全燃气锅炉产能余量回收利用策略探究

2022-10-19刘鸥张宣科技设备能源部

节能与环保 2022年9期

文_刘鸥张宣科技设备能源部

1 项目概况

张宣科技4#130t/h 、5#130t/h、6#160t/h、7#160t/h、8#180t/h和9#180t/h等6座全燃气锅炉，承担公司3座汽轮发电机以及高炉鼓风机的相关动力蒸汽需求任务，属于本公司能源提供的主要设备。为解决锅炉燃气的浪费问题，提高锅炉的能源使用效率，决定对5#、6#、8#号锅炉进行一次集体的煤气设备改造，并实现对4#、7#、9#等锅炉进行优化，以此方式提高本厂对产生煤气的综合利用率，可为助力公司节能绿色生产奠定基础。

2 烟气余热回收的影响因素

2.1 排烟时温度与冷凝率的关系

通常情况下相关企业会巩固工艺改造现实对余热的回收，并且所回收的烟气热量越大，证明所能利用的热量越多。因此，在对设备进行改造时，对水蒸气的冷凝率计算可参照下式进行，即：

式中β-产生水蒸气的冷凝率；Pc-水蒸气处于饱和状态下的压力；VH2O-烟气进口位置处固定煤气燃烧所产生的水蒸气体积；VH0

2O-单位体积煤气完全燃烧能够产生的水蒸气体积。

随着锅炉设备的排烟温度不断提升，排放烟气中所含盖的水蒸气冷凝率将会不断下降，并且随着α的增加，其水蒸气的露点温度也将逐渐降低。若实际排烟温度高出水蒸气的露点，此时烟气中所存在的水蒸气冷凝率将会降低至0。

2.2 排烟温度对锅炉热效率的影响

燃气锅炉的热效率指的是锅炉实际供热量与天然气燃烧热值之间的比例，计算公式为：

式中η-供热效率；-供热总量；B-燃气的消耗总量；H1-低位燃烧热值。

上述所提供热总量可代表改造锅炉燃烧室在运行状态下的热量与余热回收热量总和。结合式（2）能够得到烟气温度变化过程对燃气锅炉产生热效率的实际影响趋势，由案例工程提供数据可知详细关系变化如图1所示。

图1 排烟温度影响锅炉热效率的实际变化

结合图1数据可知，随着锅炉排烟温度的不断升高，锅炉所产生的实际热效率将会逐渐下降，为保障锅炉能够始终保持较高的供热效率，需要在改造过程中对排烟温度进行考虑和控制。

3 余热回收整体技术方案设计

3.1 焦炉煤气管网改造

结合焦炉煤气改造的设计要求，对案例5#、6#、8#等锅炉进行管网的改造设计，以确保改造后焦炉的煤气流量以及压力达到设计要求。由于案例工程焦炉的北环主管网的原始结构设计，需要确保蝶阀、盲板阀以及其它计量装置在改造后能够得到提质，同时若安装案例给出的燃烧器改造设计要求，还需要在原设备的基础上加装支管、四角管路以及调节阀等装置，保障设备的正常运行，改造前后对比如图2所示。

图 2 5#锅炉改造前后煤气管道示意图

对6#和8#锅炉焦炉管网的改造应当结合现有基础结构，对余下8根DN80四角焦炉的煤气管道进行改造，同时需要在煤气总管处开孔，从6#和8#锅炉中外接出一条衔接总管的引管线，同时需要将锅炉两侧支管由原来的DN200均改为DN300，下降管由DN150改为DN200，相应增加或更换设备总管处的电动蝶阀、流量计、压力表以及气动快切阀等装置。

3.2 低温省煤器优化

经上述计算方法所得数据可知，因改造焦炉煤气运行实际热值较高，因此5#锅炉所需要承受的热力面积将会明显减少，在进行改造后现有锅炉的实际受热面将会增加，因此该设备将会因炉膛受热面过大，而出现炉膛出口烟气温度不断下降的情况。结合改造后的设备检测可知，此时过热器设备的实际工作量将会持续减少，进而会引发过热器蒸汽温度达不到设定温度标准，特别是在低工作负荷情况下此现象将会更严重。因锅炉排烟温度过低，所以受焦炉煤气中硫、水元素的影响，将会对尾部的受热面造成严重的低温腐蚀。对此，通过改造可增加过热器设备的受热面积，以达到增加高效吸热与减少尾部省煤器实际受热面积的目的。

4 锅炉余热回收存在的供热性能研究

借助EES软件对改造全燃气锅炉的余热回收性能进行计算与分析，以案例项目中8#锅炉的改造前后的参数变化为例进行探究。为保障检测结果数据能够覆盖锅炉的主要运行参数，需要对锅炉负荷、蒸汽温度、减温水量、高炉煤气流量、焦炉煤气流量、含氧量、热风温度、炉膛温度、炉膛温度、过热器前温度、高温省煤器后烟温以及排烟温度进行检测对比，改造前后检测共进行3次，详细检测数据如表1所示。