定型工藝加熱方法研究

摘 要：染整皮革行業在后整理階段均存在定型工序，其中大部分定型工藝需要的熱風溫度超過200℃，早期的熱媒使用導熱油，隨著小型工業鍋爐的退出以及工業園區熱電聯產集中供熱的普及，逐步以中壓蒸汽替代了導熱油。中壓蒸汽替代導熱油雖然可行，但由于蒸汽壓力提高，影響到熱電聯產機組的熱經濟性。本文提出用低壓蒸汽+導熱油的復合加熱方法，將二者的優勢集合，并將二者不足互補，以最大化發揮熱電聯產的優勢，并以最低成本滿足定型工藝的要求。

關鍵詞：導熱油加熱；蒸汽加熱；復合加熱

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.024

0 前言

蒸汽加熱被廣泛應用于工業生產。上世紀九十年代開始，由于蒸汽凝結水沒有回收，飽和蒸汽需要疏水等原因，特別是染整皮革行業后整理階段定型加熱工藝所需要的熱風溫度溫度較高，低壓飽和蒸汽的熱媒溫度達不到工藝要求，因此逐步用導熱油作為熱媒替代蒸汽。2000年之后，隨著工業企業退城入園，工業園區推廣熱電聯產集中供熱，特別是國家能源產業政策要求分散工業小鍋爐逐步退出供熱舞臺后，中壓蒸汽替代導熱油成為新的趨勢。實踐證明中壓蒸汽替代導熱油是可行的，但蒸汽壓力提高影響到熱電聯產機組的熱經濟性。本文提出一種復合加熱方法，即用低壓蒸汽加熱到一定的溫度，然后用導熱油接續加熱到工藝要求的溫度，導熱油復合到蒸汽鍋爐中一并生產，最終實現低壓蒸汽與導熱油的復合加熱方式，滿足工藝要求，既提高熱電機組熱經濟性，又可以降低熱用戶用熱成本，達到一個多贏的局面。

1 導熱油加熱

（1）導熱油加熱介紹。以導熱油作為傳熱媒介，通過鍋爐加熱到260～280℃，輸送到用熱設備進行換熱，換熱后（溫度降低約20℃）再循環回鍋爐。如此不斷強制液相循環，加熱過程熱媒沒有相變。

（2）導熱油加熱的優點。①在低壓的條件下可以加熱到較高的溫度，加熱、換熱系統壓力等級低；② 閉式循環，熱損失小；③ 可以較精確控制熱風溫度。

（3）導熱油加熱的缺點。①在系統泄漏的情況下，導熱油與明火相遇會燃燒；②需要閉式系統運行，但實際運用中很難做到，因此運行一段時間后結焦積炭現象不可避免，需要定期補充或更換導熱油；③強制循環需要大量耗功。

2 中壓蒸汽加熱

（1）中壓蒸汽加熱介紹。由于1.0MPa（g）以下蒸汽溫度不會超過184℃，達不到定型工藝要求的溫度，需要提高蒸汽壓力以提高蒸汽溫度，所以一般中壓蒸汽壓力是2.9MPa（g）左右，可以保證定型熱風溫度達到200℃以上。

（2）中壓蒸汽加熱的優點。①取消導熱油，防火等級降低，安全等級提高；②實現熱電聯產，熱能梯級利用；③可以替代生產導熱油的工業小鍋爐。

（3）中壓蒸汽加熱的缺點。①換熱裝置壓力等級提高；②從汽輪機中間抽汽，影響機組熱經濟性；③ 園區集中供熱需要有二種以上壓力等級的供熱網。

3 蒸汽與導熱油接續加熱

（1）總體思路。將定型機換熱器分成兩段，低溫段用低壓蒸汽加熱，可以將熱風溫度加熱到160℃，高溫段用導熱油加熱，將熱風溫度加熱至200℃以上。如圖1所示。

（2）熱源方案。利用循環流化床蒸汽鍋爐，復合導熱油受熱面，充分利用循環流化床鍋爐煤種適應性廣、燃燒效率高、低氮燃燒且可以進行爐內部分脫硫的優點，彌補了小型鏈條鍋爐生產導熱油的缺點。因此采用蒸汽鍋爐復合導熱油的熱源方案。

（3）方案特點。①可利用常規集中供熱1.0MPa（g）的低壓蒸汽，蒸汽成本低；②因為只使用低壓蒸汽，新蒸汽熱化發電率提高；③蒸汽導熱油復合生產，鍋爐效率高；③可以替代產出導熱油的工業小鍋爐；⑤用導熱油加熱高溫段，可以較精確控制熱風溫度。

4 蒸汽+導熱油復合鍋爐

由于導熱油泄漏后遇火燃燒，循環流化床鍋爐又存在短周期磨損的固有特點，因此選用既有循環流化床鍋爐高效燃燒、低氮排放，又相對于常規循環流化床磨損低很多的循環雙流化床鍋爐做為蒸汽復合導熱油的爐型。

