可升高到70益左右，最后進(jìn)入除氧器再次加溫，理論可回收熱量3104.37 kW。

由于鍋爐負(fù)荷、燃料等變化，空氣預(yù)熱器出口處煙氣溫度將不斷變化，溫度并不是一成不變。當(dāng)鍋爐空氣預(yù)熱器出口處煙氣溫度高于140益情況下，通過提高換熱器水流量來回收大量余熱；當(dāng)空預(yù)器出口煙氣溫度低于140益而高于90益情況下，應(yīng)通過電動調(diào)節(jié)閥改變流經(jīng)換熱器的凝結(jié)水水量，以此來調(diào)整排煙溫度，避免鍋爐的低溫腐蝕。

4 增加煙道換熱器前后對比

4.1 工藝流程不同，調(diào)控難度有所增加，但效益明顯

未改造前，凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水母管直接進(jìn)入除氧器加熱除氧后經(jīng)給水母管進(jìn)入鍋爐。鍋爐尾部安裝煙氣換熱器后，來自汽輪機(jī)組凝汽器的凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵首先進(jìn)入鍋爐尾部的煙氣換熱器（在原除氧器的進(jìn)水管道上需提前加裝流量調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)進(jìn)換熱器冷凝水量通過煙氣換熱，以達(dá)到調(diào)整排煙溫度的目的或通過閥門的開啟和關(guān)閉來控制水流的方向：閥門全關(guān)，凝結(jié)水全部流經(jīng)換熱器；閥門開啟，凝結(jié)水同時流經(jīng)換熱器和除氧器），凝結(jié)水經(jīng)過換熱器熱交換后，理論水溫升達(dá)69益左右，經(jīng)初步加溫后的凝結(jié)水再進(jìn)入除氧器，二次加溫后進(jìn)入給水母管，供給鍋爐。煙氣換熱器的水流量的大小需結(jié)合鍋爐排煙溫度的高低通過給水調(diào)節(jié)閥來實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)煙氣的達(dá)標(biāo)排放。

4.2 充分考慮了設(shè)備增多，檢修難度增加的風(fēng)險

所加換熱器相對獨立，可以通過閥門和煙氣擋板切換來實現(xiàn)換熱器的投運和解列，若運行中該部分出現(xiàn)問題，可以隨時關(guān)閉閥門和煙氣擋板，將其隔離，將不影響原系統(tǒng)的正常運行。設(shè)計時考慮到換熱器的方便安裝問題，將換熱器設(shè)置為兩組、塊狀、組合式設(shè)計，換熱器運行一定時間需要更換或檢修時，可將換熱器分塊抽出，檢查缺陷，以決定是否需要清洗或焊補(bǔ)、甚至更換。

4.3 采取防振措施

為防止換熱管管束在運行過程中產(chǎn)生振動，將換熱管束分組設(shè)計，可根據(jù)負(fù)荷分組投入；同時在換熱管束入、出口設(shè)計遠(yuǎn)控節(jié)流裝置，及時調(diào)節(jié)水量，杜絕振動的產(chǎn)生。

4.4 風(fēng)阻的變化

增加換熱器后，由于換熱器本身的阻力和引出煙道的阻力使得鍋爐總阻力變化，引風(fēng)機(jī)運行工況也有所改變，經(jīng)過測算換熱器進(jìn)入煙道所產(chǎn)生的阻力及煙氣降溫兩個因素綜合增加壓力小于500 Pa，目前的風(fēng)機(jī)配備（引風(fēng)機(jī)為2臺，一臺變頻，一臺工頻同時運行。其中工頻風(fēng)機(jī)擋板開度40%耀50%、變頻風(fēng)機(jī)頻率設(shè)定為30~40 Hz即可滿足使用工況）完全可以滿足改造后運行需求。此外，部分凝結(jié)水,經(jīng)換熱器然后進(jìn)入除氧器，由此所造成的阻力的增加小于0.10 MPa左右，現(xiàn)有的水泵能夠滿足運行的需要。

經(jīng)設(shè)計測算，煙氣側(cè)和水側(cè)流動阻力增加，風(fēng)機(jī)和水泵耗電增加費用約為5.79萬元/年，該費用遠(yuǎn)小于煙氣余熱利用的效益，可不予考慮。

5 改造后的效益 改造后，煙氣、凝結(jié)水參數(shù)完全符合設(shè)計，實現(xiàn)改造目標(biāo)，具體參數(shù)如下：

入口煙溫：145益；

出口煙溫：95益；

凝結(jié)水入口溫度：35益；

凝結(jié)水出口溫度：70益；

溫差：35益；

凝結(jié)水量：81 t/h;

節(jié)能量:3120 kW;

折算蒸汽量:4.269 t/h,

年節(jié)約熱量（按330天算）：88511.90 GJ。

經(jīng)濟(jì)效益計算:

回收的熱量折算成溫度為305益，0.981 MPa的蒸汽（除氧器抽蒸汽參數(shù)）量為：W=[3120/(3062.88-432.17)]伊3600=4.269 t/h。

其中：

壓力0.981 MPa，溫度305益的蒸汽的焓值為：3062.88 kJ/kg；

壓力為6.3 MPa，溫度為102益給水的焓值為：432.17 kJ/kg；

3120 kW為上述方案中回收的熱量。

以1 t該蒸汽可產(chǎn)生125 kWh電、電利潤按0.2元/kWh計算，

年收益約為：4.269伊24伊330伊125伊0.2/10000=84.5萬元

3臺鍋爐的總年收益為：84.56伊3=253.58萬元。

Exp loration and Practice of Waste Heat Utilization of 130 t/h Gas-fired Boiler

Liu Junming
(The Power Plant of Laiwu Steel,Shandong Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

To solve the problem of excessive flue gas temperature and high heat loss of the 130 t/h gas boiler at Laiwu Steel,a rear flue gas heat exchanger was added,which has increased the condensate water temperature,reduced the amount of steam consumption by de-oxidization and achieved the objective of energy saving.

exhaust temperature,cryogenic heat exchanger,flue gas waste heat

TK115

B

1006-6764(2018)01-0042-03

收修改稿日期：2017-10-19

劉俊明（1985-），男，2007年畢業(yè)于青島大學(xué)熱能與動力工程專業(yè)，工程師，現(xiàn)于萊鋼能源動力廠型鋼熱電車間工作