锅炉烟气余热回收的节能改造实践

上海印钞有限公司 戴 铭

锅炉烟气余热回收的节能改造实践

上海印钞有限公司 戴 铭

对上海印钞有限公司蒸汽锅炉的烟气余热回收节能改造项目进行效益分析,结果显示锅炉烟气余热回收可以提高热能利用率,降低排污量,并带来比较可观的经济效益。

节能减排；烟气余热利用；经济效益

0 前言

工业锅炉排烟温度高是企业能耗大、污染重的主要原因之一。因此,采取措施使锅炉尾部烟气余热回收利用、降低锅炉排烟温度,则既可提高热能利用效率、又可减轻高温烟气造成的热污染。

1 燃油锅炉烟气余热利用潜力

燃油燃气锅炉烟气含尘量很低,更有利于烟气余热回收。在锅炉热损失中,燃油燃气锅炉排烟热损失约为8%～16%,排污热损失约为1%,炉体散热为1%～2%,不完全燃烧为1%,排烟热损失占主要部分。一般国内燃油(柴油)燃气锅炉的平均热效率约为87%,大约10%的热能由烟气排到大气中[1]。

在实际运行中，锅炉烟气余热温度并不是越低越好，排烟温度过低，会使低温受热面的壁温低于酸露点，引起受热面金属的严重腐蚀，危及锅炉运行安全。因此，确定节能器等装置后面的烟气温度是锅炉烟气回收利用改造的关键。

根据《锅炉机组热力计算标准方法》烟气露点温度计算公式：

式中：tsld——烟气中水蒸气露点温度,℃

Sn——计算硫分,%

An——计算灰分,%

Sar、Aar——燃料含硫量、灰分；

Qar.net——燃料低位发热量；

αfh——烟气中飞灰占燃料灰分的份额。

其中液体燃料一般取tsld=45℃；过量空气系数α=1.2时，β=1.21；过量空气系数α=1.4～1.5时，β=1.29[2]。

以上海印钞有限公司（以下简称上钞公司）锅炉使用0#柴油为例：灰分小于等于0.01%，硫分为0.2%，柴油低位发热量为42500kJ/kg。

利用上式计算，一般燃轻柴油锅炉的烟气露点计算值在78℃～80℃之间，一般在烟气露点计算值加30℃是较安全的，所以通过加装锅炉节能器等技术改造，把锅炉的排烟温度降至110℃左右，可使锅炉的运行效率得以提高。

2 锅炉烟气余热利用途径：

一般锅炉烟气余热利用途径有三种方式：

○锅炉烟气余热预热空气，能改善锅炉燃烧状况，提高锅炉热效率，增大锅炉生产能力。

○锅炉烟气余热预热燃油，能改善锅炉燃油的雾化质量，减小机械未完全燃烧损失和化学未完全燃烧损失，提高锅炉热效率。

○锅炉烟气余热预热给水，降低了锅炉的换热温差，改变了锅炉原有的生产能力，提高了锅炉出力。

3 上钞公司锅炉烟气回收改造概况：

（1）上钞公司锅炉原用能概况

上钞公司共设置三台工业燃油蒸汽锅炉来满足生产、生活用汽，其中4t/h柴油锅炉一台、6t/h柴油锅炉二台，运行模式基本为开1备2，运行时间320d/a，24小时运行，年平均蒸发量为2.24t/h。

锅炉本体：型号WNS6-1.0-Y/Q配置原装进口的Weishaupt燃烧器，全自动控制，三台燃烧器都配置了活动式隔音罩。

蒸汽压力：0.35MPa-0.4MPa。

排烟温度：随工况不同在220℃～230℃范围内波动，最常波动围内为170℃～190℃；

锅炉的热效率：86%～90%；

燃料：燃烧0#柴油，Q低为42500kJ/kg。

给补水：采用市政自来水为原水，经软水器软化后为合格锅炉供给软水进入软水箱存储，补给软水未预热,为常温（约10℃），软水经锅炉给水泵直接加压进锅炉。

2009年度蒸汽产量17200t、柴油耗量1200t。

公司用汽量有非常明显的规律，每天8：00左右用气量迅速增加，很快达到峰值，然后逐步下降，20：00之后显著下降，如此反复循环。

上钞公司锅炉热损失由锅炉结构、燃烧方式和运行调整等方面原因而造成，是任何锅炉都不可避免的。锅炉热损失最大的是排烟热损失，占锅炉热损失的一半以上。锅炉排烟热损失主要有两个因素，一是排烟量；二是排烟温度。排烟量可通过调整燃烧，降低空气过剩系数，减少漏风等措施来减少，而排烟温度主要由于锅炉结构原因造成。公司所用的燃油锅炉，没有设计尾部受热面，所以排烟温度偏高，在200℃左右，最高达到300℃，排烟热损失在10%以上，大量的烟气余热浪费，污染了环境，因此，对其进行节能改造是非常必要的。

（2）锅炉余热利用的方法分析

在锅炉尾部加装换热器，如热管换热器或复合相变换热器等可明显降低排烟温度，能获得热水或蒸汽，回用到生产上去；也可加装空气预热器，提高进风温度，改善燃烧，使锅炉热效率提高，降低燃料消耗量和生产成本。

加装换热器可有两种形式，一是复合相变换热器，另一是热管换热器。

热管换热器利用热管作为导热元件，做成的热管换热器具有高效率，结构紧凑，无外部动力，无外部转动部件，运行安全，传热可逆等许多优点。热管元件相互能组合，又可分离。根据节能需要和流体不同，它又可分成三种类型的换热器：热管气—气换热器、热管气—液换热器、热管液—液换热器。

