燃气锅炉余热回收改造（精选8篇）
燃气锅炉余热回收改造 篇1
一、节能可行性分析
成都压缩机厂现有1台广锅“劲马”WNS2-1.25-Q (S2) 燃气蒸汽锅炉, 为生产线供应蒸汽。该型锅炉为非冷凝式直排结构锅炉, 排烟温度较高, 高温烟气中所蕴含的大量汽化潜热和物理显热未被利用而直接排放至大气中, 成为锅炉的主要热损失之一。同时, 高温烟气中还含有大量的氮氧化物 (NOX) 和二氧化硫 (SO2) 等污染物, 对大气环境造成一定的污染。在平均给水温度为20℃、满负荷运行时排烟温度180～220℃条件下, 按锅炉运行时间均值约40h/月, 锅炉平均燃气耗量150m3 (标准) /h实测统计:年天然气耗量72000m3, CO2排放量50.7t。如果能同等条件下减少天然气消耗量, 则可减少CO2排放量。因此, 充分利用余热作用将进水水温加热到50～60℃, 既能有效提高锅炉热效率和减少燃料消耗量, 又能减少锅炉排烟对大气环境污染, 从而达到节能减排的目的。
二、节能系统构成及特点
1、锅炉余热回收节能系统 (图1)
(1) 锅炉补水。原锅炉补水泵按原锅炉控制程序从1m3不锈钢保温调节水箱向锅炉补水。当因保温水箱三通补水电磁阀 (DN32) 故障导致补水不足, 保温调节水箱水位到低极限位置时或者热水循环泵故障时, 软水箱三通补水电磁阀 (DN32) 得电, 锅炉由原软水箱补水, 以防给水系统故障而造成锅炉停炉。
(2) 保温水箱补水。锅炉控制系统正常启动后, 原锅炉给水泵通过保温调节水箱贮存的软水向锅炉供水, 锅炉正常燃烧产生蒸汽输出。当保温水箱水位下降至光柱液位控制仪 (HW-181) 所设定的下限位置时, 电磁三通阀 (DN32) 补水侧开启、循环水侧关闭、补水指示灯亮、循环指示灯灭, 系统由原有软水箱供水, 软水由换热器热水循环泵 (ISG32) 泵出与换热器 (JNQZ-2) 热交换后送至保温水箱贮存。保温调节水箱水位上升至液位控制仪控制上限时, 补水过程结束。
(3) 保温调节水箱水 (锅炉进水) 温升。保温调节水箱中的水容积满足要求后, 电磁阀补水侧关闭、循环水侧开启、循环指示灯亮、补水指示灯灭, 换热器改由循环泵从保温调节水箱供水, 软水经重复热交换后复回至保温调节水箱贮存, 这个循环过程会充分利用余热作用将进水水温加热到50～60℃内 (远远大于改造前的平均进水温度20℃) 。
2. 节能系统特点
(1) 该余热回收节能系统控制简单, 可很方便地通过STEP7-200编程器将其PLC控制与原锅炉控制系统有机结合而不会影响到原锅炉的控制程序。
(2) 合理选用换热器保障了余热回收效率。该系统中的换热器应具有换热系数高、热阻小、不衰减、耐腐蚀、体积小等特点。同时, 还应考虑到换热管的周向翅片应是“间断”型的, 此类型的翅片使得无论烟气横向、纵向冲刷管束, 所有针肋扩展表面都会受到烟气的横向紊流冲刷并在针肋背面形成对称的稳态漩涡和回流区, 烟气热边界层被不断的破坏、再形成、减薄, 会极大的减小了热阻, 提高了换热系数。选用配置了不锈钢整体三维针肋强化换热管的JNQZ-2型换热器能很好地满足此要求。所选元器件都能方便地从市场上买到, 利于改造实施。
三、改造实施
1. 机械部分
支撑并开断烟道, 安装烟道换热器;安装保温调节水箱及投入式液位变送器;开断软水箱软水出水管, 安装旁通补水、循环水管路及热水循环泵、三通电动阀;安装好冷凝水管。安装过程中, 新增管路采用焊接和丝扣连接方式, 循环水管路、保温调节水箱均进行保温处理, 所有固定支架及外露部分进行涂漆防腐处理。安装完后, 通过旁通补水管路和循环换热管路, 将软水箱、保温调节水箱、热水循环泵、烟道换热器串连成“内+外”循环换热系统。
2. 电气自动控制系统
原锅炉PLC控制程序由STEP7-200编制。为了方便控制, 将余热回收系统的控制部分与原程序做在一起, 新增PLC程序符号 (表1) , 编制PLC控制程序。
3. 参数设置及调试
设定光柱液位控制仪保温热水箱水位控制参数, 调节保温水箱单次补水量;设置好保温调节水箱超低水位极限位置;用PLC编程器输入新增程序, 接好对应控制线并进行电气调试。
锅炉启动后, 视PLC逻辑检测条件满足与否, 分别对余热回收节能系统的三个过程即锅炉补水过程、保温水箱补水过程、保温调节水箱水 (锅炉进水) 温升过程进行功能调试。调试过程中要特别注意对保温调节水箱出现超低水位报警立即切断锅炉运行系统的可靠性进行调试。当极低限位到达时, 电气控制箱蜂鸣器应同时报警。此时应检查和排除进水故障, 如系热水循环泵或电动阀故障, 则自动切换补水系统, 由锅炉原给水系统向锅炉补水。同时维修或更换循环水泵或电磁阀。
功能都满足后进行联机调试, 调试完成后, 锅炉启动试运行。在初期运行过程中, 应调节换热器进水阀门开启度, 平衡调节循环水流量。
四、节能效果
改造后锅炉运行表明, 排烟温度已从220℃降至120℃左右;软水平均温度由20℃升至50～60℃。锅炉补水时压力降减小、大火燃烧时间缩短、热效率明显提高。
