wns型鍋爐煙管傳熱改造及節(jié)能減排

wns型鍋爐煙管傳熱改造及節(jié)能減排

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和環(huán)境因素的提高，燃料燃氣灶在大城市的使用越來越受到關(guān)注。國務(wù)院《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》,要求大幅度提高能源利用效率,顯著減少污染物排放,確保到2015年實現(xiàn)單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2010年下降16%,化學(xué)需氧量、二氧化硫排放總量減少8%,氨氮、氮氧化物排放總量減少10%的約束性目標?，F(xiàn)我國是石油的進口國,石油、天然氣又是非常寶貴的潔凈燃料,提高鍋爐熱效率,節(jié)約能源則是國家和歷史賦予我們的責(zé)任。1燃油燃氣工業(yè)鍋爐(1)據(jù)電器工業(yè)協(xié)會工業(yè)鍋爐分會統(tǒng)計,我國現(xiàn)有工業(yè)鍋爐約57萬臺,200萬蒸t,其中,燃油燃氣蒸汽鍋爐約17.1萬臺,容量約35萬蒸t。按年運行3000h,每蒸噸每小時耗油66kg,全年要消耗燃油約6930萬t。據(jù)2011年統(tǒng)計,廣東省現(xiàn)有工業(yè)鍋爐48552臺,工業(yè)鍋爐總?cè)萘?6908MW,其中,燃油燃氣工業(yè)鍋爐6149臺,若按平均單臺容量2MW計約合12298MW或17525蒸t,每年消耗燃油約347萬t。燃油燃氣工業(yè)鍋爐在我國繼續(xù)保持增長趨勢,且單機容量已超過100t/h(70MW)。(2)我國在2011年以前出廠的燃油燃氣蒸汽鍋爐一般不帶尾部受熱面,排煙溫度約在220℃~260℃左右,鍋爐效率一般在88%~90%左右。若在鍋爐尾部配上節(jié)能器和對鍋爐及系統(tǒng)進行一些改造,可將鍋爐的熱效率提高2%~5%。2提高鍋爐的生產(chǎn)率2.1在管道內(nèi)加“擾流子”市場上WNS型鍋殼式鍋爐的煙管有兩種:一種是光管;另一種是螺紋煙管。如圖1所示,螺紋煙管是在機床上外壓螺旋凹槽在管內(nèi)形成螺旋凸緣,旨在破壞管內(nèi)煙氣流動“層流邊界”提高煙管的傳熱效率(實踐證明,螺旋凸緣高度=2的時候放熱系數(shù)α達到最大值,螺旋節(jié)距對放熱系數(shù)α影響相對較小)。但不少螺紋煙管由于工藝上的原故,在管內(nèi)形成的凸緣高度不夠,不足以擾流或破壞層流邊界,故傳熱效果不明顯。對于上述兩種情況的煙管可以在管內(nèi)加“擾流子”。(1)緊貼管孔內(nèi)插螺旋彈簧絲勾住管頭兩端即可,即用直徑2mm不銹鋼絲,繞成螺距28mm彈簧絲。(2)緊貼管孔內(nèi)插波瀾形扁鋼。即用厚1~1.2mm不銹鋼板裁成寬度稍小于管內(nèi)徑的不銹鋼條(與煙管一樣長),每隔50mm扭一個角度(約1200)的“擾流子”插入管孔內(nèi)。上述兩種方法,運用在燃油燃氣鍋殼式蒸汽鍋爐上,可將排煙溫度降低30℃~50℃,提高效率約1.2%~2.0%。