徐州工业锅炉有限公司
摘要：本文以锅炉尾部加装烟气余热利用为例，对加装前后排烟温度等参数的对比，表明加装烟气余热利用充分体现“低碳减排，绿色生活”，为同类锅炉降低排烟温度起到了一定参考作用。
关键词：复合相变 烟气余热利用 排烟温度 腐蚀 电除尘
1 前言
降低企业的生产运行成本，是每个企业共同关心的重要问题。我公司的三台75T/H循环流化床锅炉，现运行时排烟温度1#炉150℃、2#炉160℃、3＃炉145℃。从锅炉的热平衡角度来分析，排烟热损失是锅炉的最大的一部分热损失，约占到反平衡计算的热损失的60-70%。考虑到以上情况，在锅炉空预器的出口段的水平烟道或进除尘器的竖直烟道上安装余热回收装置，用于加热除盐水或冷渣机的出水制成90℃左右的热水，将排烟温度降低至120℃左右，回收余热彻底解决低温腐蚀问题，使能量实现梯级利用。
这一部分热损失安全稳定的回收，将给企业带来极为可观的节能收益。同时，由于节省燃料消耗，污染物的排放量也会随之下降，带来的还有减排的环保收益。
2 烟气余热利用原理
2.1 锅炉烟气低温腐蚀机理
锅炉的燃用的燃料均含有硫，燃烧时会产生硫氧化物，硫氧化物与水蒸气结合后即形成硫酸蒸汽。当锅炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点（称为酸露点），就会在其表面形成液态硫酸（称为结露）。尾部受热面由于结露而引起的堵灰或腐蚀几乎成为锅炉运行的障碍。
图一: 腐蚀速度与壁面温度关系曲线
由图可以得知，只要换热面壁面温度高于酸露点，那么硫酸就不会在金属表面生成，这样就完全避免了低温腐蚀的发生。
2.2 锅炉燃料分析及酸露点估算
我公司常用煤质分析资料如表一所示：
根据上述数据计算得出该炉烟气酸露点为：tld=76.3℃
当S含量1%时，计算而得该炉烟气酸露点为86.8℃。（此数值仅作为设计参考）。
《除尘工程设计手册》（化学工业出版社2003.9第一版）指出：“烟气温度越高对电除尘器的影响是负面的，如有可能，还是在较低温度下运行较好。所以，通常在烟气进入电除尘器之前先要进行气体冷却。但要使温度保持在露点温度以上10℃—20℃以上作为安全余量，以避免冷凝结露，发生糊板、腐蚀和破坏绝缘。”
2.3 烟气余热利用原理
以余热回收装置烟气受热面的壁面温度可调可控作为设计的最基本参数，使余热回收装置换热器内的流动介质温度始终保持恒定，并且能够根据吸热与放热的变化调整使排烟温度能够自由调整，以适应锅炉负荷或燃用煤种的变化。
余热回收装置在设计上是根据负荷相变原理将换热部分分成“蒸发段”和“冷凝段”两个独立的部分，以上升管和下降管相联通，组成一个整体换热装置。因为“蒸发段”的换热原件相互联通，使其内部传热媒质处于同一密闭腔体内。在装置工作时，传热媒质处于沸腾状况，各换热原件内具有相同的饱和蒸汽压。因此，腔体内传热媒质具有大致相同的饱和温度。由传热学得知：腔体内处于沸腾状况下的传热媒质的传热系数远远大于管外壁烟气的传热系数，所以，“蒸发段”管壁不但具有大致相同的壁温，而且其数值近似等于腔体内部媒质的饱和温度。所以，只要控制“冷凝段”的换热量，就可以控制“蒸发段”腔体内的饱和蒸汽压，也就控制了“蒸发段”的壁面温度。这样，我们就可以通过调控“蒸发段”的换热量来调节控制“蒸发段”受热面壁面温度，并使其始终处于烟气酸露点以上，从而根本上解决了低温腐蚀问题。
2.4 设计改造方案
目前采用加热冷渣机出水制成90℃左右的热水的方案，在末级空气预热器后的水平烟道或竖直烟道上接入烟气余热回收装置的“蒸发段”，“冷凝段”置于“蒸发段”的上方。“蒸发段”和“冷凝段”相连；冷渣机出水管道与“冷凝段”相连通向除氧器，并通过自控阀自动调节冷渣机出水的流量来控制“蒸发段”的壁面温度。
在水平烟道位置足够时，改造方案总体如下图所示：
综上所述，在末级空气预热器之后的烟道加装余热回收装置，“蒸发段”控制壁温在105℃以上，高于烟气酸露点并有适当的余量，从而保证换热器不结露、不积灰、不腐蚀，使排烟温度从145℃降到120℃左右。
系统改造后烟气阻力将增加约300Pa以内，同时需加装高效激波吹灰器，以有效清除换热器受热面管壁上的浮灰。
加装烟气余热利用前后效益分析
3.1 现实际运行参数
3.2 回收烟气的热量
改造前系统排烟温度为145℃，改造后换热器尾部排烟温度为120℃，此区间烟气降温幅度为35℃。
式中Cpg＝4.2 kJ/(Kg℃)，为水的比热；
t0=42.6℃、tw=90℃分别表示进口、出口水温。
3.5 节煤效益
扣除合理的检修时间，按每年实际运行8000小时计算，一台锅炉一年可节约5000 kCal/kg的原煤1848T，按原煤每吨700元计算，一年共节约129.36万元，扣除引风机耗电量费用，一年总共节约122.56万元。
结论
由于使用烟气余热回收装置，在锅炉效率提高近2.0%的同时，改善了锅炉的运行工况，从根本上避免了尾部受热面出现结露、以及结露引起的腐蚀、堵灰、受热面的穿孔等低温腐蚀现象，使锅炉的长周期安全稳定运行成为可能，其给用户带来的间接效益也不可忽视。
余热利用装置投用后，在对外供热负荷不变的情况下，能够年节约5000kCal/kg的原煤1848吨，减少二氧化碳（CO2）排放约6000吨/年，二氧化硫（SO2）排放约25吨/年。
采用烟气余热利用技术降低我公司锅炉的排烟温度，对促进节能工作有重要意义，产生的经济效益和社会效益是非常巨大的。将对更好的改善周边的空气质量，有明显的社会环保效益。
参考文献：
[1]冯俊凯等: 《锅炉原理及计算》，中国电力出版社.
[2]朱国营：《除尘工程设计手册》，化学工业出版社.
[3]李青，《火力发电厂节能和指标管理技术》，中国电力出版社.
[4]范从振，《锅炉原理》，中国电力出版社.
[5]赵由才，《锅炉运行技术》，中国电力出版社.
作者简介：
张洁，1988年2月生，淮海工学院过程装备与控制工程专业毕业，工学学士学位，从事压力容器和锅炉设计技术工作6年，现职称 助理工程师，工作单位：徐州工业锅炉有限公司。
论文作者:张洁,单强,王言言
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/3
标签：烟气论文; 余热论文; 锅炉论文; 温度论文; 排烟论文; 媒质论文; 装置论文; 《基层建设》2016年9期论文;