经统计计算, 采用余热回收后, 每年节约用气量5760m3, CO2减排4.06t, 废热减排4896万kcal, 节能减排效果良好。投资回收期约18个月。W12.04-32
摘要：针对燃气锅炉排烟温度较高, 热损失大的问题, 设计一套余热回收节能系统进行改造, 实际节能效果良好, 同时, 减少了高温烟气中大部分氮氧化物 (NOX) 和二氧化硫 (SO2) 等污染物的排放。
关键词：燃气锅炉,余热回收,改造
燃气锅炉余热回收改造 篇2
关键词：磺化余热 合洗车间 喷粉煤炉 节能减排
中图分类号：TK115 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（a）-0057-02
国内民用洗涤产品生产厂家的生产工艺中广泛使用磺化工艺，目前使用较多、技术比较成熟的是三氧化硫磺化装置。多数装置燃硫和转化时使用的是空气换热，热交换过程中会产生大量热空气。随着国家对节能减排工作的日益重视，同时，企业在节能和经济效益的双重压力下，对这部分热空气所含能量的充分利用也日益关注和重视。
近年来磺化工艺中的余热利用被广泛采用的节能措施主要是采用换热器将约温度约400 ℃的热空气中所含热量转换为蒸汽，再提供给磺化装置使用，换热后剩余温度约200 ℃左右的热空气再排空，这种方法显然为企业节约了大量的蒸汽消耗，但是，200 ℃的热空气中所含热量仍然可观，同时，排空时对环境仍然有一定的影响，如果能充分利用这部分热空气，不仅能够为企业持续节约能源消耗，产生可观的经济效益，也有利于改善企业环境质量。
1 技术原理及改造内容
合洗车间的喷粉塔一般配套喷粉煤炉，过滤后的空气通过鼓风机进入喷粉煤炉中经过煤燃烧加热至约400 ℃再进入喷粉工艺使用，空气从室温加热到所需温度的过程中需要消耗大量的煤。该文中企业将磺化工艺中制取完蒸汽后剩余的200多度的高温热空气引用到喷粉车间煤窑炉，由于热空气本身具有一定的余压，不需增加额外的引风设备即可通过增建的输风管道与喷粉煤炉热风管对接引入，同时对输风管道进行保温处理，降低输风过程热能损耗，喷粉煤炉内进风温度得到大幅度提升，改造后喷粉煤炉只需将由热风和鼓风机抽入空气组成的混合空气（热风量大时，可不抽入室外空气）加热到400 ℃，相比于改造前从室温开始加热，节省了大量的能源消耗（图1）。
项目改造投资共计165万元，其中固定资产投资160.8万元，主要用于购买管道材料等相关配件以及设备安装调试费用，将原本直排的两台磺化装置间热风排放口先汇集，使用材质为Q235的管材铺设一条直径DN1 000 mm的管道至喷粉煤窑炉热风管上对接，长度约249.6 m。项目只对磺化工艺的余热进行回收利用，未改变企业生产工艺，对生产流程没有影响，也未改动企业主要生产设备（图2、表1）。
2 节能效果及经济性分析
2.1 节能效果分析
因企业生产运营情况较为平稳，项目年节能量根据《节能量审核指南》，以改造前后单位产品煤耗的方法进行核算：
项目节能量=（改造前工序单位产品煤耗-改造后工序单位产品煤耗）×改造前工序年产量（基准产量）。
通过企业改造前后该工序的原煤消耗量、产品产量，计算得出改造前后该工序的单位产品能耗。产品产量按日统计，原煤消耗量以企业每日统计入炉煤量以及每月盘库量核对后得出。依据企业计量统计数据，改造前该工序单位产品煤耗为107.1 kg/t产品，改造后该工序单位产品煤耗为94.14 kg/t产品，节煤率达到12.1%，按改造前一年企业年产量233 069.19 t计算，项目年节煤量3 020.6 t。折合2 157.6 t标准煤。
2.2 技术经济分析
项目年节煤量3 020.6 t，以原煤市场价500元/t估算，每年可节约燃料费用约150万元，该项目总投资165万元，投资回收期不到两年。
3 环境影响评价
项目实施后每年节约2 157.6 t标准煤，根据国家发改委能源研究所推荐值，每年可减排二氧化碳约5 300.6 t，减排二氧化硫约35.6 t，减排氮氧化物33.7 t。
4 结语
（1）项目年节煤量3 020.6 t，折合2 157.6 t标准煤。可帮助企业实现有限资源的优化配置和高效运作。
（2）项目进行技术改造的基础条件齐备，技术方案成熟可靠，除初期投入稍大外，不存在实施难点，同时项目改造后，投资回收期较短，具有良好的经济效益和社会效益，也符合国家产业政策和行业发展规范，符合地区和企业的发展规划，有利于推动地区经济和社会发展。
（3）该项目是一个资源循环、梯级利用的环境友好型项目，项目实施后可大幅降低企业生产系统的资源能源消耗和污染物排放负荷，既为企业创造显著经济效益，又减少对环境造成的污染。
参考文献
[1]乔建芬，郭朝华.SO3磺化工艺过程废热回收技术进展[J].化工时刊，2012（3）：41-44.
[2]GB/T2589-2008，综合能耗计算通则[S].北京：中国标准出版社，2008.
[3]GB17167-2006，用能单位能源计量器具配备和管理通则[S].北京：中国标准出版社，2006.
[4]国家发展改革委，财政部.节能项目节能量审核指南[EB/OL].http：//bgt.ndrc.gov.cn/zcfb/200804/W020120820340317806456，2008.
