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浅谈锅炉尾部烟气余热回收再利用 推进节能增效

发布时间:2016-08-12

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据统计,我国有约三分之二的能源被锅炉消耗掉了,全国80%的工业用煤用于锅炉燃烧。随着科学技术的不断发展,锅炉技术在近百年中不断地改进和提高,现代大型锅炉的效率已经接近极限。锅炉的热损失主要包括排烟损失、化学不完全燃烧损失、机械不完全燃烧损失、散热损失、灰渣物理热损失等项目。其中,排烟损失是最主要的部分,约占整个锅炉热损失的70%——80%。一般地,排烟温度每降低15℃,可使锅炉热效率提高1%。因此,降低排烟温度是提高锅炉效率的最有效的途径。
锅炉排烟损失作为锅炉效率损失最大的部分无疑是进一步提高锅炉效率的方向。但是,锅炉专家在降低排烟温度的探索中遇到了不可逾越的障碍,即烟气酸露点。排烟温度低于烟气中SO3的露点时,在受热壁面上会凝结酸露,低温酸露出现,会导致腐蚀漏风与积灰(结露性),其危害极大:一方面导致漏风,既增大风机电耗,又造成炉膛缺风,使燃烧恶化,热效率降低。另一方面导致积灰,使受热面换热能力下降。积灰严重时会形成堵灰,不仅影响传热,而且可能因烟道阻力剧增而限制锅炉出力,甚至被迫停炉。如何能够降低排烟温度而有保证不发生酸露腐蚀,一直以来是业内的一大难题。简述锅炉尾部烟气余热回收再利用,锅炉烟气深度冷却余热回收装置,装在引风机出口的水平烟道上,加热冷水以回收排烟余热,降低锅炉排烟温度后直接通入脱硫塔,进行脱硫回收处理,最后经烟囱排放;该装置不需要改变机组现有热力系统,在回收烟气余热的同时,不影响其长周期安全运行,不仅降低了排烟温度,而且节约了脱硫耗水量及电耗,减少二氧化硫的排放,同时对外销售热水,创造经济效益。
一、降低排烟温度的节能开发和创新
有多种方法可以降低排烟热损失,从运行方面:燃用设计煤种或适宜实际运行的煤种,保持稳定、适当的锅炉出力,保证锅炉燃烧良好,防止冒黑烟,定期受热面吹扫、保持受热面清洁,降低过量的空气系数,减少漏风,都可以有效的降低排烟损失。然而由于目前公司运行管理良好,从运行、检修、试验、检测等管理方面已无更大的节能空间。只有采取具有新节能技术才能进一步突破节能瓶颈。设想在锅炉烟道加装换热器做为热水的热源,减少生产抽汽的用量,达到节能的目的,同时销售热水能给公司带来更大的经济效益。
哈尔滨热电有限责任有限公司五期工程为2×300MW机组,7、8号锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1025/17.5-YM36型,亚临界、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、自然循环汽包锅炉。锅炉实际排烟温度为130℃,而脱硫装置的最佳入口烟气温度应为90-100℃,入口烟气温度高导致脱硫装置不在最佳工作状态,同时造成浆液蒸发量大、机械携带量大、补水量大、以及烟道腐蚀以及飘液等问题。
为了节能降耗,降低脱硫装置入口烟气温度,减少补水量,有必要在引风机出口烟道上安装分离热管换热器,充分利用烟气预热,结合多径公司热水的对外销售,加热厂内生活水,为洗浴、宾馆、酒店等用户供洗浴热水,因此节约能源、净化环境,增加经济效益。所以对市场前景很好。
为了深度挖潜哈尔滨热电厂2×300MW机组的节能潜力,提高机组的热经济性,推进锅炉烟气深度冷却系统技术改进工作势在必行。此项锅炉烟气深度冷却系统技术改进,装设分离式热管换热器、建供热水站,该系统减少生产抽汽用量,同时供应热水,运行方式是分离式热管换热器加热生活水,送至热水箱内,对外销售热水。
单台机组安装在引风机出口水平烟道内分离式热管换热器能够将150t/h生活水由20℃提高到80℃,同时将烟气温度由130℃降低到100℃,机组运行按4500小时计算,年可以节约标煤898吨。同时由于烟气温度由130℃降低到100℃,降低了脱硫塔的入口烟温,不仅使烟温接近脱硫塔的最佳反应,而且因烟温降低了30℃减少了浆液的蒸发量,也就是降低了脱硫塔的补水量,根据统计烟温降低10℃,可以减少补水8t,共计减少补水24t/h,一年可以节水约11万吨,节约水费约30万元。由于进入脱硫入口烟气温度降至最佳反应温度,将烟筒做好防腐后,可将GGH换热系统去掉,节约厂用电量约570万元,同时减少运行维护及脱硫系统故障影响机组的正常运行,所以带来可观的效益。