4.1 循環雙流化床鍋爐

循環雙流化床鍋爐是一種改進了的循環流化床鍋爐，其最主要特點就是有兩個流化床，一個燃煤的主床，一個專燒飛灰的副床（見圖2）。

（1）主床：主床內沒有埋管，流化速度較高。煤由螺旋給煤機送入主床密相區，迅速與高溫床料混合后著火燃燒，空氣由高壓主床風機通過布風裝置送入，并使床料流化，大部分燃料在密相區燃燒。高溫煙氣夾帶大量飛灰離開密相區進入懸浮室，未燃燼的煙氣與飛灰在爐膛內繼續燃燒。（2）副床：副床位于懸浮室之后，燃燼室的下部，副床燒灰，流化速度很低，只有1m/s左右，是低速飛灰床，床內設有埋管以充分利用埋管傳熱。副床灰來自三部分：①煙氣從懸浮室轉向到燃燼室時，粗顆粒的高溫灰被分離，直接進入副床燃燒。②煙氣在燃燼室再次轉向，一部分飛灰被分離掉進副床。③在燃燼室后布置旋風分離器，旋風分離器分離下來的飛灰，經返料裝置送至副床。（3）爐膛：爐膛分割成三室，組成折疊式爐膛，煙氣在爐膛內作N形流動。（4）煤粒子的燃燒需要一定的時間，這就需要爐膛有一定的高度，對于小容量鍋爐來說恰恰是個局限。而循環雙流化床組成折疊式爐膛，煙氣流程很長，滿足了旋風分離器一次不能捕捉的細灰的燃燒要求，而煙氣多次轉向造成的擾動，使煙氣混合很好，增強了擾動效果。（5）用副床燒灰有幾大優點：①飛灰在副床內平均有半小時以上的燃燒時間，飛灰在副床內燃燒得非常完全，副床灰中可燃物含量低于2%；②副床通過排灰及冷灰裝置排灰，與主床排渣冷渣裝置相似，排灰量約占總飛灰量的一半，這樣就減少了尾部飛灰份額，降低鍋爐初始排塵濃度，即使燒劣質煤，也容易達到初始排放濃度的排放標準，③飛灰在爐內不需無限循環，爐膛煙道中飛灰濃度僅為一般循環床鍋爐的幾十分之一，這對保護受熱面免受飛灰的磨損非常有效，循環雙流化床鍋爐蒸發受熱面與尾部受熱面的使用周期是常規循環流化床的五倍以上。 （6）以上這些特點，特別是尾部飛灰份額的降低，對于尾部豎井布置的受熱面能得到很好的保護的特點，因此選擇循環雙流化床鍋爐做為復合導熱油的首選爐型。

4.2 復合導熱油受熱面

在鍋爐尾部受熱面中，將煙氣側分為多個流程，一部分受熱面是工質為導熱油的省煤器，一部分是工質為水的省煤器，在煙氣流程的出口設獨自的煙氣調節門，每個流程的煙氣量可以通過風門來調節。煙氣通道的分割采用鍋爐的膜式水冷壁結構，每個煙氣調節門為多軸風門并聯，通過調節風門的旋轉角度對煙氣量進行調節。通過風門調節蒸汽、導熱油煙道中的煙氣流量，從而調節導熱油的負荷與蒸汽負荷，保障鍋爐啟動和運行中的安全性和可靠性。該型鍋爐由四川東方鍋爐工業鍋爐集團研發，已有成功應用案例[1]，如圖2所示。

5 蒸汽導熱油復合加熱的節能分析

以單個熱用戶耗10t/h中壓蒸汽加熱為例評價節能效果。

10t/h中壓（2.9MPa.g）蒸汽加熱方式與低壓蒸汽（1.0MPa.g）7.9t/h+導熱油107.3萬kcal/h等效， 每噸蒸汽在高溫高壓背壓式機組中從2.9MPa.g做功到1.0MPa.g，可多發電30.3 kW，10噸蒸汽可多發電303kW，以年運行7200小時計，年可多發電量218萬kWh。

高溫高壓背壓機組供電標煤耗為170g，全國火力發電平均供電標煤耗318g，每kWh節約標準148 g，年多產出218萬kWh的電能可節約標準煤323噸。

6 結語

一個工業園區在合適的供熱半徑內替代十家熱用戶，將替代約100噸中壓蒸汽，節約標準煤3230噸。如果推廣到100個工業園區，年可以節約一次能源32萬tce，有較好的節能效果。

參考文獻：

[1]王鋼.東鍋蒸汽復合導熱油鍋爐介紹[R].

作者簡介：方桂平（1965-），男，福建浦城人，工程碩士，高級工程師，研究方向：熱電聯產區域規劃、熱電聯產及余熱發電技術。