燃气锅炉余热回收改造 篇3
排烟热损失是锅炉机组中最大的热损失 (一般为5%~12%) , 排烟温度越高, 则排烟热损失就越大。对地处干燥地区的燃煤锅炉来说, 夏季环境温度常在35℃以上, 而锅炉排烟温度却达到了165℃以上, 高温严重威胁着脱硫设施的安全运行。较高的排烟温度对大部分电厂采用的石灰石-石膏湿法脱硫系统而言, 需要在喷淋吸收塔内采用大量的工艺水来降温, 最终将烟气温度平衡在50℃左右后排放。这部分热量对脱硫系统来说不起任何作用, 同时, 还会导致脱硫效率较低。资料显示, 当吸收塔入口烟气温度降低6~10℃时, 脱硫效率能提高1%~2%.但是, 降低排烟温度则会受锅炉受热面金属消耗、通风阻力、风机电耗和尾部受热面低温腐蚀等因素的影响。同时, 由于排放的烟气含湿量较大, 在环境温度较低且湿度较大时, 就会在烟囱周围产生“石膏雨”, 严重影响厂区的文明生产。针对以上情况, 通过对燃煤锅炉烟气余热回收设备进行节能改造, 可以明显减少因蒸发而导致的排放烟气含湿量, 有效减少了湿烟囱周围的“石膏雨”, 有较为明显的经济效益和社会环保效益。
2 烟气余热回收设备改造
2.1 烟气余热回收设备改造的必要性
目前, 火电机组热损失主要有两部分: (1) 汽轮机系统的排汽冷凝热损失。从热力循环上看, 对凝汽式机组而言, 这项热损失是无法避免的。 (2) 锅炉的热损失。随着科技的发展和电力技术的进步, 尽管电站锅炉的经济性得到了很大提高, 但是, 国内外许多电站锅炉依然普遍存在排烟温度偏高、排烟热损失偏大、风机功耗大等问题, 严重影响了锅炉运行的经济性。其中, 排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项, 一般为5%~12%, 占锅炉热损失的60%~70%.影响排烟热损失的主要因素是排烟温度, 一般情况下, 排烟温度每增加10℃, 排烟热损失会增大0.6%~1.0%, 相应地就会多耗煤1.2%~2.4%.如果以燃用热值为20 000 k J/kg煤的480 t/h超高压锅炉为例, 则每年可多消耗数万吨动力用煤。
2.2 烟气余热回收设备概况
烟气余热回收设备实际上是一个管式的烟气-水换热器, 布置在引风机出口至吸收塔入口的烟道中, 用来吸收机组的排烟热损失。烟气余热回收设备循环水来自汽轮机热力系统的低压加热器, 在换热器中吸收排烟热量, 用来降低排烟温度, 同时代替部分低压加热器的作用, 用来减少部分汽轮机的回热抽汽。在汽轮机进汽量不变的情况下, 该部分抽汽将从抽汽口返回汽轮机下一级进一步做功, 如此可以降低煤耗。
3 电厂机组热力系统简介
某电厂采用容量为300 MW机组, 锅炉为1台480 t/h热电联产环保型循环流化床锅炉, 全年运行时间7 640 h。锅炉形式为超高压中间再热、自然循环、单汽包循环流化床。设计排烟温度为136℃, 实际年平均排烟温度为156℃, 最高温度可达175℃。该电厂脱硫岛采用两炉一塔的设计, 不设烟气换热器 (GGH) 的石灰石-石膏湿法脱硫系统。每台锅炉从引风机后的总烟道上引出烟气, 通过增压风机升压, 升压后的烟气进入吸收塔并在吸收塔内脱硫净化, 经除雾器除去水雾后经烟囱排入大气。
4 烟气余热回收设备改造注意事项
4.1 确定冷端金属壁温
为了防止烟气余热回收设备腐蚀和积灰, 需要确定一个安全的控制温度。在正常运行过程中, 烟气余热回收设备的金属壁温必须高于酸露点, 否则, 极易出现金属腐蚀和积灰的现象。
根据有关公式初步确定烟气低温腐蚀的露点温度为83℃。因此, 将烟气余热回收设备冷端金属壁温控制在90℃是安全的。
4.2 换热器传热管防堵灰措施
锅炉烟气中的灰尘不仅会污染传热管表面, 影响传热效率, 严重时还会堵塞烟气流动通道, 增大烟气流动阻力, 甚至会影响锅炉的安全运行。在这种情况下, 不得不停机清灰。为此, 采取如下措施以防止堵灰: (1) 将烟气余热回收设备全部布置于静电除尘器后, 由于烟气介质清洁, 可以有效防止换热器的堵灰和磨损。 (2) 当传热管金属温度高于烟气酸露点温度时, 传热管上不会出现水结露, 传热管上的积灰为干灰, 此时, 可采用吹灰器定时吹灰。在换热器结构设计中, 不会设置大量积灰源, 保证吹灰器能吹到所有的管束, 不留吹灰死角;保证传热管积灰程度在允许的范围内, 使烟气流动阻力的增大幅度和传热能力的降低幅度都在允许范围内。 (3) 选择合适的烟气流速。选择合适的烟气流动速度能使换热管具有自清灰功能。一般说来, 换热管自清灰的风速应高于12 m/s。
4.3 烟气余热回收设备形式的选择
烟气余热回收设备布置在脱硫塔入口。烟气余热回收设备采用管—壳式烟气—水换热器, 壳侧为烟气通道, 管侧为凝结水通道。烟气余热回收设备传热管有光管和高频焊高效翅片管2种, 采用高频焊翅片管可以强化传热且能减轻低温腐蚀, 但翅片管表面易积灰。当冷端金属壁温低于烟气露点温度产生湿灰时, 积灰不易清理。采用传热光管, 其传热效果不如高频翅片管, 但传热管表面黏结湿灰后较容易清除, 可以保证设备的运行安全, 所以, 换热器传热管形式应根据设备的具体运行条件选择。
5 烟气余热回收设备改造节能效果分析
有人认为, 把烟气余热输入回热系统中会排挤部分抽汽, 导致热力循环效率降低;被排挤的部分抽汽会增加凝汽器的排汽量, 使汽轮机真空度有所下降。这两点对于烟气余热回收设备来说, 是节能的主要问题所在。
实际上, 增设烟气余热回收设备后, 大量烟气余热进入回热系统, 这是在没有增加锅炉燃料量的前提下获得的额外热量, 必然会以一定的效率转变为电功。这个新增功量要远远大于排挤抽汽和汽轮机真空度微降所引起的功量损失, 所以, 机组经济性无例外, 都是提高的。
通过烟气余热回收设备改造前后TRL工况经济指标对比 (出口烟温110℃) 可以看出, 改造后的烟气余热回收设备可使供电煤耗率降低4.2 g/k W·h, 如果机组年利用小时数按7 640 h计算, 可节约标准煤8 663 t。按照每吨标煤单价160元计算, 可节约生产成本138.608 0万元。
6 改造后效果
锅炉改造后, 其使用效果主要体现在两方面: (1) 锅炉烟气余热回收设备全组投运后, 使锅炉排烟温度从175℃降低到110℃左右。利用这部分烟气余热, 既能达到较好的脱硫效果, 又可以使每台机组的发电煤耗降低4.2 g/k W·h。同时, 加装烟气余热回收设备后, 会产生较好的经济效益。 (2) 吸收塔入口烟气温度同比降低了50℃, 使吸收塔内蒸发水量减少了43.13 t/h, 湿烟气的流量减少了12%左右, 烟气流速降低了2.29 m/s。烟气的携带动能大大减小, 大大减轻了排放烟气中的石膏含量, 有效减少了“石膏雨”现象。
7 结束语
总之, 燃煤锅炉是发电厂的重要设备, 在现今讲究低耗环保的新理念下, 必须积极研究燃煤锅炉的使用方法, 通过新的研究理念, 不断实践, 从而实现节能减排的目标, 降低能源消耗, 减少环境污染。
参考文献
[1]赵耀武.优化锅炉结构实现节能运行[J].中国建设信息供热制冷, 2008 (07) .