2.2燃油燃氣蒸汽鍋爐可提高鍋爐效率為在燃油燃氣蒸汽鍋爐尾部加節(jié)能器,將排煙溫度由220℃~260℃降到170℃~130℃左右(平均降90℃左右),如圖2所示,可提高鍋爐熱效率約3.6%。現(xiàn)在燃油燃氣蒸汽鍋爐采用的節(jié)能器一般為具有外螺旋擴展面的鍋爐鋼管和耐硫酸低溫露點腐蝕的ND鋼管,如圖3所示。這種節(jié)能器具有傳熱效果好、阻力低等優(yōu)點。除此之外,還有熱管節(jié)能器等,效果也很好。2.3凝結(jié)水的余熱利用如果鍋爐的排煙溫度降低到足夠低的水平,那么煙氣中呈過熱狀態(tài)的水蒸汽就會凝結(jié)而放出汽化潛熱。國內(nèi)、外把通過冷凝煙氣中的水蒸汽,使得其中的汽化潛熱得以利用的鍋爐稱為冷凝式鍋爐(condensingboiler)。燃料的熱值是指,一定量的燃料通過充分燃燒產(chǎn)生的熱量,一般通過彈式量熱儀(bombcalorimeter)進行測量,得出高位熱值和低位熱值。高位熱值包括了燃料中的內(nèi)在水分和氫燃燒生成的水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)水所產(chǎn)生的熱量(汽化潛熱簡稱潛熱)。低位熱值則不包括水蒸氣的凝結(jié)放熱。燃料中,水分含量越高,氫含量越高,兩個熱值之間的差異就越大。一般天然氣高位熱值和低位熱值相差4000kJ/m3,即1m3天然氣燃燒產(chǎn)生的水蒸氣要帶走的熱量約占高位熱值的10%。通常,鍋爐尾氣在超過100℃的溫度下,就離開鍋爐進入煙囪,這一溫度遠高于煙氣的露點,因此,這部分水蒸氣的凝結(jié)放熱就被浪費掉了。對一些所謂的清潔燃料,例如,天然氣或者木材燃料,可以通過將煙氣溫度降低到60℃以下,從而額外獲得11%~15%的熱量(顯熱和潛熱總和)。冷凝換熱溫度與熱量曲線,如圖4所示。在實踐中,一般將燃料的低位熱值作為分母來計算鍋爐效率,但是當(dāng)鍋爐采獲了水蒸氣凝結(jié)放熱時,得出的效率往往超過100%,當(dāng)然,這并不是意味著違反熱力學(xué)定律,而是為了便于鍋爐比較而采用的一種計算方法。由于凝結(jié)水的汽化潛熱得以回收利用,“鍋爐的熱效率”將大大提高,甚至按低位發(fā)熱量為基準計算的熱效率可能達到或超過100%。冷凝換熱回收的熱量普遍用于室內(nèi)采暖、游泳池、加熱工藝用水、紡織廠和食品廠需要的工藝熱水,最適合采用冷凝式換熱回收的熱量。冷凝換熱器的形式很多,一般分為接觸型換熱器和間壁式換熱器兩類。筆者所在公司燃氣蒸汽冷凝鍋爐和熱水冷凝鍋爐,是在燃氣蒸汽鍋爐和熱水鍋爐產(chǎn)品上加冷凝換熱器設(shè)計而成的,蒸汽鍋爐水系統(tǒng)示意圖,如圖5所示;熱水鍋爐水系統(tǒng)示意圖,如圖6所示。冷凝鍋爐的特點:(1)冷凝換熱器可以使鍋爐系統(tǒng)同時有高溫回路和低溫回路。低溫回路的20℃~45℃熱水用途不受限制,可用于生活和生產(chǎn)工藝用水,以滿足不同用戶的需求;(2)冷凝換熱器具有較高的換熱效果和較少的體積;(3)冷凝換熱器采用傳熱系數(shù)大、不結(jié)垢、重量輕的具有外擴張面的09CrCuSb(ND鋼)耐硫酸腐蝕冷凝換熱鋼管和純銅整體翼片內(nèi)螺紋換熱管;(4)適應(yīng)燃料:天燃氣。