沼氣鍋爐余熱回收技術的改造分析

羅星星

摘要：隨著沼氣利用技術的不斷發展，一種新型的沼氣利用技術&沼氣發電燃燒技術。其原理是利用沼氣作為發電機的動力源，通過一系列復雜的化學反應，將其安裝在一個綜合發電廠中，產生足夠的電能和熱量，供其他領域使用。機組自備余熱回收裝置，可回收沼氣鍋爐組高溫煙氣、缸套水熱量，用于生物質厭氧處理過程中蒸汽和熱水。

關鍵詞：廢熱利用;沼氣鍋爐

隨著人們對環境問題的日益重視，傳統的以煤和石油為主要能源的模式逐漸被人們所摒棄，而沼氣作為一種新型的清潔能源，其發展前景廣闊。隨著我國能源環境的日益緊張，環境變得越來越清潔，節能是工業生產的重要組成部分，也是一個大趨勢，我國工業生產中產生的余熱資源非常豐富，特別是中、低溫煙氣余熱資源，但是，這部分余熱資源的回收利用效率不高，造成資源的極大浪費。為了對余熱回收方案進行優化，本論文主要對沼氣鍋爐組余熱回收進行了研究。

本文介紹了一種設計、制造、生產的沼氣鍋爐回收利用機組煙氣余熱的高效裝置。該機組在造紙、酒精、制藥廠、生化車間，餐廚垃圾等生產中有著廣泛的應用。配合沼氣鍋爐組的燃氣鍋爐、余熱鍋爐，對處理這類行業的空氣污染和節能降耗有著關鍵意義。現階段，這類行業整治污垢的首要辦法是使用生化法，在處理中形成大量的沼氣，并將其用以發電機組后，排出的廢煙進到余熱鍋爐后，對鍋爐水進行傳熱，輸出熱水或蒸氣，再一次運用于軟體沼氣池中，以推動軟體沼氣池的連續發酵，提升沼氣產氣量。

1利用沼氣鍋爐組的余熱

其余熱利用主要包括兩個方面，一是對高溫煙氣的余熱回收運用，二是發電機組本身制冷發熱量的運用。當今，國內發電機組不能給予發電機組自身制冷發熱量的運用，僅有排煙系統余熱回收。有四個余熱回收運用新項目：

（1）熱水種類。用發電機余熱回收可制造出90℃-100℃左右的熱水。這個設計方案適用北方地區必須采暖的地域。

（2）氣體種類。選用煙塵余熱回收與吸收式熱泵冷凍機組，可給予蓄冷負載。

（3）蒸氣種類。煙氣脫硝發電機組運用煙塵中的廢熱可造成飽和狀態或過熱蒸汽，但其產汽量小，產汽量低。舉例來說，一臺1MW的沼氣鍋爐可生產制造大概1.0噸，充斥著蒸氣壓力0.6MPA的蒸氣，作為蒸氣負載。

（4）發電種類。依靠發電機組的余熱回收，與螺桿膨化機完成發電量。一臺1MW沼氣鍋爐，運用排風余熱回收，可配備一臺70kW螺桿膨脹發動機完成發電量。

2沼氣鍋爐結構

沼氣鍋爐分燃油燃氣鍋爐與余熱鍋爐，先分析如下：

燃油燃氣鍋爐一般為臥式內燃鍋殼體。其結構形式可分為干背、濕背兩種。背鍋鍋爐的爐膽（爐膛）后部是泡在水中的“濕背”回燃室，這也是干背和濕背兩種形式的最大區別，濕背式爐膽，回燃燒室吸收的熱能直接傳給水，避免了燒壞問題，同時還能提高鍋爐的輻射傳熱面積和換熱效率，國際上廣泛使用。

余熱鍋爐一般包括：過熱器、蒸發器、省煤器及輔助設備及附件等。余熱鍋爐是利用機組排出的煙氣送至余熱鍋爐進行熱交換，產生過熱蒸汽或熱水，以節省燃料，實現經濟節能。

一般狀況下，鍋爐均值溫度在20～30℃上下，超負荷運轉時，鍋爐排煙系統溫度一般在180-220℃，鍋爐平均沼氣消耗量150m3（標準）/噸蒸汽，鍋爐運行時間按每年340天計算，實測統計：年沼氣消耗量為l224000m3左右，CO2：排放量為1284.9t。若提升鍋爐熱效，在相同條件下，可降低沼氣耗費，降低CO2排出。因此，最大限度地使用廢氣余熱回收，將鍋爐給水溫度由20～30℃加熱至50～60℃，這樣既可合理提升鍋爐的熱效，又減少沼氣耗費，并且還可以減少鍋爐排煙系統對環境空氣的環境污染，進而實現節能降耗的總體目標，有益于公司的長久平穩發展。

3環保節能系統原理，構造與特點

3.1系統環保節能基本原理

對鍋爐排煙道系統進行電加熱器，加熱交換器管中的水，管內為排煙系統安全通道，在熱交換器通道加一循環水泵，使管中的水能夠充足吸熱反應，直至環境溫度做到50-60℃時再給鍋爐補水。

3.2節約能源管理體系

原先的鍋爐補水是依照鍋爐控制程序流程由2m軟儲水箱補離心水泵補水，軟儲水箱溫度約20～C。經過技改項目后，提升了一套鍋爐補水設備，一般選用不銹鋼板隔熱保溫調整儲水箱補水保溫，不銹鋼板隔熱保溫調整儲水箱內的溫度經循環水泵，熱交換器后不斷升溫，做到溫度50～60℃。這套系統軟件產生問題時，繼電器V1得電，逐漸由軟儲水箱給鍋爐補水，防止供水設備產生故障造成鍋爐低水位停爐。

