文_劉鷗 張宣科技設(shè)備能源部

1 項目概況

張宣科技4#130t/h 、5#130t/h、6#160t/h、7#160t/h、8#180t/h和9#180t/h等6座全燃氣鍋爐，承擔公司3座汽輪發(fā)電機以及高爐鼓風(fēng)機的相關(guān)動力蒸汽需求任務(wù)，屬于本公司能源提供的主要設(shè)備。為解決鍋爐燃氣的浪費問題，提高鍋爐的能源使用效率，決定對5#、6#、8#號鍋爐進行一次集體的煤氣設(shè)備改造，并實現(xiàn)對4#、7#、9#等鍋爐進行優(yōu)化，以此方式提高本廠對產(chǎn)生煤氣的綜合利用率，可為助力公司節(jié)能綠色生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

2 煙氣余熱回收的影響因素

2.1 排煙時溫度與冷凝率的關(guān)系

通常情況下相關(guān)企業(yè)會鞏固工藝改造現(xiàn)實對余熱的回收，并且所回收的煙氣熱量越大，證明所能利用的熱量越多。因此，在對設(shè)備進行改造時，對水蒸氣的冷凝率計算可參照下式進行，即：

式中β-產(chǎn)生水蒸氣的冷凝率；Pc-水蒸氣處于飽和狀態(tài)下的壓力；VH2O-煙氣進口位置處固定煤氣燃燒所產(chǎn)生的水蒸氣體積；VH0

2O-單位體積煤氣完全燃燒能夠產(chǎn)生的水蒸氣體積。

隨著鍋爐設(shè)備的排煙溫度不斷提升，排放煙氣中所含蓋的水蒸氣冷凝率將會不斷下降，并且隨著α的增加，其水蒸氣的露點溫度也將逐漸降低。若實際排煙溫度高出水蒸氣的露點，此時煙氣中所存在的水蒸氣冷凝率將會降低至0。

2.2 排煙溫度對鍋爐熱效率的影響

燃氣鍋爐的熱效率指的是鍋爐實際供熱量與天然氣燃燒熱值之間的比例，計算公式為：

式中η-供熱效率；-供熱總量；B-燃氣的消耗總量；H1-低位燃燒熱值。

上述所提供熱總量可代表改造鍋爐燃燒室在運行狀態(tài)下的熱量與余熱回收熱量總和。結(jié)合式（2）能夠得到煙氣溫度變化過程對燃氣鍋爐產(chǎn)生熱效率的實際影響趨勢，由案例工程提供數(shù)據(jù)可知詳細關(guān)系變化如圖1所示。

圖1 排煙溫度影響鍋爐熱效率的實際變化

結(jié)合圖1數(shù)據(jù)可知，隨著鍋爐排煙溫度的不斷升高，鍋爐所產(chǎn)生的實際熱效率將會逐漸下降，為保障鍋爐能夠始終保持較高的供熱效率，需要在改造過程中對排煙溫度進行考慮和控制。

3 余熱回收整體技術(shù)方案設(shè)計

3.1 焦爐煤氣管網(wǎng)改造

結(jié)合焦爐煤氣改造的設(shè)計要求，對案例5#、6#、8#等鍋爐進行管網(wǎng)的改造設(shè)計，以確保改造后焦爐的煤氣流量以及壓力達到設(shè)計要求。由于案例工程焦爐的北環(huán)主管網(wǎng)的原始結(jié)構(gòu)設(shè)計，需要確保蝶閥、盲板閥以及其它計量裝置在改造后能夠得到提質(zhì)，同時若安裝案例給出的燃燒器改造設(shè)計要求，還需要在原設(shè)備的基礎(chǔ)上加裝支管、四角管路以及調(diào)節(jié)閥等裝置，保障設(shè)備的正常運行，改造前后對比如圖2所示。

圖 2 5#鍋爐改造前后煤氣管道示意圖

對6#和8#鍋爐焦爐管網(wǎng)的改造應(yīng)當結(jié)合現(xiàn)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，對余下8根DN80四角焦爐的煤氣管道進行改造，同時需要在煤氣總管處開孔，從6#和8#鍋爐中外接出一條銜接總管的引管線，同時需要將鍋爐兩側(cè)支管由原來的DN200均改為DN300，下降管由DN150改為DN200，相應(yīng)增加或更換設(shè)備總管處的電動蝶閥、流量計、壓力表以及氣動快切閥等裝置。

3.2 低溫省煤器優(yōu)化

經(jīng)上述計算方法所得數(shù)據(jù)可知，因改造焦爐煤氣運行實際熱值較高，因此5#鍋爐所需要承受的熱力面積將會明顯減少，在進行改造后現(xiàn)有鍋爐的實際受熱面將會增加，因此該設(shè)備將會因爐膛受熱面過大，而出現(xiàn)爐膛出口煙氣溫度不斷下降的情況。結(jié)合改造后的設(shè)備檢測可知，此時過熱器設(shè)備的實際工作量將會持續(xù)減少，進而會引發(fā)過熱器蒸汽溫度達不到設(shè)定溫度標準，特別是在低工作負荷情況下此現(xiàn)象將會更嚴重。因鍋爐排煙溫度過低，所以受焦爐煤氣中硫、水元素的影響，將會對尾部的受熱面造成嚴重的低溫腐蝕。對此，通過改造可增加過熱器設(shè)備的受熱面積，以達到增加高效吸熱與減少尾部省煤器實際受熱面積的目的。

4 鍋爐余熱回收存在的供熱性能研究

借助EES軟件對改造全燃氣鍋爐的余熱回收性能進行計算與分析，以案例項目中8#鍋爐的改造前后的參數(shù)變化為例進行探究。為保障檢測結(jié)果數(shù)據(jù)能夠覆蓋鍋爐的主要運行參數(shù)，需要對鍋爐負荷、蒸汽溫度、減溫水量、高爐煤氣流量、焦爐煤氣流量、含氧量、熱風(fēng)溫度、爐膛溫度、爐膛溫度、過熱器前溫度、高溫省煤器后煙溫以及排煙溫度進行檢測對比，改造前后檢測共進行3次，詳細檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

表 1 8#鍋爐瞬時運行參數(shù)對比

由表1中數(shù)據(jù)能夠看出，8#鍋爐的負荷存在明顯的提升，改造前后全天負荷可達到3619（前）和4133（后），平均負荷提升21.41t/h，雖然上表的各受熱面溫度未有明顯變化，但是實際工作日可增加焦爐煤氣量約為22萬m3。

5 結(jié)語

通過對張宣科技全燃氣鍋爐燃料結(jié)構(gòu)性優(yōu)化項目的改造技術(shù)分析可知，通過科學(xué)的鍋爐煤氣燃燒計算，可幫助技術(shù)人員進行設(shè)備改造規(guī)劃設(shè)計，達到更好的改造效果。此外，通過焦爐煤氣管網(wǎng)以及低溫省煤器等結(jié)構(gòu)的改造，可有效提高全燃氣鍋爐的產(chǎn)能，并降低工作能耗，具有較高的經(jīng)濟性和環(huán)保性。