燃煤工业锅炉余热高效回收装置的研发与应用

工业锅炉 2 0 1 2年第 3期 ( 总第 1 3 3期) 文章编号 ： 1 0 0 4 8 7 7 4 ( 2 0 1 2 ) 0 3 - 2 6 - 0 4 燃煤工业锅炉余热高效回收 装置的研发与应用 徐慎 忠 ， 王发 贤 ， 顾健 ， 狄 晓 东 ( 江苏省特种设备安全监督检验研究 院南通分院 ， 江苏 南通 2 2 6 0 1 1 ) Re s e a r c h De v e l o p me n t o n Hi g h Effi c i e n t En e r g y s a v i n g De v i c e o f Co a l Fi r e d I n d u s t r i a l Bo i l e r XU S h e n z h o n g ， W ANG F a x i a n ，G U J i a n ，D I Xi a o d o n g ( N a n t o n g B r a n c h o f J i a n g s u P r o v i n c e S p e c i a l E q u i p m e n t S a f e t y S u p e r v i s i o n a n d I n s p e c t i o n I n s t i t u t e， N a n t o n g 2 2 6 0 1 1， C h i n a ) 摘 要： 燃煤工业锅炉常用铸铁省煤器的余热回收效果一直不甚理想。经过数年的研究 ， 对浸渍石墨材料进行反复试验和测试， 设计开发了燃煤工业锅炉高效节能装置， 突破性地将锅 炉排烟温度降至酸露点以下。应用证明， 该装置运行可靠， 可提升锅炉效率 8个百分点， 节能效 果 显著。 关键词 ： 燃煤工业锅炉 ； 余热 回收 ； 节能 ； 环保 ； 石墨 中图分类号 ： T K 1 7 2 文献标 识码 ： B 0 前言 根据国质检特 2 0 1 0 3 7号 特种设备安全发展 战略纲要 ， 我 国在用锅炉为 6 0 9万 台， 每年约消 耗 1 2 0 5 0 0万 吨标煤 ， 占全 国煤炭总消耗量 的 7 0 左右。工业锅炉总数及总容量的 8 5 以上为燃煤 锅炉 ， 设计效率一般为 7 2 8 0 ， 实 际运行热效 率大多为 6 0 6 5 ， 与 国际水平相差 1 52 0个 百分点。 “ 十二五” 节 能减排 目标 指出， 到 2 0 1 5年全 国 万元国内生产总值能耗下降到 0 8 6 9吨标准煤( 按 2 0 0 5年价格计算) ， 比2 0 1 0年的 1 0 3 4吨标准煤下 降 1 6 ， 比 2 0 0 5年的 1 2 7 6吨标 准煤下 降 3 2 。 如果工业锅炉的热效率整体由 6 5 提高到 8 0 ， 那 么每年可 以节约 1 3亿吨以上 的燃煤 ， 将带来 巨大 的社会经济效益 。在用锅炉烟气 出口温度高达 2 5 0 3 2 0， 锅炉烟气温度每下降 1 51 8可 以提高 锅炉效率 1 个百分点左右 ， 因此 降低锅炉排烟温度 是锅炉节能的一个主要途径。近几年来 ， 开发了许 多类型的工业锅炉余热 回收利用装置 ， 但在传热效 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 3 2 8 第 一 作 者 ： 徐 慎 忠 ( 1 9 6 6 一) ， 1 9 8 8年 毕业 于 东 北 电 力 学 院热工专业 ， 江 苏科 技大 学 工 程 硕 士 在 读 ， 高 级 工 程 师 ， 现 任江 苏 省 特 检 院南 通分院副院长。 率、 低温腐蚀、 积灰堵灰、 制造及运行成本等方 面不 能兼得。