低压省煤器在热电厂的应用

2017-05-30潘岩李晓伟

企业科技与发展 2017年12期

潘岩李晓伟

【摘要】热电厂五号全烧煤气锅炉在尾部水平烟道布置有高炉煤气加热器，用来回收烟气余热，以提高入炉煤气的初温。运行多年未，此台全烧煤气锅炉工况良好，锅炉效率一直稳定维持在设计值区域。为了进一步回收烟气余热，提高锅炉效率、降低吨钢能耗，在锅炉现有煤气加热器的烟气侧之后增设低压省煤器用于加热汽轮发电机凝结水，继续回收烟气中的余热，以实现热能梯级利用。

【关键词】低压省煤器；余热回收；节能；热管

1改进前相关技术状况及其存在的问题

在以高炉炼铁-炼钢轧轧钢为流程的钢铁生产过程中，在生产钢铁产品的同时，也产生了大量的副产品：高炉、焦炉、转炉煤气。这些副产品煤气约占钢铁企业总能耗的40%，除了供给加热炉和热风炉等炉窑用来燃烧外，剩余大部分煤气资源将输送到热电厂用来燃烧发电。提高热电厂的热效率和增加发电量，不仅可以降低钢铁企业的吨钢能耗，而且可以减少企业的购电开支，对钢铁企业具有重要意义。某热电厂锅炉五号锅炉为全烧高炉煤气锅炉，型号为SG-220/981-Q8502，于2010年11月份投产，设计排烟温度（空气预热器后）为210℃，煤气加热器出口烟温为155℃，锅炉计算热效率为88.5%。运行多年来，虽然高炉煤气、焦炉煤气燃烧量、排烟温度、锅炉热效率一直处于稳定状态，但是排烟温度仍有进一步回收利用的余地。

2低压省煤器简介

2.1热管式低压省煤器工作原理

热管式低压省煤器主要由进口异径管、出口异径管、框架、壳体及多组数百根重力热管焊接组成（密集绕片高频焊翅片热管）。由于重力热管低压省煤器属于成熟高效的换热装置，已广泛地运用在冶金、石化热回收系统上，所以它不需要投入外部设备就能自动运行，性能可靠，工艺成熟，运行稳定，正常使用寿命长，便于维护和检修。每组换热器还包括烟气进出口异径管、换热器框架、壳体、换热组等。

2.2热管式低压省煤器的作用

某厂6台全烧煤气锅炉的主要燃料都是炼铁高炉煤气，成分采集见表1，其中氢气占2.11%、一氧化碳占23.15%、甲烷及碳氢化合物占0.9%，可燃气体占26.16%，低位发热量为3 350 kJ/Nm³。如图1所示，由于五号锅炉经过上、下两级省煤器和空气预热器的吸热之后，热烟气的温度仍然高达210℃左右，所以此台锅炉在烟道上布置有煤气加热器，用来进一步吸收烟气热量来加热入炉煤气。经过煤气加热器换热，烟温下降约50℃，入炉高炉煤气从初温（较环境温度高10℃）上升130℃左右。目前，五号锅炉煤气加热器后的烟温平均在155℃，因此增设低压省煤器的作用就是进一步吸收排烟佘热，加热汽轮发电机凝结水，从而实现热能梯级利用。

2.3热管式低压省煤器的布置

热管式低压省煤器在尾部烟道中的位置如图2所示，利用热管内低压水的汽化一凝结过程，实现热量在竖直方向的传递。

2.4热管式低压省煤器功效需求表

五号锅炉全烧高炉煤气运行工况参数与使用功能需满足表2要求。

此低压省煤器正常进水量为70t/h，最大进水量为10⁵t/h。

（1）低压省煤器设计使用寿命应大于5年，5年内设备换热效果不低于设计效果的85%，运行前3年的换热效果不低于91%。

（2）热管式低压省煤器采取可靠措施，保证烟气侧的密封，设备壳体表面焊缝满足强度要求连续焊。热管管束布置时，在满足膨胀的情况下，采取防振措施，模块就位前确保壳体密封检漏合格。

（3）低压省煤器壳体及进出口箱体具备足够的刚度和强度。烟气侧承压为±3000Pa，瞬时承压为±15000Pa；水侧承压为1MPa。

（4）低压省煤器具备一定的自清灰能力，预留布置清灰设备接口，在煤气箱体进口端装设机械脱水装置，下部设疏水阀。箱体上设置放灰、放水装置，便于清灰和检修。

（5）因煤气锅炉燃料成分变化较大（主要燃用高炉煤气、焦炉煤气、掺烧部分转炉煤气），为防止受热面及壳体低溫腐蚀，省煤器与烟气接触部分材料采用ND钢材质，翅片厚度、翅片螺距、换热管束壁厚需符合厂家要求。低压省煤器换热管束管壁温在70℃以下需采用防腐措施或提高换热管束材料等级，达到延长设备的使用寿命的目的。

（6）低压省煤器受进口异径管内部加装导流板及加固措施等措施保证壳体强度、防止壳体振动。低压省煤器受热面管束布置时需要防振考虑。设备在露天布置，天气变化及雨、雪、风对其的影响程度应充分考虑。

3低压省煤器的应用效果

3.1锅炉效率的提升

五号锅炉增设低压省煤器后重新投运并网稳定运行一周（168h）以后，我们开始采集运行数据，数据采集日锅炉时均负荷为180t/h，公式如下：

公式（1）中，T₂为五号锅炉排烟温度均值，单位为℃；T₁为五号锅炉甲乙侧送风机的送风温度均值，取10℃；（O₂）为烟气中的氧浓度，取0.1%。

通过计算可知，增设低压省煤器前后q₂（排烟热损失）分别为10.37%和7.05%，根据图2、表3可知，增设低压省煤器前后排烟温度均值分别为155.3℃和108.7℃，烟温下降46.6℃。

按照排烟温度每下降15℃，锅炉效率提高约1%的经验公式估算，五号炉排烟温度下降46.6℃，则五号锅炉效率提高值约3.1%。通过增设了低压省煤器，五号锅炉排烟热损失减少（即热效率提高值）=10.37%-7.05%=3.32%，两者接近，因此五号锅炉增设低压省煤器前后锅炉效率提高值大于3%。

3.2能量回收估算

烟气放出的热量传递给了汽轮发电机凝结水，通过烟气的流量、比热容及温升等即可求出烟气的吸热量，其计算公式如下：

公式（2）中，Q为烟气吸热量，单位为KJ；c为烟气的定压比热容，单位为KJ/（kg·℃）；m为烟气质量，单位为kg；t₁和t₂分别为低压省煤器进出口烟温，单位为℃。

低压省煤器烟气24小时的温度分布如图2所示，其他参数见表40

结合式（2）、表4及图2中烟气进出口的平均温度，可计算得每小时的余热回收量如下：