浅谈10 t/h锅炉烟气余热的综合利用

包永贤,张建忠

(青海碱业有限责任公司,青海 德令哈 817000)

经验交流

浅谈10 t/h锅炉烟气余热的综合利用

包永贤,张建忠

(青海碱业有限责任公司,青海 德令哈 817000)

锅炉;烟气余热;余热计算

节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针,也是当前一项极为紧迫的任务。为推动全社会开展节能降耗,缓解能源紧张,建设节能型社会,促进经济社会可持续发展,实现全面建设小康社会的宏伟目标,工业锅炉余热资源的利用是节约能源的重要措施,工业锅炉排烟余热占锅炉热量比重较大。

1 工业锅炉排烟余热的理论依据

由于工业锅炉排出的烟气温度有很大差别,高的超过300℃,低的则在160℃左右。理论上它所具有的余热为。

式中:Vy—烟气量,m3/h;

Cy——烟气平均定压比热容,Cy=1.34+ 0.000 163ty,kJ/(m3·℃);

ty——烟气温度,℃;

t0——环境温度,℃;

B——工业锅炉燃料消耗量,kg/h(或m3/h);

Vn——单位燃料产生的烟气量,m3/kg;

hy——烟气的单位焓,kJ/m3;

h0——在环境温度下烟气的单位焓,kJ/m3;

Hy、H0——烟气在排气温度及环境温度下的总焓,kJ/h。

如1台蒸发量 10 t/h的工业锅炉引风量11 078 m3/h,排烟温度180℃,环境温度25℃,理论上它所排出的的热量为:

相当于20.93 MJ的煤为82.03 kg,理论上它可回收利用的烟气余热量将小于烟气的焓。余热回收量为:

式中:H′y、H″y——烟气进、出余热回收设备的总焓,kJ/h;

Λbr——回收设备的保热系数;

λyr——余热回收设备热效率。

上式可写为:

式中:t′y、t″y烟气进、出余热回收设备时的温度,℃。

当余热回收设备为空气预热器时,则可达到的空气预热温度tk为:

式中:tk0——空气预热器的温度,℃

Ck——空气平均定压比热容,Ck=1.298+ 0.000 109 tk kJ/(m3·℃)

当回收余热用来产生热水时,产生的热水量为:

式中:Cs——水的比热容,4.186 8 kJ/(kg·℃);

t′s、t″s——水的进、出口温度,℃;

λbr——麻石保热系数1.32。

2 实际消耗在水膜除尘的热量

蒸发量为10 t/h的工业锅炉,烟气经水膜除尘器后,水所吸收的热量为进水膜除尘器前烟温180℃,水膜除尘器后烟温53℃,水膜除尘器进口水温度22℃,水膜除尘器出口水温度43℃,供给水膜除尘器水的流量18.5 m3/h。

4.186 8 kJ的热量在1标准大气压下能使1 kg的纯水温度升高1℃。高原地区1 kg标准煤燃烧所放出的热量,比平原地区1 kg标准煤燃烧所放出的热量要低。在定压情况下实际水所吸收的热量为:

以5 000大卡的煤计算每小时消耗的煤、焦耳、功率为:

3 热量未回收的原因

而现在的一些工业企业对烟气余热都还没进行回收利用,主要考虑的是SO2低温露点腐蚀,和换热器安装问题。

4 采取的预防措施

在蒸发量为10 t/h的工业锅炉进行烟气余热综合利用实现节能时,应注意以下几个问题。

1)避开烟气露点腐蚀温度

低温露点腐蚀的部位主要在锅炉的空气预热器后,进一步降低排烟温度和提高热效率,要从设计、操作和选材安装等方面采取措施,来防止和减少低温露点腐蚀。

低温露点防腐蚀的一般方法是通过精心的设计,在热效率降低不大的情况下,提高换热面如热管的壁温,使之高于烟气露点温度。但是,在低温部位如空气预热器空气入口处,由于操作工况的变化,也会出现低于露点温度的情况,造成酸蚀而使热管失效。烟气出口处热管失效后,会使延期露点温度逐步移向附近未失效的热管管壁处,依次发展,直至大部分热管失效。因此,设计上避开烟气露点腐蚀只能作为一般对策。另外,在日常操作中提高锅炉的排烟温度,即锅炉的排烟温度高于烟气露点温度20～30℃,使排烟温度在还未降低到露点温度时,已经从预热器中通过了。但是,排烟温度对锅炉的热效率影响较大,排烟温度每升高10℃,热效率下降0.5%左右。

2)采用耐蚀金属材料

ND钢(09CrCuSb)具有较高的抵抗低温腐蚀能力,不但能抗硫酸电腐蚀,而且在Cl-或Cl-+SO2-4中也具有较高的耐蚀性,其力学性能与碳钢相当。

3)采用低硫煤或在煤中加入CaCO3、MgCO3

燃料中均含有少量的硫,硫燃烧后几乎全部生成SO2,由于燃烧室中有少量的氧气存在,所以有部分SO2进一步氧化形成SO3在正常的过剩空气系数的条件下,全部SO2中有约1%～3%转化为SO3。在高温烟气中的SO3气体不腐蚀金属,但当烟气温度降到<400℃,SO3将与水蒸气化合生成硫酸蒸气,其反应如下:

如在煤中加入 CaCO3、MgCO3,SO2转化为SO3的反应不起催化作用,相反缓慢、抑制了反应的进行,同时它们还会与凝结在它们表面上的硫酸发生反应。燃料中含有相同的硫,所形成SO3的数量却不同,产生的腐蚀结果也各有不同。

烟气余热回收利用实现节能主要是在烟气进入水膜除尘器前2 m左右的距离内增加烟道截面积的同时加入1组换热器。增加烟道截面积主要是为避免在烟道中加入换热器后影响锅炉的排烟流量和排烟阻力,同时避免增加风机功率。

由于锅炉给水都用软水,因此在进入换热器内的水需从离子交换器的产水口供给软水经换热器加热后再流入软水箱。换热器选用翅片ND钢,也可选用不锈钢换热器,在条件允许的情况下应选用热管换热器。如果被加热的介质是空气则应选用热管加热锅炉助燃空气,提高锅炉进风温度,锅炉进风温度每升高10℃,锅炉热效率提高0.5%,由于热管的每根管子是独立的传热元件,即便是其中一根发生故障,也不会影响整个换热器的正常工作。

5 投资与回报(见表5)

表5 投资材料一览表

10 t/h的工业锅炉烟气在水膜除尘器中,烟气与水的接触比较充分,效率高达9%,而采用换热器时它只能达到水膜除尘器效率的50%左右,烟气在水膜除尘器中水所吸收的热量是1 636.57 MJ/h,当地20.93 MJ的煤价 490元/t,锅炉每天运行20 h,每年运行180天。

1 636.57×50%=813.29 MJ/h

813.29 ÷20.93=38.85 kg/h

38.85 ×20×180=13 986 kg

13 986÷1 000=13.986 t

13.986 ×490=6 853.14元

19 754.8÷6 853.14×180=518.86 d

由此可见锅炉只需运行519天就可收回全部投资,采用烟气余热回收系统实现节能,有重大的理论与现实意义。

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2010-04-16