开发并推广制造及运行成本较低 、 适用性 较广的锅炉余热高效 回收装置是 目前节能减排的迫 切需 要 。 笔者经过数年 的研究 ， 对浸渍石墨材料进行反 复试验和测试 ， 设计开发 了燃煤工业锅炉余热高效 回收装置， 突破性地将锅炉排烟温度降至酸露点以 下 ， 2 0 1 1 年 取 得 实 用 新 型 专 利 (专 利 号 ： Z L 2 0 1 1 2 0 1 3 3 8 8 7 3 ) 。该装置 可在蒸 汽锅炉 、 热水 锅炉、 有机热载体锅炉及化工余热装置上应用 ， 以回 收烟气等介质的余热。 1 石墨与石墨材料性能 1 1 石 墨简 介 石墨是元素碳的一种 同素异形体 ， 黑灰色， 有油 腻感 ， 是碳质元 素结 晶矿物 ， 为六 边形层状 晶体结 构 ， 属六方晶系， 具有完整的层状结构。石墨 由于其 特殊结构 ， 而具有许多特殊性质 ： ( 1 )耐高温性 ， 石墨的熔点为 3 8 5 0 5 0 ， 沸 点为 4 2 5 0 ， 即使经超高温电弧灼烧 ， 重量的损失 很 小 ； 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 工业锅炉 2 0 1 2年第 3期( 总第 1 3 3期) 墨除了强氧化性介质外 ， 对其它化学药品均表现 出 化学惰 性； 导 热系数 为 1 2 0 W ( m o C) ，紧 次于 银、 铜 、 铝 ； 线膨胀系数为 1 0 ( 1 c c) 数量级范围， 保证 了石墨材料在高温使用中良好的尺寸稳定性 。 2 余热高效回收装置构成及系统流程 至今为止 ， 节能技术方面由于烟气低温腐蚀 限 制了节能效果的提高 ， 使用有色金属材料制造节能 设备造价昂贵 ， 本文介绍的工业锅炉余热高效 回收 装置采用价格适当、 防腐耐用、 导热系数高的石墨材 料 ， 可以将锅炉排烟温度降到酸露点以下 ， 不仅达到 最大 限度地提高节能效果 ， 同时降低了烟气 中 S O ： 、 N O ， 等的排放量 ， 具有耐腐蚀性强、 结构紧凑、 占地 面积小、 操作维修方便 、 使用寿命长等特点。 2 1 余热高效回收装置构成及工作原理 燃煤工业锅炉余热高效回收装置( 见图 3 ) 主要 由再热段 、 换热段等组成。 1 一 磁翻板液位计2 一再热段3 一 软水流通管 4 一分配箱5 一换热段6 一除灰箱 图 3 锅炉余热高效回收装置 再热段 采用 圆筒形夹套结构 ， 内部为耐腐蚀的石墨制 双向翅片圆筒 ， 烟气从内部通过 ； 外面是不锈钢制外 壳 ， 被换热段加热 的锅炉软水在外壳与翅 片管问流 动， 在高温烟气区回收更多的余热， 继续被加热以获 得更高温度的热水 ， 然后流进热水箱的热水 区作为 锅炉给水 ； 双向翅片大大增加了石墨圆筒的传热面 积， 外壳与石墨翅片圆筒之问采用四氟填料密封。 换热段 采用 圆筒形夹套结构 ， 内部 由四块石墨圆块组 合为换热元件 ， 不仅结构紧凑而且换热面积非常大 ； 圆筒外壳为不锈钢 ； 石墨 圆块组 件为可拆卸更换结 构 ， 便于检修和更换 ； 石墨圆块纵向和横 向开有相互 交错 的孔道 ， 孔间壁厚 只有 6 mm， 横 向孔 内通过锅 炉软水 ， 纵向孔 内流过高温烟气 ， 二者进行 热量交 换。石墨圆块之间密封为四氟垫 片， 石墨 圆块与壳 体之间的密封为填料。 高效 回收装置分配箱中装设分段烟气挡板 ， 将 来 自再热段的烟气在换热段人 口均匀分配。分配箱 顶部设有冲洗检查 口， 可以定期打开进入 内部进行 检查和除灰 ， 也可以用水管插入直接进行 冲洗 ， 解决 了积灰堵灰的难题。