130 t/h燃气锅炉烟气余热利用的探索与实践

刘俊明

（莱钢能源动力厂 ，山东莱芜 271104）

130 t/h燃气锅炉烟气余热利用的探索与实践

刘俊明

（莱钢能源动力厂 ，山东莱芜 271104）

针对莱钢130 t/h燃气锅炉排烟温度高，热量损失大，增加了尾总烟道烟气换热设备，提高凝结水给水温度，减少除氧用蒸汽量，达到了节能降耗的目的。

排烟温度；低温换热器；烟气余热

1 问题概述

莱钢能源动力厂有3台中温中压130 t/h锅炉，额定蒸汽压力为3.82 MPa，蒸汽温度为450益，常年平均运行负荷70%左右，运行天数330天，燃料为高炉煤气和转炉煤气混合物，锅炉运行排烟温度约130~160益，平均140益左右，排烟平均温度较高，存在较大的热量损失，烟气余热有有较大的利用空间。

2 烟气余热利用的理论研究

2.1 理论分析

锅炉是主要耗能设备，降低锅炉排烟热损失对提高锅炉的能源利用效率有着重要的现实意义。目前锅炉烟气的出口温度最高可达165益，余热利用价值较大，回收后的热量用于加热锅炉补给水提高补给水温，减少除氧器对高品位蒸汽消耗量，以实现节能减排、挖潜增效的目的。

通过增加锅炉尾部受热面提高热负荷，降低排烟温度，对余热进行回收利用，经初步测算，每年(按330天24 h运行)可节省热量约88511.90 GJ，同时也可以降低二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放，不仅有良好的经济效益，环保效益也很明显。

2.2 热平衡计算

假设锅炉排放的烟气由140益降至90益时，单台锅炉烟气放热量 Q烟气=0.98伊(365.70原232.72)伊85320.6/3600=3104.37 kW

其中：

锅炉的保温系数取：98%;

每立方高炉煤气所产生的烟气在140益下的焓值为365.70 kJ/m3;

每立方高炉煤气所产生的烟气在90益下的焓值232.72 kJ/m3;

运行负荷时锅炉燃料消耗量为：85320.6 m3/h;

而当水的吸热量也为3104.37 kW时，即Q水=Q烟气=3104.37 kW时，可通过计算得出水吸热后的焓值为286.46 kJ/kg，此时对应的水温为68.4益。

具体计算如下：

给水流量80 t/h，由35益升至68.4益时，水的吸热量 Q水=（h2原146.81）伊80000/3600=3103.33 kW

其中：

流经低温换热器的水量：80000 kg/h；

35益时凝结水的焓值为：146.81 kJ/kg；

68.4益时凝结水的焓值为：286.46 kJ/kg；

根据上述计算，得出：经换热器后，烟气由140益降至90益，凝结水量80 t/h时，可由35益升至68.4益。

因此通过增加烟气换热设备，降低排烟温度，实施烟气余热回收利用，是完全可行的。

3 探索与实践

在锅炉尾部烟道即空气预热器出口和引风机入口之间按逆流方式分别布置一主一次两套低温换热器，回收烟气的余热，加热汽轮机凝结水，具体如图1所示。

图1 低温换热器工艺流程简图

锅炉尾部烟气通过双烟道进入主、次低温换热器（主换热器安装在变频引风机烟道上）与换热器内部的凝结水进行热量交换，实现热量的回收。该换热器的入口侧烟气理论温度为140益，与换热器进行热量交换后，温度可降至90益左右，然后在引风机的作用下从烟囱排出。此热交换过程中，进水为汽轮机凝汽器35益的凝结水，设计流量约75~85 t/h，经热量交换后，温度可升高到70益左右，最后进入除氧器再次加温，理论可回收热量3104.37 kW。

由于锅炉负荷、燃料等变化，空气预热器出口处烟气温度将不断变化，温度并不是一成不变。当锅炉空气预热器出口处烟气温度高于140益情况下，通过提高换热器水流量来回收大量余热；当空预器出口烟气温度低于140益而高于90益情况下，应通过电动调节阀改变流经换热器的凝结水水量，以此来调整排烟温度，避免锅炉的低温腐蚀。

