燃气蒸汽锅炉加装节能器可行性分析

燃气蒸汽锅炉加装节能器可行性分析【摘 要】本文通过对燃气锅炉热损失的分析，指出了通过加装烟气节能器， 降低排烟温度，提高燃气锅炉热效率的方法，并对这种方法的可行性从安全性和 技术经济性两个方面做了全面分析。【关键词】排烟温度；锅炉节能器；锅炉热效率0前言天然气是一种埋藏于地下的可燃性气体，主要成分为烃类气体，其中85% 95%为甲烷，比重轻于空气，极易挥发，并在空气中迅速扩散，属可燃易爆性气 体。煤、油、天然气都属于化石燃料，燃煤使用过程中会产生严重的大气污染， 天然气与煤碳、石油等黑色能源相比，具有转换效率高、环境代价低、投资省和 建设周期短等优势，积极开发利用天然气资源已成为全世界能源工业的发展潮 流。但是，目前燃气特别是天然气的价格比较昂贵，锅炉燃气的使用还不如燃煤 经济，因此，为适应市场需求，进一步提高燃气锅炉效率，降低燃气的单位能耗 等问题迫切需要解决。1燃气锅炉热损失的分析要提高锅炉热效率，就要减少各种热损失。对于燃气锅炉，由于气体燃料燃 烧后几乎没有灰分，更没有固体、液体燃料的机械不完全燃烧现象，即机械未完 全燃烧热损失勺4、灰渣物理热损失q6均为零；在锅炉正常运行的情况下，化学 未完全燃烧热损失q3接近于零；散热损失q5和锅炉的炉型及维护结构有关，对 于燃气锅炉，一般都是小型的快装炉，外表面积较小，并采用了高热阻及封闭的 外罩壳作为保温层，q5也不大，并且随锅炉容量的增大而减少。因此，燃气锅 炉的最为主要的热损失是排烟热损失q2。所谓的排烟热损失是指烟气离开末级 受热面带走的热量，它主要决定于排烟温度。降低排烟温度可显著地减少排烟热 损失q2。而现在的燃气蒸汽锅炉的排烟温度一般在200250C之间，这部分热 量随烟气进入大气后成为废热。降低排烟温度可减少这部分热量的损失，并可实 现对这部分热量的部分回收。因此，降低锅炉的排烟温度是必要的。2降低排烟温度的方法对于小型燃气快装锅炉，降低排烟温度，相应地各受热面的吸热量增加，也 就是要增加受热面的面积或提高受热面的换热效率。具体实施有两种情况：2.1通过增加锅炉本体对流受热面的换热面积，降低排烟温度对于锅壳式燃气锅炉，增加受热面面积主要是增加烟管的根数、长度，这种 方法简便易行，但过多的烟管根数会使管束内的烟气流速变得很小，不利于换热， 甚至发生传热恶化，并且使锅炉体积明显增大，增加制造成本；此外油、气炉燃 用的油、气中含氢量大，燃烧后全部变成水汽，如不采取措施，油、气炉尾部低 温受热面部分将产生酸腐蚀（由SO2、CO2和冷凝水共同造成），国内已有不少 锅炉发生过这个问题。2.2增加尾部受热面（锅炉节能器），降低排烟温度在烟气从对流管束出来进入大气之前，加装尾部受热面锅炉节能器，吸收烟 气的部分热量，节能器将所吸收热量送回锅炉，在降低排烟温度的同时，提高了 锅炉的热效率。由于是单独布置的受热面，因此不会影响到对流管束，冷凝水不 会凝结在对流管束上，从而使对流管束避免受到酸腐蚀的影响，也避免了对流管 束尾部受热面的传热恶化。同时，由于单独布置节能器，和增加锅炉本体对流受 热面相比，单独布置节能器传热温差大，可减少受热面的换热面积，降低成本。3低排烟温度的可行性分析排烟温度的选择是受安全性和技术经济性制约的。安全性主要是指锅炉运行 的稳定性和使用寿命问题，较低的排烟温度可引起对流受热面的低温腐蚀，而对 流受热面的低温腐蚀对锅炉的安全运行构成了严重威胁。技术经济性主要是指设 计方案的技术先进性和经济合理性。燃气蒸汽锅炉排烟温度的选择应把二者综合 起来加以考虑。3.1安全性分析低温腐蚀的根本原因是锅炉燃料中含有硫分，硫在燃烧过程中反应生成 SO2,高温下产物少量转化为SO3, SO3与烟气中的水蒸气反应生成硫酸蒸汽， 当烟气温度降至其露点温度以下时，硫酸蒸汽在锅炉受热面上凝结成硫酸溶液， 造成低温腐蚀，威胁锅炉的安全运行。对于锅炉所用燃气尤其是天然气，从表1 可以看出，气体燃料中硫的含量是极少量的，有的甚至不含有硫分，而且燃气在 输送到用户之前都经过净化处理，因此燃气可视为洁净燃料，燃烧产物中的SO2 和SO3可以略去。所以燃气锅炉的低温腐蚀得到了极大改善，并且，烟气中基 本不含灰分，受热面污染小，传热效果好，所以可以采用锅炉节能器。3.2技术经济性分析目前，国内生产的燃气蒸汽锅炉的排烟温度一般在220C左右，所以降低排 烟温度有很大的空间。现在燃气特别是天然气的价格还比较贵，如天然气约为 3.8元/Nm3，因此对于燃气锅炉用户来讲，迫切希望减少燃气的单位能耗，节约 运行费用。经过对一台2t/h蒸汽炉计算，其回收的热量和提高热效率情况列于表 2中。表2 2t/h锅炉回收烟气热量与提高的热效率由表2可知，如果锅炉排烟温度降为120C，则锅炉效率可望在原有基础上 提高5%。例如原来锅炉效率为88%，采用此项节能技术后，锅炉效率可达到93%，这就大大提高了能源利用效率。通过前面的分析可以看到，降低锅炉的排烟温度可明显提高锅炉热效率，减 少燃料单位时间内的消耗，节约运行费用。但运行费用的节约只是一个方面，还 应综合初投资来考虑。选择低排烟温度必然增加锅炉的制造成本，所增加的这部 分初投资主要来自锅炉节能器制造成本的增加，而锅炉其他部件基本不变，相应 的成本也就不发生变化。这样，经济性分析要考虑的就是通过增加锅炉节能器制 造成本来减少燃气的单位时间耗量是否能够带来一定的经济效益。经已加装锅炉节能器锅炉的运行实践证明，降低排烟温度可带来可观的经济 效益，并且二者呈正向关系，即经济效益随着排烟温度的降低而增大。当锅炉运 行一定时间后，锅炉节能器所增成本便可由节省的燃料费用予以回收，进而随着 锅炉运行时间的增加，经济效益逐渐增大。在锅炉排烟温度降为120C时，如果 锅炉总运行1万小时，则比一般排烟温度的锅炉节约资金2530万元。由此可 见，燃气蒸汽锅炉选择锅炉节能器经济效益显著。4结论综上所述，可以得出以下两个结论：4.1从技术和经济两个方面，燃气蒸汽锅炉加装节能器是可行的。锅炉加装 节能器后在技术上可以实现锅炉的安全稳定运行，在经济上可带来可观的经济效.rw.o4.2对于燃气蒸汽锅炉，经济排烟温度可选在120C左右，比通常认为的经 济排烟温度降低50110C，为提高燃气蒸汽锅炉热效率提供了依据。