复合管在燃油锅炉烟气余热回收中的应用

2013-09-19童立明钱建跃

石油化工腐蚀与防护 2013年2期

童立明，钱建跃，朱炳

(中化兴中石油转运(舟山)有限公司，浙江舟山316000)

随着国内对石油的需求量越来越大，目前已经成为世界第二大石油消费国和进口国，石油仓储企业，特别是第三方仓储企业储运的油品多具有高凝点、高黏度等特性，在原油储存中需要耗用大量的蒸汽加热以维持相应的储存及安全温度。为此，许多石油仓储企业自建锅炉房以提供蒸汽用于提升油品温度，而出于占地面积、投资费用、安全以及需求量等考虑，大多数锅炉为燃油锅炉，燃油锅炉已成为油库区主要的能耗设施［1］。由于前期设备设计缺陷和企业节能意识不足，大部分燃油锅炉实际运行效率都在90%以下，而国外通过各种技术手段，已将燃油锅炉的运行效率提高到95%左右。因此，国内燃油锅炉存在着很大的节能潜力［2］。在实际运行中，由于排烟损失占锅炉全部热损失的绝大部分，因此降低锅炉的排烟温度是提高燃油锅炉热效率的主要努力方向。

图1 复合管沿管长温度示意Fig．1 Temperature diagram of composite heat pipe along the length of the tube

1 复合管余热回收技术

1．1 复合管工作原理

复合管是一种高换热性能的传热元件，热效率达95%以上。它是由两根同心内外管组成的一个复合管(即径向热管，简称为“复合管”)，在内外管之间还有一薄壁同心管组成热管内部工作液体循环通道。当外部不均匀温度场对外管壁辐射加热时，同心热管内部的工作液体(液态金属)将由于内外壁温差而形成气液两相流循环［3］。内管壁将形成等温管壁，其温度取决于热管内的循环两相流的温度，沿管长的温度示意见图1。

1．2 复合管换热器

复合管是一种高换热性能、高安全性能的传热元件，非常适合应用在一侧为大流量，低压力降;另一侧为小流量，高压力降或者类似的完全不对称的流体换热场合。常规的换热设备一般都是一次间壁换热，冷热流体分别在器壁的两侧流过，如管壁或器壁有泄露，则将造成停产损失。复合管余热回收器则是多层真空紊流传热，不存在管内超压。复合管余热回收器有以下特点:换热效果佳，传热效率高，具有良好的防腐蚀能力，安全可靠性高，其安装及结构布置灵活，使用寿命长，维护简单成本低，投资回收期短。复合管余热回收器与其它换热器的对比见表1。

表1 复合管余热回收器与其它换热器的对比Table 1 Composite pipe waste heat recovery heat exchanger contrast with other

2 燃油锅炉烟气余热回收应用

2．1 烟气余热回收的腐蚀问题

排烟温度对锅炉的热效率影响较大，排烟温度每降低10℃，热效率提高0．5% ～0．6%。因此，降低锅炉烟气排放温度，回收利用其热能提高锅炉补水温度，可以降低燃料的消耗。同时需要烟气出口温度控制在露点温度之上，以防止低温露点腐蚀，保证余热回收器设备的长期运行［4］。

目前石油仓储企业对燃油锅炉烟气余热大都还没进行回收利用，主要考虑的是SO2低温露点腐蚀问题。燃油锅炉进行烟气余热综合利用实现节能时，须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，在降低排烟温度提高热效率的情况下，同时保持换热面如热管的壁温，使之始终在烟气露点温度以上。然而，在低温部位，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，在日常操作中严格监控锅炉的排烟温度，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，已经从换热器中通过了。为了防止腐蚀，余热回收器出口烟气温度一般控制在露点以上，即燃油、燃煤烟气温度不低于120℃，燃气烟气温度不低于80℃。

2．2 烟气余热回收系统的工程应用

针对某石油仓储企业锅炉运行情况及烟道布置，建议在3台燃重油锅炉的排烟管处各安装1台与之匹配的YRHS-A型常压复合管余热回收器，将锅炉烟气温度由240℃降至160℃进行排放，同时利用回收的烟气余热来循环预热锅炉补水箱的软化水，由此可节约燃料4% ～5%。余热回收器烟气阻力设计在不大于200 Pa，锅炉工作时，不会出现烟气堵塞现象。考虑到该企业日后要进行油改气，将余热回收器排烟温度设定在160℃是因为锅炉在使用不同的燃料时，为了保证燃料的完全燃烧，空气过剩系数是不同的，燃料为重油一般在 1．6 ～1．8，为天然气时在 1．3 左右，燃料为重油时的烟气量大于天然气。油改气后锅炉的烟气量下降，余热回收器出口的温度也会下降，约为120℃左右，高于天然气烟气露点温度80℃，所以仍然不会发生腐蚀堵塞现象，余热回收系统始终是安全的。

复合管余热回收器为YRHS-A型常压气-水型余热回收器其结构见图2。

图2 气-水型余热回收器结构Fig．2 Gas-water waste heat recovery device structure

该企业改造的烟气余热回收系统为常压系统，由余热回收器、循环水泵、烟气风阀、旁通烟管、各类阀门仪表、钢结构支架、水管保温等组成。

系统正常工作时旁通烟管烟气风阀关闭，主烟管烟气风阀打开，锅炉所排放的烟气经过余热回收器烟气进口温度约240℃，出口温度约160℃左右，烟气热量将水加热，水吸热后温度升高，烟气放热后温度降低，低温烟气经烟囱排空。余热回收水系统循环水泵和阀门(水泵与阀门为一备一用状态)打开，此时余热回收器通过循环水泵将20℃冷水进行预热，提高锅炉补水温度，加热后的热水直接进入补水箱，节约锅炉燃料的消耗。系统需要检修时，旁通烟管烟气风阀打开，余热回收器进烟排烟气风阀关闭，锅炉烟气经旁通烟管排空，余热回收器不工作。此时排烟温度约为240℃。水系统阀门关闭，循环水泵不工作。

3 烟气余热利用经济效益

假定按1台20 t/h(或二台10 t/h)锅炉长期运行计算，余热利用改造实施后，5个月即可收回锅炉烟气余热回收系统改造的投资费用，每年可为该企业节约燃料费用约360×104RMB¥。进行余热回收改造后，既可降低锅炉烟气的高温排放所带来的污染，同时又可节约生产运行成本，经济效益与社会效益都非常显著。