二、市场调查研究:
哈尔滨某电厂目前销售仅三段抽汽及生活水给中间商,中间商在厂区外建立热水站,用混合加热器将自来水加热80-90度,由中间商销售向哈尔滨市各大滨、洗浴中心、及酒店供应热水,哈尔滨某电厂收取电费、水费及热费,每吨热水电费约1.5元,水费为市内生活水价3元,热费约6.5元,合11计元。中间商每日销售热水最多70车,最少30车,热水车为洒水车加保温改造,每车装12吨,每车对外热水售价在270元左右,每吨水售价相当于23元左右。每年利润300万/年。因此,建议我厂拟进行7、8号锅炉烟气深度冷却系统技术改进和建立供热水站,对外销售热水。利用尾部烟气,降低排烟温度,使脱硫系统烟气与石灰石浆液反应更充分,减少二氧化硫的排放量,同时通过对外销售热水给公司带来更大的经济效益。
三、系统匹配:
在单台机组引风机出口水平烟道上,安装分离式热管换热器吸收烟气余热,该分离式热管换热器加热生活水,送至热水箱内,对外供热水。在引风机出口水平烟道上安装分离式热管换热器,对局部烟道扩大,系统无变化。因加装分离式热管换热器,系统阻力增大170Pa左右,引风机的通风量905m3/h,则引风机增加的功率为68KW,单台引风机功率为1600KW,满负荷时动叶开度为80%,功率为1280KW,裕量能够满足要求。
分离式热管换热器安装在7炉或8号锅炉引风机出口水平烟道上,因加装分离式热管换热器后,水平烟道的烟气流速降低了4-5m/s,可能造成翅片管和烟道底部积灰,为了防止翅片管和烟道底部积灰,在分离式热管换热器两侧烟道上安装压缩空气吹灰系统,在分离式热管换热器上安装8个吹灰器,定期对烟道进行吹灰。
热水站设置在多径实业公司院内,需要安装一台容积为200m3保温热水箱一台、两台出力100t/h的热水泵、200m3保温热水箱为高位布置,直接向热水车加水。
四、环境保护:
安装分离式热管换热器后,使进入脱硫塔的烟气温度降低了30℃,减少了浆液的蒸发量和机械携带量,可以降低石膏雨量,改善环境质量,满足环保的要求。
五、节能降耗、提高经济性:
#7、8机组负荷300MW,分离热管换热器前烟气温度130℃,换热器后100℃,分离式热管换热器内水流量130t/h,换热器入口水温20℃,出口水温80℃,脱硫塔浆液补水减少24t/h换热器运行时间按4500小时计算。
回收热量:130×1000×(130-85)×4500=26325000000(kJ) ;
折成标煤:26325000000/29307.6/1000=898(t)
供热水利润为10元/吨,
则每年盈利为:10×1000×365/10000=365(万元)
脱硫塔节水量:24×4500=108000(t);

