全燃氣鍋爐產能余量回收利用策略探究

文_劉鷗 張宣科技設備能源部

1 項目概況

張宣科技4#130t/h 、5#130t/h、6#160t/h、7#160t/h、8#180t/h和9#180t/h等6座全燃氣鍋爐，承擔公司3座汽輪發電機以及高爐鼓風機的相關動力蒸汽需求任務，屬于本公司能源提供的主要設備。為解決鍋爐燃氣的浪費問題，提高鍋爐的能源使用效率，決定對5#、6#、8#號鍋爐進行一次集體的煤氣設備改造，并實現對4#、7#、9#等鍋爐進行優化，以此方式提高本廠對產生煤氣的綜合利用率，可為助力公司節能綠色生產奠定基礎。

2 煙氣余熱回收的影響因素

2.1 排煙時溫度與冷凝率的關系

通常情況下相關企業會鞏固工藝改造現實對余熱的回收，并且所回收的煙氣熱量越大，證明所能利用的熱量越多。因此，在對設備進行改造時，對水蒸氣的冷凝率計算可參照下式進行，即：

式中β-產生水蒸氣的冷凝率；Pc-水蒸氣處于飽和狀態下的壓力；VH2O-煙氣進口位置處固定煤氣燃燒所產生的水蒸氣體積；VH0

2O-單位體積煤氣完全燃燒能夠產生的水蒸氣體積。

隨著鍋爐設備的排煙溫度不斷提升，排放煙氣中所含蓋的水蒸氣冷凝率將會不斷下降，并且隨著α的增加，其水蒸氣的露點溫度也將逐漸降低。若實際排煙溫度高出水蒸氣的露點，此時煙氣中所存在的水蒸氣冷凝率將會降低至0。

2.2 排煙溫度對鍋爐熱效率的影響

燃氣鍋爐的熱效率指的是鍋爐實際供熱量與天然氣燃燒熱值之間的比例，計算公式為：

式中η-供熱效率；-供熱總量；B-燃氣的消耗總量；H1-低位燃燒熱值。

上述所提供熱總量可代表改造鍋爐燃燒室在運行狀態下的熱量與余熱回收熱量總和。結合式（2）能夠得到煙氣溫度變化過程對燃氣鍋爐產生熱效率的實際影響趨勢，由案例工程提供數據可知詳細關系變化如圖1所示。

圖1 排煙溫度影響鍋爐熱效率的實際變化

結合圖1數據可知，隨著鍋爐排煙溫度的不斷升高，鍋爐所產生的實際熱效率將會逐漸下降，為保障鍋爐能夠始終保持較高的供熱效率，需要在改造過程中對排煙溫度進行考慮和控制。

3 余熱回收整體技術方案設計

3.1 焦爐煤氣管網改造

結合焦爐煤氣改造的設計要求，對案例5#、6#、8#等鍋爐進行管網的改造設計，以確保改造后焦爐的煤氣流量以及壓力達到設計要求。由于案例工程焦爐的北環主管網的原始結構設計，需要確保蝶閥、盲板閥以及其它計量裝置在改造后能夠得到提質，同時若安裝案例給出的燃燒器改造設計要求，還需要在原設備的基礎上加裝支管、四角管路以及調節閥等裝置，保障設備的正常運行，改造前后對比如圖2所示。

圖 2 5#鍋爐改造前后煤氣管道示意圖

對6#和8#鍋爐焦爐管網的改造應當結合現有基礎結構，對余下8根DN80四角焦爐的煤氣管道進行改造，同時需要在煤氣總管處開孔，從6#和8#鍋爐中外接出一條銜接總管的引管線，同時需要將鍋爐兩側支管由原來的DN200均改為DN300，下降管由DN150改為DN200，相應增加或更換設備總管處的電動蝶閥、流量計、壓力表以及氣動快切閥等裝置。

3.2 低溫省煤器優化

經上述計算方法所得數據可知，因改造焦爐煤氣運行實際熱值較高，因此5#鍋爐所需要承受的熱力面積將會明顯減少，在進行改造后現有鍋爐的實際受熱面將會增加，因此該設備將會因爐膛受熱面過大，而出現爐膛出口煙氣溫度不斷下降的情況。結合改造后的設備檢測可知，此時過熱器設備的實際工作量將會持續減少，進而會引發過熱器蒸汽溫度達不到設定溫度標準，特別是在低工作負荷情況下此現象將會更嚴重。因鍋爐排煙溫度過低，所以受焦爐煤氣中硫、水元素的影響，將會對尾部的受熱面造成嚴重的低溫腐蝕。對此，通過改造可增加過熱器設備的受熱面積，以達到增加高效吸熱與減少尾部省煤器實際受熱面積的目的。

4 鍋爐余熱回收存在的供熱性能研究

借助EES軟件對改造全燃氣鍋爐的余熱回收性能進行計算與分析，以案例項目中8#鍋爐的改造前后的參數變化為例進行探究。為保障檢測結果數據能夠覆蓋鍋爐的主要運行參數，需要對鍋爐負荷、蒸汽溫度、減溫水量、高爐煤氣流量、焦爐煤氣流量、含氧量、熱風溫度、爐膛溫度、爐膛溫度、過熱器前溫度、高溫省煤器后煙溫以及排煙溫度進行檢測對比，改造前后檢測共進行3次，詳細檢測數據如表1所示。

表 1 8#鍋爐瞬時運行參數對比

由表1中數據能夠看出，8#鍋爐的負荷存在明顯的提升，改造前后全天負荷可達到3619（前）和4133（后），平均負荷提升21.41t/h，雖然上表的各受熱面溫度未有明顯變化，但是實際工作日可增加焦爐煤氣量約為22萬m3。

5 結語

通過對張宣科技全燃氣鍋爐燃料結構性優化項目的改造技術分析可知，通過科學的鍋爐煤氣燃燒計算，可幫助技術人員進行設備改造規劃設計，達到更好的改造效果。此外，通過焦爐煤氣管網以及低溫省煤器等結構的改造，可有效提高全燃氣鍋爐的產能，并降低工作能耗，具有較高的經濟性和環保性。