燃气锅炉余热回收改造 篇4
1 余热回收锅炉的构造及工作原理
构造:余热回收锅炉由外壳、上下管板、上下封头、换热排管、烟气进出口接头、循环水进出口接头及安全附件 (如安全阀、压力表、温度计等) 等组成。
工作原理:冷却带的高温烟气由离心式抽热风机提供输送动力, 经冷却带抽热支管道进入余热回收锅炉的进气口, 再经余热回收锅炉内的换热排管换热降温后到达烟气出口, 降温后的烟气进入主抽热管道, 最后通过抽热风机送入干燥窑对砖坯进行干燥;低温的循环水由循环给水泵供给, 经给水管道进入余热回收锅炉进水口, 再经余热回收锅炉内换热排管外部的储水空间到达出水口, 高温烟气与低温循环水在换热排管内外通过对流换热的方式将热量传递给循环水, 使循环水的温度升高, 加热后的循环水经出水管道进入集热水箱, 最后再由集热水箱向采暖系统、洗浴间或生产车间供热水, 达到余热供暖、洗浴及砖坯干燥等余热利用的目的。
2 余热回收锅炉的主要故障及排除方法
故障 (1) :余热回收锅炉不换热。
原因: (1) 余热回收锅炉热烟气进口闸板或出口闸板没有打开; (2) 冷却带取热点烟气温度过低或此处闸板没有打开。
处理方法: (1) 检查并打开余热回收锅炉热烟气进口闸板或出口闸板; (2) 将取热点提到冷却带烟气较高的位置或打开此处闸板。
故障 (2) :余热回收锅炉出水口水量小。
原因: (1) 循环给水泵故障; (2) 余热回收锅炉进水口阀门没有完全开启; (3) 余热回收锅炉内部结垢。
处理: (1) 检查循环给水泵出水量, 使循环给水泵修复正常; (2) 检查并完全开启余热回收锅炉进水口阀门; (3) 检查余热回收锅炉内部结垢情况, 发生结垢时用稀盐酸进行锅炉酸洗除垢。
故障 (3) :余热回收锅炉压力超高。
原因: (1) 安全阀锈蚀或卡死不起作用; (2) 余热回收锅炉出水口或出水管道堵塞; (3) 余热回收锅炉内部结垢严重。
处理:发生余热回收锅炉压力超高故障时, 必须先关闭余热回收锅炉热烟气进、出口闸板, 然后再检查处理: (1) 更换损坏的安全阀; (2) 检查清除余热回收锅炉出水口堵塞物或更换出水管道; (3) 停止余热回收锅炉运行, 用稀盐酸进行锅炉酸洗除垢。
故障 (4) :余热回收锅炉烟气通道有水流出。
原因: (1) 余热回收锅炉内换热排管破损漏水; (2) 余热回收锅炉上、下管板破损漏水。
处理: (1) 采用封堵、更换或套入小于换热排管内径的管子等方式处理; (2) 采用焊补的方式进行修复。
燃气发动机废气余热的回收利用 篇5
1 发动机废气余热回收利用技术及应用
燃气发动机废气余热回收利用技术是通过余热回收设备将发动机尾气所含的热量进行回收,将其变为可用能源,实现变废为宝的一种手段,是提高能源利用率、降低生产成本、保护环境最直接、经济的渠道之一。虽然我国对废气余热回收技术的研究起步相对较晚,但国内也已经有相当多的企业机构进行了废气余热回收设备的研发,很多已在能源、化工等领域进行了实践应用。
目前,发动机废气余热回收利用技术主要有以下几种应用:
1)通过废气涡轮将能量输出,从而提供动力。主要是通过涡轮来带动其他设备,从而实现能量的转移。应用较多的是通过增压涡轮对发动机的进气进行增压,借助废气中的一部分能量来提高发动机的进气压力,以改善发动机的动力性和经济性,同时减少废气热量的排放。目前,该技术在工业用活塞发动机以及在汽车上都已经得到了应用。
2)利用发动机废气余热进行发电。一种方法是利用废气余热将水加热成为高温高压蒸汽推动汽轮机做功,带动发电机发电;另一种方法是利用温差发电技术进行发电。温差发电是利用两种连接起来的导电体或半导体的塞贝克效应(Seebeck Effect),将热能转换成电能的一种技术。温差发电技术利用率较低,其能量转换效率低,所用热电转换材料昂贵,成本极高。对内燃机电站废气进行温差发电的研究表明,对于一个10 MW的机组,排气温度为370℃,烟气流量60 000 m3/h,采用温差发电扣除掉维持系统自身运行的冷却水泵消耗功率后可以得到160 k W的功率,转换效率为3.88%[1]。温差发电技术在国外有广泛的研究,国内研究不多,技术应用不够成熟,主要应用于航天、军事和远洋探索等领域。