节约水费30万元。
GGH系统耗电量:
换热器:9×24×4500=972000kwh
密封风机:7.5×24×4500=810000kwh
低泄漏风机:160×24×4500=172800000kwh
总耗电量=972000+810000+172800000=19062000kwh
节约电费:19062000×0.3÷10000=570万元
因此,通过安装分离式热管换热器和建立供热水站,回收烟气余热,提高机组热经济性,降低发电煤耗,节约水费,节约厂用电量,销售热水增加收入。
通过吸收烟气余热,提高机组运行经济性,降低发电煤耗,同时降低脱硫装置入口烟气温度,降低脱硫系统的厂用电量,降低脱硫塔内的蒸发水量和机械携带水量,减少补水量,减轻脱硫塔后烟道腐蚀以及飘液等问题。
六、结论
对于单台锅炉烟气尾部余热再利用,提高系统和本单位综合生产能力与经济效益分析如下:
#7、8机组负荷300MW,分离热管换热器前烟气温度130℃,换热器后100℃,分离式热管换热器内水流量130t/h,换热器入口水温20℃,出口水温80℃,脱硫塔浆液补水减少24t/h换热器运行时间按4500小时计算,每年可以减少江岸11万吨用水,这样每年可以节约水费约30万元。销售热水约300万元,脱硫系统的厂用电量,节约电费约570万元,系统投入运行后,回收了部分烟气余热,提高了机组热经济性,降低了发电煤耗。减少了脱硫塔的补水量,能够减轻了脱硫塔出口烟道腐蚀。销售热水带来可观的经济收入。如果应用到哈热六期扩建2×350MW机组,直接去掉GGH烟气系统,可以总投资费用,减少运行维护量及检修的费用,同时可以省去低泄漏风机,密封机,吹灰器,高压冲洗水泵,避免脱硫系统的停运,也降低综合厂用电率,所以提高了机组的运行的经济性。
文章对新型相变换热锅炉烟气余热回收技术进行了分析,并通过与传统技术比较,得到其性能及可行性等的相关结论,供有关技术人员参考。
1 传统的设计方法
保证锅炉尾部受热面不发生低温腐蚀的核心是控制换热器最低壁面温度高于烟气酸露点的温度。
在传统的设计方法中,最低壁面温度取决于烟气酸露点的温度和预热空气的最低温度。例如,一台锅炉的空气预热器是末级受热面,空气侧进口温度为25℃,排烟温度为150℃,根据空气侧和烟气侧对流换热系数可以算出则空气预热器最低壁面温度70℃。一般地,在冷空气温度一定的情况下,设计排烟温度大约是最低壁面温度的2倍。
2 相变换热技术原理
相变换热烟气余热回收系统由传统的间壁式换热器和相变换热器组合而成,其核心是相变换热器。相变换热器利用介质相变过程中温度不变的特性,具有在整个换热器沿程壁面温度恒定的优良特性。相变换热器分为蒸发换热面、冷凝换热面、上升管、下降管、汽水分离装置两部分。蒸发换热面内部的液态介质吸收烟气热量而变成汽水混合物上升,经过汽水分离装置后,汽体上升进入冷凝换热面,在其中放热加热外部的冷空气后凝结后汇集到汽水分离装置。介质在相变换热器内部依靠密度差形成自然循环。
相变换热器技术通过改变锅炉排烟温度和最低壁面温度的函数关系,巧妙地化解了降低锅炉排烟温度与酸露点腐蚀的矛盾,较好地解决了锅炉排烟温度难以降低的难题。实现了在保证锅炉尾部受热面不结露的情况下,将排烟温度降至极限,从而大大提高了锅炉效率。
相变换热器能够实现排烟温度仅比最低壁面温度高15℃。相比传统设计方法,能够将锅炉排烟温度稳定降低30——100℃,回收的热量可用于锅炉送风预热,也可加热锅炉凝结水,冬季也可用于加热冬季厂区供暖水系统。可实现锅炉效率提高2%——7%。而且对于越是排烟温度高的锅炉的节能效果越显着。
相变换热器可以通过调节系统冷源的流量,调节换热器金属受热面最低壁面温度,使其具有相当幅度的调节能力,使排烟温度和壁面温度保持相对稳定,并能适应锅炉的燃料品种以及负荷变化。

3 结束语
相变换热器最低壁面温度整体可控可调,并可在保证受热面不结露的前提下降低排烟温度,有效提高设备热效率和防腐能力。可广泛适用于电力、石油、化工、冶金、石化、纺织、医药等行业的各种燃煤、燃油、燃气锅炉、窑炉、注汽炉、加热炉及各种换热设备之中。应用前景广泛,推广潜力巨大,尤其适合燃用高硫分燃料,排烟温度较高,尾部受热面腐蚀严重的锅炉。



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