高效 回收装置后部的烟道 ， 在 烟气温度降低到酸露点 以下时会产生腐蚀 ， 烟道内 表面需采用耐高温涂料 ( 如有机硅涂料) 进行 喷涂 防腐 ； 水膜除尘器之后的设备和烟道的运行条件不 会 因为节能装置的使用而改变 ， 故无需任何处理。 2 2系统流 程 锅炉余热高效 回收系统 ( 见图 4 ) 主要 由给水 泵 、 热水箱 、 高效 回收装置 、 循环泵等组成。其 中用 于贮存锅炉给水 ， 圆筒形或矩形结构 ， 中间用带开孑 L 的立板分隔为热水 区和冷水区 ， 容积根据水温和换 热量计算确定 ， 带有液位 自动控制装置 ； 循环水泵可 以手动控制启停 ， 也可以与引风机联锁控制 ， 在锅炉 启停炉时 自动控制 ， 锅炉运行期间微功率循环水泵 连续运行 ， 实现了锅炉烟气余热的不间断回收 ， 使热 水箱中软水始终保持较高温度 ； 高效 回收装置上部 安装磁翻板液位计 和报警联锁装置 ， 液位过低 时会 报警并启动循环泵进行补水 ， 确保 了高效 回收装置 、 图4 锅炉余热高效回收装置系统流程图 余热高效 回收装置系统流程由锅炉烟气流程和 软水流程组成。 ( 1 )锅炉烟气流程 锅炉排 出的高温烟气直接进入再热段 ， 烟气被 再热段锅炉软水吸收部分热量后进入换热段 ， 在换 热段与锅炉软水进行充分热交换 ， 烟气温度快速降 低而锅炉软水温度快速上升 ， 充分 回收烟气的余热； 紊流状态的烟气在换热段分布到上百个竖孔 内向下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 节能与改造 燃煤工业锅炉余热高效 回收装置的研发与应用 2 9 稳速流动 ， 烟气中的颗粒粉尘在 自重和流动惯性作 用下从烟气 中分离 ， 沉积到除灰箱后定期进行人工 清理 ； 烟气温度降到酸露点 以下 ， 部分 S O 、 N O ：等 有害介质凝结成雾状或液态从烟气 中分离 ， 在换热 段及 出口烟道中沉淀或带入水膜除尘器 ， 减少 了通 过引风机及烟 囱排放到大气的锅炉烟气中有害介质 的含量 ， 而且水膜除尘器沉淀池 中本来就定期加石 灰或碱进行中和处理 ， 无需增加处理措施。 ( 2 ) 锅炉软水流程 来 自钠离子交换器的软水通过浮球 阀的控制 ， 使热水箱 中锅炉软水始终保持在正常范围内； 微功 率循环水泵一用一备 ， 将热水箱冷水 区的软水从高 效 回收装置换热段下部送人， 由内置折流板将 软水 进行七次折向， 在每个石墨 圆块组件 的横孔 内折向 流通 ， 较大的流程和足够多的换热时间 ， 充分 回收烟 气余热后软水温度快速上升 ； 通过软水流通管进入 再热段继续与锅炉 出 口高温烟气进行热交换 ， 软水 温度再次提高后流进热水箱热水 区， 作为锅炉的补 给水。 3 实践应 用与效 果评价 3 1 铸铁省煤器的应用效果 国内工业锅炉蒸发量大多为 26 t h ， 锅炉省 煤器基本都是铸铁省煤器 ， 在项 目调研 中我们随机 抽样了 1 0家企业的在用 4 t h锅炉作为测试对象。 在锅炉正常运行过程 中， 每 1 0分钟分别记录省煤器 进 口和出口处烟气温度 ， 统计锅炉给水泵启停 时间 ， 同时记录锅炉给水泵每次启停泵期间省煤器进 口和 出 口处的给水温度 。通过数据分析 ， 计算铸铁省煤 器在锅炉余热利用方面的效果见表 1 。 表 1 1 0台 4 t l a 燃煤锅炉测试统计结果 由表 1可以看出： 长期 以来工业锅炉普遍使用 的铸铁省煤器在实际运行过程中对锅炉热效率的提 升不到 3个 百分 点； 省煤器 出 口烟 温高 达 1 8 7 2 2 3， 按照 T S G G 0 0 0 3 -2 0 1 0 工业锅炉能效测试 与评价规则 中排烟温度不得超过 1 7 0 o C的合格标 准， 被调研的 1 0台工业锅炉均应评定为不合格 。 