3)利用发动机废气余热制冷。主要有吸收式制冷和吸附式制冷两种:吸收式制冷是利用废气余热作为完成制冷循环的动力;吸附式制冷是利用某些物质在一定温度、压力下能吸附某种气体或水蒸气,在另一种温度及压力下又能把它释放出来的特性来实现制冷。相比之下,吸收式制冷的热利用率相对较高,但结构复杂,造价高;吸附式制冷结构简单,造价低,但热利用率相对较低。
4)对发动机废气余热进行回收,为其他介质获取所需热源,主要是通过换热设备将废气的余热转换成其他介质所需要的热量,如目前利用率较高的获取蒸汽、热水等,以供生活用热水、采暖等,在石油行业还可以对原油等工艺介质进行加热。
2 燃气发动机废气余热的回收利用
冀东油田油气集输公司高尚堡油气处理厂有4台由燃气发动机驱动的天然气压缩机,发动机额定功率为858 k W,额定排量约为95 L,燃料气为天然气,采用废气涡轮增压的进气方式,运行方式为两用两备。正常运行时单台发动机的排气量约为2 400 m3/h,涡轮后排气温度在600℃左右。
为了充分利用燃气发动机的废气余热,在发动机排气管上设计并安装一套余热回收装置,为工作区域提供热水。安装余热回收系统后,发动机的排气温度明显降低,在合理利用废气余热的同时,实现了节能减排的目的。
2.1 废气余热回收前的热量
根据热量计算公式可计算出发动机废气所含的总热量
式中:
Qy——废气中的总热量,k J/h;
Vy——尾气量,m3/h;
Cy——尾气平均定压比热容,k J/(m3·℃);
Ty——尾气温度,℃。
1台引擎所排放废气中的总热量
如果用工业锅炉来提供这些热量,则需要1台热效率为80%、热负荷约为62×104kcal/h的工业锅炉才能实现。
2.2 回收废气余热提供热水
余热回收系统利用换热器对水加热,产生的热水供生产及生活使用。余热回收系统主要由换热器、调节阀门、仪表、输水管线等组成,其主要流程如图1所示。
换热器装在废气涡轮后消声器前的排气管上,并设置换热器旁通,旁通上安装了一个调节阀,换热器的出水温度可以通过旁通阀来灵活调节,经旁通阀调节后可实现以下3种工况:
1)调节阀全关,废气全部进入换热器,然后进入消声器排空。
2)调节阀部分开启,部分废气进入换热器,另一部分走旁通,最后全部经过消声器排空。
3)调节阀全开,废气不经换热器直接进入消声器排空,换热器不工作。
2.3 实际可回收的热量
当旁通调节阀全关,废气全部通过换热器时,进水温度为20℃,出水温度达到90℃,经换热器换热后的废气温度约为200℃。
1台发动机可回收的最大废气热量
因此,废气总热量的70%左右得到了回收利用,利用率较高。
2.4 可供热水量
回收1台发动机的废气热量,每小时可提供的热水量
目前,在2台燃气发动机同时运行状态下,余热回收系统可以提供90℃热水量为9.6 m3/h,这些热水全部作为工业生活用水。如果按每人0.5 m3/d的耗水量估算,可供近500人的日常使用。
3 效益分析
将2台燃气发动机的可回收利用废气热量折算成天然气锅炉产生的热量,燃气锅炉的热效率按80%,天然气的热值按8 500 kcal/m3计算,则回收的热量相当于每月节省天然气:
天然气的价格按2元/m3计算,若不计成本,相当于每月节约费用14.2万元。可见,对燃气发动机的废气余热进行回收能带来显著的经济效益。
通过对燃气发动机废气余热进行回收,一方面可以减少废气热量的排放,达到节能减排的目的,对环境起到保护作用;另一方面,还能为生产生活提供热源,创造显著的经济效益。
4 推广应用
燃气发动机废气余热除了可回收用为生产生活提供热水外,还可为生产工艺的用热环节供热,如对导热油、原油等介质进行加热,从而减轻加热炉的运行负荷,节约燃料。
以加热合成导热油为例,用1台燃气发动机的废气余热将流量为20 m3/h、温度为160℃的导热油进行加热,合成导热油的密度1 005 kg/m3,比热2.55 kJ/(kg·℃),则根据公式(3)可算出升高的温度为27℃,可以代替1台小型锅炉。
另外,在使用发动机作为动力源的地方,如CNG加气站、海上人工岛、海上作业平台等都可以将废气余热进行回收,用作生活热源或工业热源。
5 结论
1)利用余热回收系统对燃气发动机废气余热进行合理的回收利用从而为生产、生活所用,在技术上是可行的,并可根据实际需要进行合理利用。
2)对燃气发动机废气余热进行回收利用,能创造较大的经济效益,同时能达到节能减排的目的,起到保护环境的作用。
3)发动机废气余热回收利用技术的推广应用范围广阔。
参考文献
[1]张腾,张征.温差发电技术及其一些应用[J].能源技术,2009,30(1):35-39.
