外置式节能装置在锅炉系统中的应用

杜益龙，柴井峰，高连章，顾俊杰

（上海国际机场股份有限公司，上海 201207）

锅炉系统一般采用燃烧调整和余热回收等节能方法，其中余热回收包括烟气利用与凝结水回收等。目前仍有部分锅炉系统并没有完全利用烟气进行节能，不仅降低了锅炉效率，而且对环境造成不利影响。本文采用外置节能装置的方法解决余热利用不足的问题。

1 浦东国际机场锅炉用能现状分析

浦东国际机场作为上海的窗口单位，为了保证航站楼及周边设施的正常工作，现有的两个能源中心每天都消耗大量的能源用以供给。自一号能源中心建成以来，节能减排一直受到高度重视，但由于在之前设计时，对于锅炉系统的节能减排要求并未达到现今的水准，故一号能源中心锅炉本体并未增加类似省煤器之类的烟气余热回收装置。

浦东机场一号能源中心锅炉房现有蒸汽锅炉4台，其中1台为20t／h，3台为30t／h。由于技术因素等方面的制约，重新对锅炉进行内置节能装置的改造已不可能。同时，为了确保供应，此次先针对1台蒸发量为20t／h的锅炉（下称改造锅炉）进行增加外置节能装置（下称节能器）的改造，旨在对锅炉尾部烟气的余热进行利用。

2 锅炉改造的目标与指标

改造锅炉为蒸汽锅炉，使用的燃料为天然气，额定蒸汽温度为188℃。采用节能器对锅炉尾部烟气的余热进行利用，最终目标主要体现在排烟温度的降低与给水温度的提升。由于现场条件的制约，对于改造锅炉的前期效率测试只能以反平衡测试的方式进行。在测试时分别对锅炉的给水流量、锅炉散热面积、给水温度、蒸汽压力、燃气消耗量、排烟温度、烟气成分和环境温度进行了测量（见表1）。

根据测量与计算结果，得到以下数据：排烟热损失q2（%）为9.74；气体未完全燃烧热损失q3（%）为0.11；固体未完全燃烧热损失q4（%）为0；散热损失q5（%）为0.57；热损失之和Σq（%）=q2+q3+q4+q5=10.42；反平衡效率η2（%）=100-Σq=89.58。由此得出以下结论。

表1 改造前锅炉的各项指标测试值

1）由测量的排烟温度可知，该锅炉有很高的余热利用价值，可以降低天然气的用量，减少烟气排放。由于锅炉的工况不同，夏季使用率和冬季使用率会影响锅炉的实际负荷，从而影响锅炉的排烟温度。故保守计算，取排烟温度tpy=200℃进行计算，而根据新标准，排烟温度需要降低至140℃以下，因此Δtpy=60℃。每吨蒸气烟气总热量取130 687kJ／t·h，以回收85%计为111 081kJ／t·h，暂以60℃作为排烟温度的降低目标，以此热值进行热交换提升锅炉给水温度。

2）由于锅炉改造主要是利用烟气，故需要结合烟囱抽力进行烟阻计算。同样对于给水，需要进行水力计算。

3）对于材料选择，要根据强度来进行设计。

3 节能器的设计方案

3.1 节能器水侧的设计

改造锅炉的原给水布置顺序为生水-软水／凝结水-除氧水。锅炉给水的最优加热位置是在软水／凝结水之后，即将软水／凝结水进行加热，再通过除氧器后进入锅炉。此种设计的优点是，进入节能器的给水初始温度tgs较低，与高温烟气的换热效果较好，换热率较高。但是由于如下现场条件的制约无法达成，主要原因如下：通过节能器的锅炉给水会有一部分的水头损失，原有水泵无法满足要求，如另加水泵就会增加电耗从而降低了节能效果；现场的场地布置及运行状况较难实现。

故对方案进行调整，将节能器设计为承压式，这样可以使得给水先通过除氧器后再进入节能器，因此tgs=104℃。根据计算，给水泵尚有余量，在满足给水要求的前提下对节能器的内部水路进行设计。

3.2 节能器烟侧的设计

根据节能器烟侧的要求，并考虑到平均排烟温度tpy为200℃，因此节能器的设置应尽量靠近炉膛出口。由于改造锅炉为左右炉膛设计，有两条烟道各自并入烟道母管再通过烟囱排出（见图1）。温度预计变化如表2所示。

图1 节能器烟侧示意

表2 温度预计变化

4 现场施工与效果验证

4.1 现场施工

由于节能器安装于管道中，设计负荷为20t／h，承重较大，需要在下部进行支撑，并对支撑底部进行地基加固，如图2和图3所示。

图2 底部改造

4.2 效果验证

改造完成后，在与改造前相近的工况下，再次进行了热效率的计算与测试，测试结果见表2。

图3 改造完成

表2 改造后锅炉的各项指标测试值

对测试数据进行同样的热效率计算如下：排烟热损失q2（%）为4.74；气体未完全燃烧热损失q3（%）为0；固体未完全燃烧热损失q4（%）为0；散热损失q5（%）为0.71；热损失之和Σq（%）=q2+q3+q4+q5=5.44；反平衡效率η2（%）=100-Σq=94.56。效果对比如表3所示。

5 结语

由于受到条件限制，此次改造不能使得烟气回收装置达到电站锅炉省煤器的热效率，旨在将原有锅炉未配置余热回收装置的锅炉进行烟气回收改造，此类锅炉一般为投用较早，经过使用锅炉系统保养较好，还将继续服役的锅炉。另外，有不少锅炉不满足排烟温度标准，通过外置式的烟气回收装置的改造，也可以降低排烟温度，不必重新更换设备，耽误生产。

表3 效果对比 %

虽然此次的设计因为介质已汽化，将节能装置设计为承压式，但是考虑到热水锅炉在民用供暖系统中的使用频率，对于不承压的热水锅炉也具有参考意义。