图1 热管工作原理

上钞公司使用的是热管气—液换热器，其结构原理与气—气换热器相似（见图1），冷热流体中冷流体为水，热流体为余热烟气，热管按一定管距组合成管束，中间用堵板将热管隔成吸热段和放热段二部分。吸热段组成烟气室，高温烟气冲刷热管，烟气热量传递给热管；放热段组成装水的容器，热量由热管传递给水。此类热交换器如为承压的压力容器，必须按压力容器规范制作。

（3）锅炉余热回收工程概况：

由于上钞公司锅炉燃烧器配置了隔音罩，同时根据锅炉结构及锅炉房场地条件及投资回收成本等因素，我们采用热管气—液换热器以锅炉烟气余热预热锅炉给水的方式作为锅炉节能改造的途径。

目前锅炉尾部的排烟管道是由碳钢制作的，为防止烟道腐蚀，故此次锅炉改造设计排烟温度不小于120℃。考虑以后将原来的碳钢烟管更新为不锈钢材料，那时可使排烟温度降至80℃以下，节能效果会更显著。

换热设备为热管省煤器。热管省煤器又称锅炉给水预热器或锅炉烟气热回收器，是由若干热管元件组成的一种高效气－液换热设备。它通过热管将锅炉烟气的热量传递给锅炉给水，从而达到降低排烟温度提高进水温度，节省燃料的目的。热管省煤器具有传热率高、阻力小、冷热侧面积可调、结构紧凑、无交叉污染、工作可靠、运行维护费用少等优点，适用于各类锅炉，尤其适用于不带引风机的燃油、燃气锅炉。配置热管省煤器后可使锅炉排烟温度降低60～160℃，给水温度提高20～50℃。

锅炉烟气余热回收改造方案见图2。

图2 锅炉烟气余热回收改造方案图

图3 余热回收（节能器）装置图

烟气余热回收工作流程：三台锅炉各设置一台余热回收装置，余热回收装置用来提高锅炉给水温度和软水箱中水的温度。通过切换锅炉给水状态阀，锅炉给水可以从软水箱或余热回收装置水箱中获得。

余热回收装置由上下两个部分组成（见图3），上部分为水侧(低温侧)，设置有闭口水箱和若干根“热管”，水箱上设置进/出水管道、回水管道和排污管道（维修管道）；下部分为烟气侧（高温侧），设置有若干根“热管”和冷凝水排水管道。上下两部分由之间的隔板相互隔离，“热管”贯穿隔板连接上下两个系统。高温烟气冲刷烟气侧“热管”时，“热管”吸收烟气中的热量后温度上升，热量通过“热管”传递到上部水侧，水箱中的水吸收“热管”上端的热量后水温升高。余热回收装置在常压下工作，水箱中的水通过水泵强制循环，一部分水经锅炉给水泵向锅炉给水，多余的水经装置回水管流入软水箱。

4 余热回收经济效益分析

锅炉烟气余热回收改造前后排烟温度与锅炉补水温度对比见表1。

表1 改造前后排烟温度与锅炉补水温度对比：(锅炉补水量4m3/h、排烟量4000m3/h)

改造后的节能与经济效益如下：

（1）换热后锅炉给水温度上升了17℃，为29℃；

（2）锅炉效率比较

锅炉节能改造前和改造后分别对相关数据进行了测试和统计，改造前锅炉运行效率为89.1%，改造后锅炉运行效率为91%；

（3）每年节约燃油量为65t；

（4）节省的费用：

2011年市场上0#柴油为8500元/t，则每年可节省费用55万元；

（5）投资回收期：

项目投资在30万元左右；投资回收期为6.5个月。

5 烟气余热利用对环保的贡献

烟气余热利用提高了燃气蒸汽锅炉的给水温度。烟气余热回收除了可大幅度节约能源外，由于冷凝的作用，排入大气的有害物质也将大为减少。正常的情况下，柴油燃烧后的烟气成份有一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、氮气、氮氧化物、硫化物、烟尘等。据科学测定烟气冷凝后排入大气的有害物质减少量如下：二氧化硫减少80%；水蒸气减少60%；一氧化碳减少60%；烟尘减少93%；氮氧化物减少50%；二氧化碳减少40%。因此，项目除了节能外，排烟将更加符合环保要求。

6 结语

锅炉烟气余热回收节能改造项目，不但能确保锅炉的安全可靠运行，而且减少了锅炉柴油消耗，具备良好的经济效益和社会效益。一次性投资费用不多，回报率较高，是一种安全可靠、经济实用的节能改造方法。

[1]蒋开国．锅炉烟气的余热回收与利用．湖南城市学院学报（自然科学版）．2007

[2]张兴璞,林青．浅谈锅炉烟气余热回收的应用前景．建筑科学．2008

Practice of Transformation of Energy-saving Boiler Flue Gas Waste Heat Recovery

Dai ming

This paper analyzes the transforms efficiency of flue gas waste heat recovery energy-saving renovation project of steam boiler in Shanghai banknote printing co.,ltd.And the result shows thatthe boiler flue gas waste heat recovery can improve the utilization rate of heat energy,reduce emissions,and brings considerableeconomic benefit.

energy-saving and emission-reduction,flue gas waste heat utilization, economic performance

戴铭，1983年生，毕业于上海海洋大学建筑环境与设备工程专业，现在上海印钞有限公司从事能源管理工作。曾参与公司锅炉控制系统改造、锅炉烟气余热回收、中央空调冷凝热回收等工作。