燃气锅炉余热回收改造 篇6
锅炉余热资源的回收利用是节约能源的重要措施, 工业锅炉排烟余热所占锅炉热量的比重较大, 尤其对于燃气锅炉。在天然气锅炉热损失中, 主要为排烟热损失。通常燃气锅炉的排烟温度较高, 一般在160~240℃。烟气中含大量过热态水蒸气, 是烟气热量的主要携带者, 约为55%~75%。天然气锅炉尾部增设烟气冷凝换热装置, 可回收利用排烟显热与烟气凝结潜热, 并减少有害气体排放量, 烟气冷凝水可经简单处理后回收利用。
烟气凝结换热包括水蒸气凝结和烟气中的不凝结气体对流换热2个过程。烟气在流经换热器时, 由于水蒸气的凝结造成了烟气的组成成分发生变化, 使得换热过程比较复杂。当冷凝换热器的表面温度低于水蒸气露点温度时, 烟气中水蒸气释放潜热后, 开始凝结, 换热器表面形成凝结液膜包围, 同时在该液膜外还存在一层不凝结气体。
烟气冷凝热能回收利用装置集成了防腐技术与传热传质强化技术等多项关键技术, 可使热能回收装置耐腐蚀、高效紧凑、流动阻力小、全寿命周期废弃物少, 可以适应我国天然气高效利用和节能减排的迫切需要。
1 园区锅炉机组概况
北京三元食品工业园共配置4台燃气锅炉, 2台20t/h (带省煤器) 、1台10t/h和1台8t/h燃气蒸汽锅炉, 提供工业园的生产和供暖用热。20t/h锅炉经省煤器后排烟温度仍有150℃, 10t/h和8t/h锅炉的排烟温度在230℃左右, 锅炉运行中排出了大量的高温烟气, 因此有很多的热量没有得到有效利用就排到大气中, 包括烟气余热及水蒸气的凝结热 (即汽化潜热) , 浪费了大量的能源, 又污染了环境。
经现场勘查, 锅炉房现场具备安装施工的条件, 适合采用热交换技术, 不改变余热能量形式, 只是通过换热设备将余热能量直接传递给自身工艺的耗能流程, 降低一次能源消耗, 这是回收工业余热最直接、效率较高的经济方法。
2 烟气余热回收技术方案设计
针对园区锅炉的实际情况设计采用加设余热回收器, 利用余热回收器将热量回收, 回收的热量用于提高锅炉的给水温度, 从而节约能源, 减少高温烟气对环境的污染。
由于8t/h锅炉没有足够的空间加装余热回收器, 故设计只在20t/h和10t/h的锅炉的出烟口处安装1台烟气余热回收器, 其中20t/h锅炉的出口处安装ZCRH-20-Q/S, 通过加装2台循环泵将软化水箱中的软化水循环通过烟气余热回收器, 加热锅炉补水;10t/h锅炉的出口处安装ZCRH-10-Q/S, 通过加装2台循环泵将生活水箱中的水循环通过烟气余热回收器, 加热生活用水。锅炉余热回收系统原理图如图1所示。
余热回收器的设计参数为:余热回收器后的排烟温度降至50℃左右;热能利用率提高7%~11%;ZCRH-20-Q/S的长、宽、高分别为1.7m、1.7m、1.8m;ZCRH-10-Q/S的长、宽、高分别为1.4m、1.4m、1.8m;为解决烟气对余热回收器腐蚀的问题, 回收器的材质采用ND钢。
3 烟气余热回收系统低碳效果分析
烟气余热回收系统的回收器及相应水箱实物图如图2所示。
3.1 节能效果估算分析
1) 20t/h蒸汽锅炉。
燃气消耗量q=1447m3/h, 排烟温度150℃, 经过烟气余热回收器后排烟温度为50℃。此时, 烟气中的比显热γ=13.35k J/ (m3·℃) , 排烟中的水蒸气的焓值hb=2373k J/kg, 根据测试和计算, 燃气燃烧后烟气中的水分含量x约为40%, 烟气实际压力下的水蒸气密度ρ=1.58kg/m3。
每小时烟气中回收的热量为:
式中:Q显—排烟中的水蒸气潜热;
Q潜—烟气中的显热。
代入数据, 得Q回收=4100798k J, 相当于节约燃气量113.9m3, 因此烟气余热回收器的节能率约为7.8%。
2) 10t/h蒸汽锅炉。
燃气消耗量q=750m3/h, 排烟温度为230℃, 经过烟气余热回收器后排烟温度为50℃。其他参数与20t/h锅炉相同。则每小时烟气中回收的热量2927052k J, 相当于燃气量81.3m3。
因此, 该烟气余热回收器的节能率约为10.8%。
3.2 烟气余热回收系统低碳效果测试分析
完成余热回收系统改造后, 对20t/h蒸汽锅炉的节能效率进行了测试验证, 测试依据为《工业锅炉热工性能试验规程》 (GB/T10180-2003) [1]、《设备热效率计算通则》 (GB2588-2000) 。锅炉效率测试数据如表1所示。根据测试的结果, 查表得到的锅炉效率参数如表2所示。
采用正平衡法[2,3]对改造后的锅炉效率进行计算, 有:
式中:D—锅炉实际蒸发量;
h蒸汽—锅炉出口蒸汽焓;
h给水—锅炉进口给水焓;
B—天然气耗量;
Qdw—天燃气的低位发热量。
带入数值后计算得到η=91.4%。根据三元食品工业园原有的锅炉测试报告, 该台锅炉未加装余热回收器的锅炉效率η'=82.28%, 因此加装余热回收器后, 该锅炉效率提高了9.12%。
该烟气余热回收器单位时间回收的热量为:
带入数据, 得Q回收=1618176k J/h。对于10t/h的锅炉, 出口烟气约为230℃, 烟气含热量更大, 因此烟气余热回收器节能效果理论上会高于20t/h锅炉的节能效果。在实际使用中, 20t/h锅炉和10t/h锅炉交替工作, 全天工作约16h, 每年工作300d, 因此可按照20t/h锅炉的余热回收器回收的热量来保守的估算全年回收利用的烟气热量。则Qtotal'=7.77×106MJ, 相当于约265吨标煤或21.6万m3天然气。
烟气余热回收器寿命期内环保减排CO2的计算式为:
式中:QCO2—余热回收器寿命期内减排二氧化碳减排量, kg;
Qtotal'—余热回收器年回收利用的热量, MJ;
n—系统寿命, 取n=15a;
FCO2—二氧化碳排放因子, 取FCO2=0.866;
W—标准煤热值, 取W=29.308MJ/kg;
Eff—常规能源水加热效率, 取Eff=90%。
代入数据, 可得QCO2=14030t。
4 结语
三元食品工业园设计的锅炉蒸汽余热回收方案技术可行、实施方便, 系统投入运行以来, 各设备及装置运行正常, 年可节约天然气约21.6万m3, 该系统不仅回收了大量的余热并得到了有效利用, 同时也减少高温烟气的直接排放带来的环境污染, 取得了良好的经济效益和环境效益。
参考文献
[1]GB/T 10180-2003, 工业锅炉热工性能试验规程[S].
