余热利用在燃气锅炉中的应用分析

蒋礼

摘要：现在的工业锅炉普遍存在热量利用率低，排放烟气温度高，以及烟气内污染环境气体含量高等问题。本文通过理论分析，论证了在燃气锅炉尾气利用中安装换热器的必要性和可行性。

关键词：余热利用;锅炉;烟气余热;热交换器;节能减排

引言

卧式内燃锅壳锅炉结构简单、安全性能高、操作简单、维修方便、安装快，但排烟高，热效率低，因此，如何利用锅炉尾气余热就成为节能降耗的有效途径之一。

节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，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，本项目在满足排放标准的基础上，增加烟气余热回收装置，来提高经济效益和社会效益。

一、项目介绍

WNS4-1.25-Q型燃气蒸汽锅炉五台，2006年投入使用，设计给水温度20℃，排污率2%，设计热效率91%，目前使用压力≤0.6MPa，使用状况2用3备，生产满负荷时则4用1备。锅炉每天使用时间约为24小时，目前排烟温度为200℃。使用燃料为天然气。

根据现状来看，锅炉的排烟温度偏高，导致烟气的余热浪费，降低了锅炉的热效率。经过分析及研究锅炉运行记录后，我们可以对锅炉的排烟系统改造，通过在锅炉尾部加装节能器降低排烟温度，回收排烟余热，提高给水温度，达到降低锅炉燃料的使用，降低碳排放，提高经济效益和社会效益。

二、烟气余热回收改造的原则及目的

（一）原则：不涉及锅炉承压本体件的改动;不影响原有锅炉的燃烧系统、控制系统等，更不涉及原有的锅炉安全保护装置及安全系统;改造原有的给水系统，改造后的使用性能不能有任何降低;通过烟气余热回收，使锅炉排烟温度降低到低于170℃，整个热效率明显提高;符合特种设备安全技术规范中TSGG0002-2010“锅炉节能管理监督技术规程”的要求。

（二）目的：达到良好的经济效益，通过余热回收，降低排烟温度，减少燃料的使用，节约成本;达到良好的社会效益，通过余热回收，减少碳放（CO2排放），达到良好的社会效益。

三、锅炉余热利用的可行性

在实际应用中，余热回收利用有一定的难度，因为若排烟温度低，锅炉尾部受热面积中烟气与工质的传热温差减小，传热面积增大，在有限空間布置的管多而密，造成烟气流阻大，风机动力消耗大，金属消耗和设备初期投资增多。对天然气锅炉，尾气中水蒸汽所携带的热损失占整个排烟热损失的55%～75%。根据相关资料显示，降低到露点之前的显热回收可使锅炉系统热效率提高2%～5%。另外，排烟温度为200～250℃，属低温段，与水的温差小，换热效率低。要回收尾气中的热量。安装在燃气锅炉出口处的换热器，需要具备热阻低，换热面积大、换热效率高等特点，满足回收热量的要求。

四、节能改造技术方案

在锅炉尾部烟道安装国内最先进的GL型翅片节能器，回收烟气余热，将进入锅炉的给水加热，以提高给水温度，达到余热回收的目的。

加装节能器后，锅炉给水系统仅需新增一套独立的水循环系统，将纯水箱与节能器相连，经循环水泵将纯水送至节能器加热后，再返还纯水箱。原给水系统和给水方式都不需要改变，改造后的系统与原系统的区别在于进入锅炉的给水温度升高，新增的节能器水系统为连续运行的独立水系统，无须随锅炉给水泵的启、停而启、停，从而可以充分的利用烟气余热，并且可以避免节能器干烧，确保节能器的安全运行，延长节能器的使用寿命。

以下为余热回收系统示意图：

五、关键技术问题的分析

锅炉排烟温度直接影响到锅炉机组的经济性和尾部受热面工作的安全性。较低的排烟温度能降低锅炉排烟损失，还能节约能源及锅炉的运行费用。但是排烟温度降低，锅炉尾部受热面中烟气与工质的传热温差减小，传热面积增大，造成金属消耗增加，设备初期投资增多。因此，换热器的选择需具备一下条件：首先，排烟温度应比出口水温高15～20℃左右，以保证传热所需的足够温差;其次，换热器内应有合理的尾气流速。为了提高换热的有效性，降低金属耗量，一般都应选择导热性能好，热阻低的材料，同时还要提高单位长度的换热面积，选择强化传热元件。

六、改造工程说明

1）每台锅炉尾部烟道增加一台节能器，对给水进行加热，提高进入锅炉的水温，从而将锅炉系统的排烟温度降低到100℃，给水温度提高到25～30℃，从而节能3.5-5%;达到低于国家最新节能标准。改造排烟管道，节能器安装在每台锅炉烟气的出口处，根据现场实际情况，灵活设计横向或竖向安装，用钢支架固定;

2）现有纯水箱的储水温度提高到超过50℃，水箱和给水管道必须保温，每台锅炉增加一台保温水箱与节能器之间的循环水泵0.75KW;

七、换热后效果

在标况下改造前后效果详见下表：

八、经济效益分析

按照排烟温度200/100，给水加温25/55℃来计，每小时平均回收热能139.3kw，每吨蒸汽节约燃气约3.1Nm3/h。按照4元/Nm3燃气费来计，每吨蒸汽节约燃料12.4元;按照每小时8t蒸汽，每年7000小时工作来计，扣除循环水泵电费（每台功率0.75kw，2台泵同时运行，电费按0.6元/kwh、一年7000小时），每年节约费用大约为69万元。

而且，由于本锅炉是“大马拉小车”，效率有所降低，所以实际节约量应大于计算量。

整个锅炉系统的改造需要费用大约为55万元左右，其投资回收期不到一年。

另一方面，由于排烟温度降低，其社会效益也十分巨大。

结论

通过研究和应用表明：设置烟气余热利用系统，在提高锅炉热效率，减少燃气消耗，给企业带来了客观的经济效益的同时，较大幅度节约了资源，同样也减少了氮氧化物对大气的污染，该改造是必要和可行的，而且具有较大的推广价值。

参考文献：

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