降低锅炉排烟温度可行性及节能效益分析

上海理工大学 黄荣华 马宪国

上海市能效中心 张泉根 俞増盛

0 前言

排烟温度是锅炉的基本设计参数之一，它直接影响到锅炉运行的经济性和尾部受热面工作的安全性。选择较低的排烟温度可以降低排烟热损失，提高锅炉热效率，节约能源。但是，排烟温度降低却使尾部受热面中烟气与工质的传热温压减小，传热面积增大，金属消耗和设备的初投资增多。另外排烟温度过低还会引起末级烟道中硫酸蒸汽结露，使低温受热面产生腐蚀及堵灰，缩短设备的使用寿命，增加烟气的流动阻力和引风机功率。堵灰严重时，还会影响锅炉的出力和机组的正常运行。确定烟气露点温度，选取合理的排烟温度，是避免低温腐蚀、增加锅炉运行安全性和经济性的关键所在。

1 燃煤锅炉降低排烟温度的节能潜力与效益

选取工业锅炉设计用代表性煤种，Ⅱ类烟煤，煤种特性见表1。采用前苏联1973年标准计算方法计算其露点，为80.59℃。

表1 Ⅱ类烟煤煤种特性

燃煤锅炉烟气露点与收到基灰分和硫分的关系如图1所示。

从图1可以看出，硫份越高，露点温度越高，上海所用燃料为Ⅱ类烟煤，收到基含硫量为0.3～1.0%，因此烟气的露点一般小于104℃，安全裕量可取30℃，将排烟温度控制在130℃左右。

燃煤工业锅炉排烟温度一般为180～200℃，也就是说还有50℃～60℃温降可利用，效率至少可提高3%左右。排烟温度对燃煤锅炉热效率的影响见图2。排烟温度降低到130℃时，一台DZL4-13-AⅡ燃煤工业锅炉每小时可节煤8.1kg，如每年运行5000小时，煤价按800元/t计，每年可节约燃料成本32400元。

2 燃油锅炉降低排烟温度的节能潜力与效益

选取锅炉设计用代表性0号轻质柴油，油质及燃烧特性如表2所示。采用前苏联1973年标准计算方法计算其露点为75.09℃。

表2 0号轻质柴油特性

由于燃油灰分含量很低，灰分变化影响很小。当收到基含硫量取0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%时，燃油锅炉烟气露点与收到基硫分的关系如图3所示。

从图3可以看出，硫份越高，露点温度越高。通常所用燃油的含硫量都在1%以下，因此烟气的露点一般小于100℃，为了安全起见，将排烟温度控制在露点温度以上30℃，即130℃左右。而我国轻柴油的含硫量在0.2%～0.4%居多，排烟温度控制在120℃～130℃应该是安全的。

燃油工业锅炉排烟温度一般为230℃～250℃，也就是还有110℃～120℃温降可利用，效率至少可提高5%左右。排烟温度对燃油锅炉热效率的影响见图4。排烟温度降低到130℃时，一台WNS4-1.0(1.25)-Y（Q）锅炉每小时可节油13.9kg，如每年运行5000小时，燃油价格按8000元/t计，一年可节省燃油费556000元。

3 燃气锅炉排烟温度的特性分析

选取常用代表性燃气（气井气），其成分特性见表3。根据燃烧后烟气容积中水蒸气分压求得其露点温度为56.7℃。

表3 天然气成分特性

烟气露点温度与过量空气系数的关系如图5所示。随着过量空气系数的增加，烟道中水蒸气的相对体积减小，水蒸气的容积份额会有所下降，其露点温度也随之降低。

虽然各地天然气成分有所不同，但由于其主要成分均为甲烷，计算的露点温度误差不超过0.3%[2]。

由于天然气锅炉烟气中的酸性氧化物含量比燃煤、燃油锅炉少得多，所以低温腐蚀和积灰问题不太严重，在采用合适材料后，排烟温度有可能降至烟气露点以下[3]。

进一步计算可以得出在不同排烟温度下，锅炉的热效率的变化趋势，如图6所示。当锅炉排烟温度在20～60℃时热效率变化较大。这主要是排烟损失中水蒸气潜热所占的比重大于烟气的显热。同时由于水蒸气冷凝过程中冷凝水可以吸收一部分有害气体如SO2、NOx，降低了污染物的排放，有利于环保。但排烟温度过低，会导致尾部受热面积增加，设备投资成本增加，应当考虑投资成本和回收期。

4 结论

1）选择合适的排烟温度对锅炉设计和运行的经济性、安全性有重要意义，对锅炉烟气余热回收有指导意义。

2）使用Ⅱ类烟煤的燃煤工业锅炉，将排烟温度控制在130℃～140℃，热效率可提高3%左右。

3）燃用0号轻质柴油的燃油工业锅炉，排烟温度可控制在120℃～130℃，热效率可提高5%左右。

4）天然气锅炉可以改造成冷凝式锅炉，可将排烟温度降至烟气露点以下，回收利用汽化潜热，大大提高锅炉热效率。

5）降低锅炉排烟温度时，应考虑设备投资成本和回收期等因素。

[1]车得福著.冷凝式锅炉及其系统[M].北京：机械工业出版社.2002.07.

[2] 张晓晖,刘大为.燃气锅炉排烟冷凝热回收技术[J].工业锅炉.2008,110(4):4-8.

[3] 李慧君,王树众,张斌,林宗虎.冷凝式燃气锅炉烟气余热回收可行性经济分析 [J].工业锅炉.2003,78(2):1-4.