潘巖 李曉偉

【摘要】熱電廠五號全燒煤氣鍋爐在尾部水平煙道布置有高爐煤氣加熱器，用來回收煙氣余熱，以提高入爐煤氣的初溫。運(yùn)行多年未，此臺全燒煤氣鍋爐工況良好，鍋爐效率一直穩(wěn)定維持在設(shè)計(jì)值區(qū)域。為了進(jìn)一步回收煙氣余熱，提高鍋爐效率、降低噸鋼能耗，在鍋爐現(xiàn)有煤氣加熱器的煙氣側(cè)之后增設(shè)低壓省煤器用于加熱汽輪發(fā)電機(jī)凝結(jié)水，繼續(xù)回收煙氣中的余熱，以實(shí)現(xiàn)熱能梯級利用。

【關(guān)鍵詞】低壓省煤器；余熱回收；節(jié)能；熱管

1改進(jìn)前相關(guān)技術(shù)狀況及其存在的問題

在以高爐煉鐵-煉鋼軋軋鋼為流程的鋼鐵生產(chǎn)過程中，在生產(chǎn)鋼鐵產(chǎn)品的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的副產(chǎn)品：高爐、焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐煤氣。這些副產(chǎn)品煤氣約占鋼鐵企業(yè)總能耗的40%，除了供給加熱爐和熱風(fēng)爐等爐窯用來燃燒外，剩余大部分煤氣資源將輸送到熱電廠用來燃燒發(fā)電。提高熱電廠的熱效率和增加發(fā)電量，不僅可以降低鋼鐵企業(yè)的噸鋼能耗，而且可以減少企業(yè)的購電開支，對鋼鐵企業(yè)具有重要意義。某熱電廠鍋爐五號鍋爐為全燒高爐煤氣鍋爐，型號為SG-220/981-Q8502，于2010年11月份投產(chǎn)，設(shè)計(jì)排煙溫度（空氣預(yù)熱器后）為210℃，煤氣加熱器出口煙溫為155℃，鍋爐計(jì)算熱效率為88.5%。運(yùn)行多年來，雖然高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣燃燒量、排煙溫度、鍋爐熱效率一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，但是排煙溫度仍有進(jìn)一步回收利用的余地。

2低壓省煤器簡介

2.1熱管式低壓省煤器工作原理

熱管式低壓省煤器主要由進(jìn)口異徑管、出口異徑管、框架、殼體及多組數(shù)百根重力熱管焊接組成（密集繞片高頻焊翅片熱管）。由于重力熱管低壓省煤器屬于成熟高效的換熱裝置，已廣泛地運(yùn)用在冶金、石化熱回收系統(tǒng)上，所以它不需要投入外部設(shè)備就能自動(dòng)運(yùn)行，性能可靠，工藝成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，正常使用壽命長，便于維護(hù)和檢修。每組換熱器還包括煙氣進(jìn)出口異徑管、換熱器框架、殼體、換熱組等。

2.2熱管式低壓省煤器的作用

某廠6臺全燒煤氣鍋爐的主要燃料都是煉鐵高爐煤氣，成分采集見表1，其中氫氣占2.11%、一氧化碳占23.15%、甲烷及碳?xì)浠衔镎?.9%，可燃?xì)怏w占26.16%，低位發(fā)熱量為3 350 kJ/Nm³。如圖1所示，由于五號鍋爐經(jīng)過上、下兩級省煤器和空氣預(yù)熱器的吸熱之后，熱煙氣的溫度仍然高達(dá)210℃左右，所以此臺鍋爐在煙道上布置有煤氣加熱器，用來進(jìn)一步吸收煙氣熱量來加熱入爐煤氣。經(jīng)過煤氣加熱器換熱，煙溫下降約50℃，入爐高爐煤氣從初溫（較環(huán)境溫度高10℃）上升130℃左右。目前，五號鍋爐煤氣加熱器后的煙溫平均在155℃，因此增設(shè)低壓省煤器的作用就是進(jìn)一步吸收排煙佘熱，加熱汽輪發(fā)電機(jī)凝結(jié)水，從而實(shí)現(xiàn)熱能梯級利用。

2.3熱管式低壓省煤器的布置

熱管式低壓省煤器在尾部煙道中的位置如圖2所示，利用熱管內(nèi)低壓水的汽化一凝結(jié)過程，實(shí)現(xiàn)熱量在豎直方向的傳遞。

2.4熱管式低壓省煤器功效需求表

五號鍋爐全燒高爐煤氣運(yùn)行工況參數(shù)與使用功能需滿足表2要求。

此低壓省煤器正常進(jìn)水量為70t/h，最大進(jìn)水量為10⁵t/h。

（1）低壓省煤器設(shè)計(jì)使用壽命應(yīng)大于5年，5年內(nèi)設(shè)備換熱效果不低于設(shè)計(jì)效果的85%，運(yùn)行前3年的換熱效果不低于91%。

（2）熱管式低壓省煤器采取可靠措施，保證煙氣側(cè)的密封，設(shè)備殼體表面焊縫滿足強(qiáng)度要求連續(xù)焊。熱管管束布置時(shí)，在滿足膨脹的情況下，采取防振措施，模塊就位前確保殼體密封檢漏合格。