在鍋爐自動控制系統正常運行后，原離心補水泵經不銹鋼板隔熱保溫調整儲水箱存儲的軟化水處理提供鍋爐，鍋爐正常點燃形成的蒸氣被送出。因為不銹鋼水箱水位線降至液位儀調節儀設置的低限制值，因此，V251"補水電磁閥V251"水側打開，循環水側關閉，補水燈亮，循環燈熄滅，系統原有的軟水箱補水，軟水通過熱水循環泵和換熱器熱交換后送到不銹鋼保溫水箱儲藏。不銹耐熱水箱

補水過程結束，液面上升到開始使用液位控制儀。

鍋爐進水溫度上升，不銹鋼隔熱保溫調整儲水箱內的水位線達到水位調節儀設置的高限制值時，三通補水繼電器補水側合閉，冷卻循環水側開啟，循環系統燈亮了，補水顯示燈滅掉，熱交換器用循環水泵從不銹鋼板隔熱保溫調整儲水箱供水，軟化水經不斷熱交換器后回熱調節儲水箱存儲，這種循環往復。

最大限度地使用鍋爐煙塵的余熱回收，將進水溫度由20～30℃升到50～60℃，使供水溫度有很大提升，這樣既能有效地提升鍋爐的熱效，又能減少沼氣的耗費，與此同時還能減少鍋爐排污的粉塵對環境空氣的環境污染，完成節能降耗。

3.3環保節能系統特點

該余熱回收利用環保節能控制系統簡單，PLC能夠根據STEP-200開發板控制原鍋爐控制。有效挑選換熱器，能夠保證余熱回收利用的高效率。本體系中的換熱器采取全不銹鋼板三維針肋加強傳熱。JNQZ—12型熱管殼式換熱器，具備傳熱指數高，傳熱系數小，抗腐蝕，體型小的特性。此外，還需要考慮到熱交換器的軸向翅片應該是中斷式的，這類翅片能使煙幕無論橫著，豎向沖洗，所有針肋拓展表面都能遭受煙塵橫著滲流沖洗并在針肋反面產生對應的穩定漩渦和流回區，根據持續毀壞，再次產生煙塵熱附面層，使其變軟，進而大幅度降低傳熱系數，提升導熱系數。JNQZ-2型換熱器有利于加熱爐排煙道熱交換器的安裝，便于技術改造。

4改革實施

4.1力學部分

先支好煙道，切斷煙道，安裝好煙道換熱裝置，然后安裝不銹鋼保溫調節水箱和進料液位。

進料管，液面控制儀;最后切斷軟儲水箱的軟水出水管，安裝旁通閥補水管，循環自來水管，循環水泵，三通電磁閥。在組裝時，新提升的管路選用電焊焊接和卡箍連接，循環系統自來水管和不銹鋼保溫水箱要隔熱保溫處理，全部支撐架和露出部分都需要上漆，防腐蝕。設定成功后，根據旁通閥補水管和循環傳熱管路，將軟儲水箱，不銹鋼隔熱保溫調整儲水箱，循環水泵，排煙道熱交換器串接為“內+外”循環系統傳熱系統，用以鍋爐補水。

4.2電力自動化操縱

原先的鍋爐PLC控制程序流程全是用STEP7-200程序編寫的，為便于控制，把鍋爐排煙道余熱回收利用系統的調節部分和原程序做了比較，提升了PLC程序代碼，對LC程序流程進行程序編寫。過程主要參數的安裝和調節設置不銹鋼板隔熱保溫調整儲水箱水位線控制參數，調節不銹鋼板隔熱保溫調整儲水箱一次補水流量，不銹鋼板隔熱保溫調整儲水箱下限分別設定，高度限制值，限位開關限制值;用PLC編程器鍵入新的額外程序流程，接好相對應的控線，再進行儀表設備調節。在鍋爐正常運行后，PLC邏輯性檢驗標準如果滿足，必須分別對煙塵余熱回收利用環保節能體系的3個過程即鍋爐補水過程，不銹鋼板調儲水箱補水過程，

隔熱保溫調節保溫水箱水（鍋爐補水）升溫過程的功能實驗。實驗時要需注意對不銹鋼板隔熱保溫調節儲水箱有極低限制值的警報，要立即斷開鍋爐系統的穩定性進行調節。在不銹鋼板隔熱保溫調整儲水箱出現極低水量時，電動式自動化控制箱蜂鳴器應同時警報。這時，應查驗清除鍋爐補水故障，如果是熱循環水泵或繼電器發生故障，則自動轉換鍋爐補水系統，將原供水設備（軟儲水箱）改成鍋爐補水。維修或拆換繼電器或循環水泵。每臺調節正常后，能夠實現系統聯網調節，調節正常后鍋爐就可以逐漸運行，試運轉。鍋爐排煙道熱交換器運作時，要調節水閥的開啟度，以均衡調整熱循環出水量。

5節約能源

通過對鍋爐進行技術改造，根據儀表盤信息表明，鍋爐的過剩空氣系數由220℃減少到120。約為C;鍋爐軟化水的補水溫度由20℃升高到50～60℃。爐內熱效從原先的85.22%—87.52%提升到91.42%-93.72%，CO2排出降低6%（煙塵溫度每減少l6℃，鍋爐熱效提升1%，CO2：排出降低l%）。在加熱補水保溫全過程中，減少了熱能損失，熱效明顯提升，與此同時降低了沼氣的耗費，既減少了電力能源，又減少了煙塵量。

結語

廢熱回收是一條經濟發展高效率低能耗的有效途徑，而沼氣工程技術性把沼氣作為一種綠色能源，它不但能夠耗費廢棄物，降低空氣污染，并且還能造成熱量，電磁能，達到生產制造生活需要，符合可持續發展觀的策略要求。

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