4 增加烟道换热器前后对比

4.1 工艺流程不同，调控难度有所增加，但效益明显

未改造前，凝结水经凝结水母管直接进入除氧器加热除氧后经给水母管进入锅炉。锅炉尾部安装烟气换热器后，来自汽轮机组凝汽器的凝结水经凝结水泵首先进入锅炉尾部的烟气换热器（在原除氧器的进水管道上需提前加装流量调节装置，调节进换热器冷凝水量通过烟气换热，以达到调整排烟温度的目的或通过阀门的开启和关闭来控制水流的方向：阀门全关，凝结水全部流经换热器；阀门开启，凝结水同时流经换热器和除氧器），凝结水经过换热器热交换后，理论水温升达69益左右，经初步加温后的凝结水再进入除氧器，二次加温后进入给水母管，供给锅炉。烟气换热器的水流量的大小需结合锅炉排烟温度的高低通过给水调节阀来实现远程控制，实现烟气的达标排放。

4.2 充分考虑了设备增多，检修难度增加的风险

所加换热器相对独立，可以通过阀门和烟气挡板切换来实现换热器的投运和解列，若运行中该部分出现问题，可以随时关闭阀门和烟气挡板，将其隔离，将不影响原系统的正常运行。设计时考虑到换热器的方便安装问题，将换热器设置为两组、块状、组合式设计，换热器运行一定时间需要更换或检修时，可将换热器分块抽出，检查缺陷，以决定是否需要清洗或焊补、甚至更换。

4.3 采取防振措施

为防止换热管管束在运行过程中产生振动，将换热管束分组设计，可根据负荷分组投入；同时在换热管束入、出口设计远控节流装置，及时调节水量，杜绝振动的产生。

4.4 风阻的变化

增加换热器后，由于换热器本身的阻力和引出烟道的阻力使得锅炉总阻力变化，引风机运行工况也有所改变，经过测算换热器进入烟道所产生的阻力及烟气降温两个因素综合增加压力小于500 Pa，目前的风机配备（引风机为2台，一台变频，一台工频同时运行。其中工频风机挡板开度40%耀50%、变频风机频率设定为30~40 Hz即可满足使用工况）完全可以满足改造后运行需求。此外，部分凝结水,经换热器然后进入除氧器，由此所造成的阻力的增加小于0.10 MPa左右，现有的水泵能够满足运行的需要。

经设计测算，烟气侧和水侧流动阻力增加，风机和水泵耗电增加费用约为5.79万元/年，该费用远小于烟气余热利用的效益，可不予考虑。

5 改造后的效益 改造后，烟气、凝结水参数完全符合设计，实现改造目标，具体参数如下：

入口烟温：145益；

出口烟温：95益；

凝结水入口温度：35益；

凝结水出口温度：70益；

温差：35益；

凝结水量：81 t/h;

节能量:3120 kW;

折算蒸汽量:4.269 t/h,

年节约热量（按330天算）：88511.90 GJ。

经济效益计算:

回收的热量折算成温度为305益，0.981 MPa的蒸汽（除氧器抽蒸汽参数）量为：W=[3120/(3062.88-432.17)]伊3600=4.269 t/h。

其中：

压力0.981 MPa，温度305益的蒸汽的焓值为：3062.88 kJ/kg；

压力为6.3 MPa，温度为102益给水的焓值为：432.17 kJ/kg；

3120 kW为上述方案中回收的热量。

以1 t该蒸汽可产生125 kWh电、电利润按0.2元/kWh计算，

年收益约为：4.269伊24伊330伊125伊0.2/10000=84.5万元

3台锅炉的总年收益为：84.56伊3=253.58万元。

Exp loration and Practice of Waste Heat Utilization of 130 t/h Gas-fired Boiler

Liu Junming
(The Power Plant of Laiwu Steel,Shandong Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

To solve the problem of excessive flue gas temperature and high heat loss of the 130 t/h gas boiler at Laiwu Steel,a rear flue gas heat exchanger was added,which has increased the condensate water temperature,reduced the amount of steam consumption by de-oxidization and achieved the objective of energy saving.

exhaust temperature,cryogenic heat exchanger,flue gas waste heat

TK115

B

1006-6764(2018)01-0042-03

收修改稿日期：2017-10-19

刘俊明（1985-），男，2007年毕业于青岛大学热能与动力工程专业，工程师，现于莱钢能源动力厂型钢热电车间工作