（3）低壓省煤器殼體及進(jìn)出口箱體具備足夠的剛度和 強(qiáng)度。煙氣側(cè)承壓為±3000Pa，瞬時(shí)承壓為±15000Pa；水側(cè)承壓為1MPa。

（4）低壓省煤器具備一定的自清灰能力，預(yù)留布置清灰設(shè)備接口，在煤氣箱體進(jìn)口端裝設(shè)機(jī)械脫水裝置，下部設(shè)疏水閥。箱體上設(shè)置放灰、放水裝置，便于清灰和檢修。

（5）因煤氣鍋爐燃料成分變化較大（主要燃用高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、摻燒部分轉(zhuǎn)爐煤氣），為防止受熱面及殼體低溫腐蝕，省煤器與煙氣接觸部分材料采用ND鋼材質(zhì)，翅片厚度、翅片螺距、換熱管束壁厚需符合廠家要求。低壓省煤器換熱管束管壁溫在70℃以下需采用防腐措施或提高換熱管束材料等級，達(dá)到延長設(shè)備的使用壽命的目的。

（6）低壓省煤器受進(jìn)口異徑管內(nèi)部加裝導(dǎo)流板及加固措施等措施保證殼體強(qiáng)度、防止殼體振動(dòng)。低壓省煤器受熱面管束布置時(shí)需要防振考慮。設(shè)備在露天布置，天氣變化及雨、雪、風(fēng)對其的影響程度應(yīng)充分考慮。

3低壓省煤器的應(yīng)用效果

3.1鍋爐效率的提升

五號鍋爐增設(shè)低壓省煤器后重新投運(yùn)并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行一周（168h）以后，我們開始采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集日鍋爐時(shí)均負(fù)荷為180t/h，公式如下：

公式（1）中，T₂為五號鍋爐排煙溫度均值，單位為℃；T₁為五號鍋爐甲乙側(cè)送風(fēng)機(jī)的送風(fēng)溫度均值，取10℃；（O₂）為煙氣中的氧濃度，取0.1%。

通過計(jì)算可知，增設(shè)低壓省煤器前后q₂（排煙熱損失）分別為10.37%和7.05%，根據(jù)圖2、表3可知，增設(shè)低壓省煤器前后排煙溫度均值分別為155.3℃和108.7℃，煙溫下降46.6℃。

按照排煙溫度每下降15℃，鍋爐效率提高約1%的經(jīng)驗(yàn)公式估算，五號爐排煙溫度下降46.6℃，則五號鍋爐效率提高值約3.1%。通過增設(shè)了低壓省煤器，五號鍋爐排煙熱損失減少（即熱效率提高值）=10.37%-7.05%=3.32%，兩者接近，因此五號鍋爐增設(shè)低壓省煤器前后鍋爐效率提高值大于3%。

3.2能量回收估算

煙氣放出的熱量傳遞給了汽輪發(fā)電機(jī)凝結(jié)水，通過煙氣的流量、比熱容及溫升等即可求出煙氣的吸熱量，其計(jì)算公式如下：

公式（2）中，Q為煙氣吸熱量，單位為KJ；c為煙氣的定壓比熱容，單位為KJ/（kg·℃）；m為煙氣質(zhì)量，單位為kg；t₁和t₂分別為低壓省煤器進(jìn)出口煙溫，單位為℃。

低壓省煤器煙氣24小時(shí)的溫度分布如圖2所示，其他參數(shù)見表40

結(jié)合式（2）、表4及圖2中煙氣進(jìn)出口的平均溫度，可計(jì)算得每小時(shí)的余熱回收量如下：

Q=1.98x10⁷KJ

3.3增加發(fā)電量

據(jù)前文，按照鍋爐效率提高3%計(jì)算，由于五號鍋爐年運(yùn)行天數(shù)為300d，時(shí)均負(fù)荷200t，五號鍋爐增設(shè)低壓省煤器后的折算產(chǎn)汽增量約43000 t/年。按鍋爐的運(yùn)行參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式，每40.1t高壓蒸汽可以發(fā)電1萬kW·h，五號鍋爐效率的提高約合新增發(fā)電量為1.072MW。

發(fā)電量=多產(chǎn)高壓蒸汽量÷40.1t汽/萬kW·h

=43000t÷40.1t/萬kW·h

=1072萬kW·h（1.072 MW）

4結(jié)語

（1）在五號全燒煤氣鍋爐負(fù)荷為180t/h時(shí)，增設(shè)低壓省煤器后排煙溫度為46.6℃，鍋爐的熱效率提高大于3%。

（2）實(shí)現(xiàn)熱能梯級利用，折合新增發(fā)電量每年為1.072MW。

通過對五號鍋爐增設(shè)低壓省煤器所取得的經(jīng)驗(yàn)，我們將選擇合適的時(shí)機(jī)對其他有類似情況的全燒煤氣鍋爐進(jìn)行煙氣余熱回收利用，并繼續(xù)實(shí)行綠色生產(chǎn)和降本增效并重發(fā)展的原則，積極采用新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝，以提高資源、能源的利用率，進(jìn)一步提升企業(yè)競爭力。

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