3 2 锅炉余热高效回收装置应用与效果评价 锅炉余热高效 回收装置主要材质为不透性浸渍 石墨 ， 与铸铁省煤器相 比， 有以下优点 ： ( 1 ) 传热系数为铸铁 的二倍 ， 传热效率更高 ； ( 2 ) 石墨材料表面光滑， 烟气侧不易积灰 ， 使用 过程 中传热效果不受影响 ， 且减少清理次数 ， 降低清 理成本 ； ( 3 ) 石墨材料耐腐蚀性好 ， 能有效避免低温酸 露腐蚀对余热回收装置的不 良影响 ； ( 4 ) 高效回收装置传热面积较铸铁省煤器大 3 倍 ， 传热效果更好。 我们在一 台无铸铁省煤器的 K Z L 4 1 2 7 一A 型在用锅炉上安装使用高效 回收装置 ， 锅炉烟气 出口温度 为 2 5 0 o C， 而装 置 出 口烟气 温 度 只有 9 O ； 锅炉和高效 回收装置 运行稳定 、 性 能可靠。 根据 T S G G 0 0 0 3 -2 0 1 0 ( 工业锅炉能效测试 与评价 规则 与 G B T 1 0 1 8 0 -2 0 0 3 工业锅炉热工性 能试 验规程 ， 采用崂应 3 0 2 2型烟气分析仪 、 T E s l 0 3 0 便携式数显温 度仪和 R a y t e k MI N I T E M P M T 4手持 式温度计等测试仪器 ， 在符合测试条件的情况下 ， 测 量锅炉给水温度 与原水温度 t ， 给水温度在测试期 间每五分钟记录一次 ， 取平均值 ； 用水箱法测量锅炉 单 位时间内的实际出力m； 现场采样燃煤 ， 根据化验 ( 下转第 5 6页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 工业锅炉 2 0 1 2年第 3期( 总第 1 3 3期 ) 压力 ， 因而 ， 在安装 的时候 ， 管路连接处需采用焊接 的方式 ， 以避免运行时 ， 因压力过大 ， 造成爆 管现象 发 生 。 ( 4 )S P W 型锅炉 自动排污热能 回收器在安装 过程中， 需要对其与锅炉连接的管路及换热器本身 进行保温处理， 尽量减少沿程热损失 。 ( 5 )由于 S P W 型锅炉 自动排污热能回收器是 通过取样器 中电极进行采样 ， 电极长期与锅炉排污 水接触 ， 虽然前置有过滤器能够滤去大部分排污水 中的杂质， 但是一旦过滤器失效 ， 取样器中电极容易 受到污染 ， 从而造成 电导率的偏差 ， 影 响回收器的正 常运行 。因此 ， 需要定期对过滤器和电极进行清洗 ， 同时视情况更换电极。 ( 上接第 2 9页) 分析结果得到燃煤的收到基低位发热值 Q ， 现 场测量单位时间内的实际耗煤量 ， 测试与计算结 果见表 2 。由表 2可知 ： 燃煤 工业锅 炉余热 高效 回 5 小 结 在现有工业锅炉排污系统 中， 由于锅炉用户的 原因造成锅炉排污水热量 回收利用较少 ， 或者仅简 单的使用换热器对其排污水进行热交换 ， 没有对其 综合应用 ， 造成巨大的能源浪费。S P W 型锅炉 自动 排污热能回收器作 为一款具有潜力 的节能产品， 不 仅仅能够将锅炉排污水热能进行 回收利用 ， 而且 可 以尽量减少热污染 ， 减少燃料消耗和二氧化碳排放。 在我国大力提倡节能降耗和污染减排 的今天， 希望 S P W 型锅炉 自动排污热 能回收器能够 为工业锅炉 的用户带来一些帮助 ， 为我 国的节能环保事业做 出 一 份贡献。盈 铸铁省煤器高 5个百分点左右 。按改造前每消耗万 吨燃煤 ， 可节约原煤 8 0 0多 t ， 以每吨 9 0 0元价格计 算 ， 经济效益预期达 7 2万元 ； 同时可以减少 C O 排 放 2 0 8 0 t ， 减少 s 0 排放 6 8 t ， 减少烟尘排放1 6 0 t ， 收装置可提高锅炉热效率 8个百