[2]齐国利, 管坚, 冷浩.工业锅炉定型产品热效率测试方法探讨[J].节能技术, 2013, 13 (2) :120-122.
热回收塔改造,回收化灰余热 篇7
关键词：电石渣浆,灰乳,压滤来液,热回收塔
在纯碱生产中, 石灰车间化灰工序是将石灰石煅烧工序制得的生石灰与温水在化灰机内混合进行消化反应, 制备合格的灰乳, 供蒸馏回收氨及盐水除镁。发生反应如下:
以上可以看出, 石灰消化时放出大量的热, 但石灰消化产生的热量约有一半未被利用, 以热量损失及排气的形式放出, 排气温度在80℃~95℃, 排气中含水蒸汽60%~80%, 因此可利用这部分废汽加热化灰用水。构想将低温的杂水以及压滤来液打入热回收塔内与化灰机内石灰消化产生的蒸汽进行逆流热交换, 充分利用化灰机本身的消化热来提高化灰水温, 降低石灰石消耗, 减少废气外排。因此对热回收塔进行改型, 在原有的热回收塔内加装喷头、气液分离装置、集液槽等, 通过预热化灰用水来达到热量回收的目的。热回收塔原设计有蒸汽回收装置, 由于原来没有使用电石渣浆, 加灰量较大, 经常造成热回收塔内部构件结疤严重, 同时造成化灰机内部憋压, 影响正常化灰。我公司投产初期已将热回收塔内部构件全部拆除, 这些热量全部排空。电石渣浆于2006年开始用于纯碱生产, 电石渣浆是氯碱公司电石水解后的副产品, 其主要成分是Ca (OH) 2, 另外含有少量的乙炔气体和Mg (OH) 2及未反应完全的碳化钙等。我们使用电石渣浆中的Ca (OH) 2补充到灰乳中, 可一定程度上降低石灰窑负荷, 保证石灰窑工艺状况稳定, 同时降低了蒸氨工序蒸汽消耗。
1 项目背景
在化灰系统中化灰用水温度高, 可使反应速度加快, 石灰粒子爆发, 分散程度大, 使石灰消化完全。同时制得的灰乳粒子细腻、粘稠性好、分散均匀、不易沉淀, 有利于蒸氨。因此化灰水温是化灰操作的重要控制要素, 一般化灰用水的温度控制在50℃~60℃范围内。我车间的化灰用水主要来自三部分, 压滤来液 (氯碱电石渣浆经化渣后) 、氧化塘回水 (我公司回收的污水) 及化灰做卫生收集的各种杂水。在5月到9月气温高时混合后的化灰水温能达到50℃以上, 能够满足生产要求。但是进入10月到来年4月气温较低时或氯碱减量时化灰水温较低, 一般在30℃~40℃之间, 严重影响石灰的消化和化灰机的生产能力。所以提高化灰用水水温成为化灰操作的重要控制要素。
2 工艺流程设计
电石渣浆由氯碱公司送到减排车间化渣工序后, 经化渣机消化电石灰后称为压滤来液送到石灰车间, 进入化灰机作为化灰水, 化灰工序在正常情况下全部使用压滤来液化灰 (包括30~35 m3/h的杂水。不够用时使用部分氧化塘水) 。化灰机产生的蒸汽经热回收塔排出, 我们构想将压滤来液引入热回收塔, 在热回收塔中进行压滤来液和化灰蒸汽的换热。
2.1 设计注意事项
(1) 压滤来液和化灰蒸汽在热回收塔中换热, 势必增加蒸汽排放的阻力, 同时使化灰机内压力增高, 影响化灰机的生产能力。
(2) 化灰机内压力增高, 还有可能造成化灰机机头冒灰粉, 影响环境。
2.2 综合以上主要影响因素, 我们将热回收塔进行了改造
(1) 热回收塔进行适当改造:直径适当加大 (约2800 mm) , 以增加收液槽流通面积 (由现宽320 mm增加至470 mm) 。下部略微降低 (1000 mm) , 上部适当增加 (2000 mm) 。水槽深度适当增加450 mm。
(2) 压滤来液每小时300~350 m3/h, 管径为Dg250, 我们设计从热回收塔上部进入, 为了能使汽液比较充分接触, 将热回收塔的进水分成三层, 最上边进入杂水, 中间和下部进压滤来液, 这样用高温液体吸收高温气体, 低温液体吸收低温气体以提高传热效率。每层设8个喷嘴, 均布塔内, 上层使用DN40管, 中下层用DN80管, 喷嘴采用电除尘塔喷水装置所用结构, 以防堵塞喷嘴。在同一平面内喷嘴分布在直径不同的圆上。
(3) 下部为集液区设计了三层菌帽, 成伞型结构, 三层进气帽边沿可做成锯齿状, 以增加接触面积。整体高度增加1000 mm左右, 保证蒸汽通道的畅通。下降的液体落到菌帽上后顺流流入与筒体连接的集液槽, 少量液体与蒸汽换热后直接落入集液槽。集液槽处筒体外部设有两条Dg500的出液管线, 换热后液体经集液槽、出液管线导出后与化灰机进水管 (竖管) 相接。进入化灰机作为化灰水用。
(4) 为了防止化灰机憋压造成机头冒灰, 在进液管线与出液管线之间设计了一条Dg200的回流装置, 由气动调节阀控制, 根据进液、出液温度、化灰机内部压力随时调节进塔流量。
(5) 我们在压滤来液量较小的情况下, 使用一部分氧化塘水 (我公司回收的污水) , 温度较低, 将这一部分水也引入脱硫塔换热。另外, 根据清理检修的需要, 现有平台加高两层。上部增加两个清理孔。
(6) 为了保证化灰机头不冒灰, 我们在化灰机头加灰机罩子处增加了排气囱, 采用Dg300的管线接到斗提机顶部, 约15 m, 保证一定的真空度;管内增加喷淋装置, 将排气中的灰粉洗涤回收。另外, 在加灰机加灰口和化灰机内部增加了两层密封装置, 保证无粉尘外溢, 影响环境。