2.4建立蒸汽蓄熱器，提高鍋爐效率2.4.1個蓄熱器來調(diào)節(jié)對于鍋爐容量的選配,通常一般依據(jù)最大熱負荷確定鍋爐容量,熱負荷的波動通過鍋爐燃燒來調(diào)整,這樣鍋爐處于低負荷運行時,熱效率低。如鍋爐并聯(lián)一個蒸汽蓄熱器,只需按平均負荷選配鍋爐容量就可以了,其負荷波動用蓄熱器來調(diào)節(jié)。另外,生產(chǎn)發(fā)展需要鍋爐少量增容,增設(shè)蓄熱器可相應(yīng)滿足少量增容的要求,可取得綜合節(jié)能減排效果。2.4.2蓄熱器的蓄熱過程蓄熱器本體是一個圓柱形壓力容器,外壁敷保溫層。其內(nèi)裝有沖蒸汽的總管、支管與蒸汽噴頭,噴頭外圍裝有循環(huán)筒。外部裝設(shè)有壓力計、水位計和自動控制閥等。此外,還設(shè)有蒸汽進出口、進水管與底部排水口、人孔等。圖7為蓄熱器結(jié)構(gòu)與鍋爐并聯(lián)供汽圖。蒸汽蓄熱器并非儲汽罐,其容積的90%為飽和水,水上面為蒸汽空間。當(dāng)用汽負荷小于鍋爐蒸發(fā)量時,則多余的蒸汽按左側(cè)箭頭方向進行充熱,通過止回閥、截止閥,經(jīng)噴嘴擴散到水中,并凝結(jié)為高溫飽和水。同時釋放出熱量,水溫、水位和容器內(nèi)壓力升高,水的焓值便提高。這就是蓄熱器的充熱過程,最高壓力稱為充熱壓力。蓄熱器的蓄積能力,取決于飽和水的最高壓力和用汽部門的最低壓力之差,以及容器內(nèi)的飽和水總量。當(dāng)用汽負荷大于鍋爐蒸發(fā)量,不能滿足用戶要求時,送汽母管內(nèi)氣壓降低,蓄熱器內(nèi)壓力大于送汽母管中的壓力,于是蓄熱空間的蒸汽便立即頂開排汽閥、止回閥,沿右側(cè)箭頭方向流往熱用戶,以補充鍋爐供汽的不足,直到規(guī)定的放熱壓力為止。此時,容器內(nèi)飽和水的壓力、溫度降低,水位相應(yīng)下降,水的焓值也降低,這就是蓄熱器的放熱過程。2.4.3蓄熱器的應(yīng)用國內(nèi)外使用蓄熱器效果很好。對于用汽負荷波動較大的供熱系統(tǒng)、瞬時耗汽量有較大需求的供熱系統(tǒng)、汽源間歇產(chǎn)生或流量波動大的供熱系統(tǒng),需要儲存蒸汽以備隨時需要或設(shè)備保溫的供熱系統(tǒng)等,都可增設(shè)蓄熱器。如木材干餾、蒸汽鍛造、蒸汽噴射制冷、高壓蒸汽養(yǎng)護、橡膠硫化、真空結(jié)晶、紡織印染、工業(yè)爐窯與垃圾焚燒、游泳洗浴業(yè)、部隊、學(xué)校等,都可推廣應(yīng)用蓄熱器,可收到如下效果:(1)提高鍋爐熱效率4%~6%。蓄熱器能調(diào)節(jié)高峰負荷,使鍋爐運行工況穩(wěn)定。增大鍋爐供汽能力,不必要按最大負荷選擇鍋爐容量,節(jié)省建設(shè)投資或鍋爐增容改造費用。(2)在供汽負荷變化時,鍋爐能保持穩(wěn)定運行,氣壓波動很小,保證高峰負荷生產(chǎn)用汽需要,保證蒸汽質(zhì)量。(3)鍋爐能保持在設(shè)計工況下穩(wěn)定運行,各部件符合使用條件要求,減少故障,延長鍋爐使用壽命。(4)有利于節(jié)能減排、環(huán)境保護,不必頻繁進行燃燒調(diào)整。(5)在鍋爐突然發(fā)生故障