3 应用情况
燃气锅炉余热回收改造 篇8
我国烧锅炉是工业发展、生存取暖、生活用电等不可或缺的方式, 然而不论是工业锅炉、烧煤锅炉还是电站锅炉, 其烟气排放都带走大量热量。研究表明, 烟气温度每降低15-20℃可以提高锅炉热效率1%。因此, 降低锅炉烟气温度既节能又环保。
2. 锅炉烟气余热回收技术
锅炉烟气余热回收装置安装在锅炉与排烟管道间, 将锅炉烟气余热进行回收再利用, 可用于多种用途, 例如:生活中的木地板取暖、加热生活用水等。此法既可以减少热能损失, 又可减少颗粒物排放, 从而减少成本, 保护空气。
2.1 常规的锅炉烟气余热回收装置
常规烟气余热回收装置在一定程度上可以达到回收热能、减少排烟量的作用, 但降低烟气温度的幅度并不理想, 节能减排效果一般。并且这些装置体积大、易被腐蚀, 不是可选择的最好装置, 有待被改进, 或被创新型高效余热回收装置所替代。
2.2 热管式换热器烟气余热回收装置
将集中起来的一组热管放置于冷源、热源之间, 将热源区域的大量烟气连续不断的输送至冷源区域, 在这过程中, 便可达到烟气余热降温的效果, 这便是热管式换热器。实验表明, 排烟温度每降低10℃, 锅炉效率可提高0.5%-0.6%。
最常用的热管式换热器为烟气---水换热器, 将锅炉排出的烟气转换成热能输送到换热管, 与此同时, 换热管中的低温水在循环过程中与换热管壁发生冲击、对流, 吸收烟气中的热能。
热管换热器具有很多优点, 例如:结构较简单无噪音干扰, 避免造成太大外部性;具有较好输送热能的能力, 有效提高热能利用率;对层次较低设备的热能回收经济有效, 避免装置昂贵购置不起。
2.3 冷凝式锅炉
冷凝式锅炉是利用高效、环保的烟气冷凝余热回收装置来直接吸收锅炉烟气中的大量热量和间接吸收水蒸汽凝结所释放出来的潜热, 从而达到降低烟气温度, 提高热能利用的效果。冷凝式锅炉这种烟气回收装置可以把烟气中的大量热能回收, 进行再利用, 极大的增加了锅炉产热效率, 减少了能耗损失, 节约了经济。
3. 锅炉烟气余热回收技术的应用
3.1 热管式换热器的应用
鉴于热管式换热器具有文中所述等优点, 适宜被应用于烟气余热的回收中, 例如应用于石油工业、电站行业、氮肥行业等。在应用中应注意以下技术要点:一、为防止换热器在工作中阻碍烟气流通而影响锅炉产热效率, 应适当加大换热器热管的横截面积, 以防热管被颗粒物粘附使之横截面积变小甚至发生堵塞, 发生爆炸等安全问题。二、注意换热器的检查修理问题, 锅炉燃烧产生烟气, 长期会在换热器热管外壁附着尘灰, 影响换热器的换热效率。三、防止气体在热管内结垢现象的发生。由于换热器工作要点是烟气与水在交换器热管内交换而降温烟气, 在冲击过程中水对烟气的冲撞浸泡作用力会使烟气中的颗粒物附着热管内壁, 水中矿物质也可能粘贴于热管内壁, 从而发生热能回收的低效率, 因此, 应多加防范。
邢台职业技术学院供学生生活用蒸汽锅炉的烟气余热回收项目便取得了极大的成功。运行一个月后, 所有数据均达到预期标准, 烟气平均降低50℃左右, 一年可产生60℃热水约27830t, 实际回收热量5.24×10∧9k J, 锅炉效率提高2.1%。经过推算, 该项目运行1年可节省蒸汽2440t, 可节省原煤824.7t, 直接经济效益为481900元。
3.2 冷凝式锅炉的应用
烟气冷凝热回收装置有多种应用方法:一、直接加热供热系统。这种方法要求在锅炉的尾部安装烟气冷凝热回收装置, 实施锅炉房改造简单、改造成本低廉。二、加热生活热水或低要求工业生产用水等。这种方法将水箱、冷凝热回收装置等连接在一起, 形成一个完整的循环系统, 经过该装置加热的热水可用作生活用水或者低要求的生产用水。三、该装置与木地板供热系统连接在一起共同进行。当该装置从烟气中回收的热能可以满足地板供暖的要求时, 便可直接使用该热能, 当该方法提供热能不足时, 由正式供暖系统额外补充。
冷凝式锅炉的使用还可以有效的去除燃料燃烧产生的大量CO2、NOx和少量的SO2, 这些物质排放到大气, 会引起温室效应和酸雨的产生, 对环境产生破坏作用。冷凝锅炉在冷凝烟气中水蒸汽的同时, 利用一些化学反应可以很方便的除掉这些气体, 其反应原理为:4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O和6NO2+8NH3=7N2+12H2O。这种选择性催化还原法由两大主体组成:氮氧化物脱除剂制备系统、反应器。通过向反应器内喷入反应剂NH3将NO还原为氮气。
4. 结语
目前所采用的锅炉烟气回收装置基本都是在锅炉与烟气最终排放管道之间安装, 这种方式无疑都会产生装置内堵塞烟气中颗粒物的危险, 产生安全隐患。在现有技术的基础上, 有必要对各种装置进行创新改造, 使其更符合节能减排的要求。
参考文献
[1]田靖, 肖益民.浅谈锅炉烟气余热回收技术及其工程应用[J].制冷与空调 (四川) , 2013, 06:552-555.
[2]富春光.锅炉烟气余热回收技术的应用探讨[J].热电技术, 2012, 02:5-9.