换热器在燃气锅炉余热应用中的能效分析

某压延厂现役的WNS型锅炉为卧式内燃快装锅炉,配威索燃烧机,微正压燃烧,燃烧生成的尾气经炉内三回程换热后,从后烟箱出口直接排入大气。尾气的温度较高,一般都在200~250℃,直接排入大气后,尾气中的热量白白浪费。由于能源紧张、天然气价格较高,与燃煤锅炉相比,燃气锅炉运行成本提高2·5~3倍,导致企业生产成本提高。为了节约能源,降低运行成本,有必要把尾气中的热量回收利用。因此,在锅炉烟道出口安装一个低阻力、换热效率高的换热器,吸收尾气中的热量,用来提高锅炉给水初始温度,使排放至大气的尾气温度降到105℃左右有重要意义。从节能和降本增效的观点来看,安装烟道换热器是必要的。

2.回收尾气余热的可行性

对天然气锅炉,尾气中水蒸汽所携带的热损失占整个排烟热损失的55%~75%。根据相关资料显示[1],降低到露点之前的显热回收可使锅炉系统热效率提高2%~5%。另外,排烟温度为200~250℃,属低温段,与水的温差小,换热效率低。要回收尾气中的热量,安装在燃气锅炉出口处的换热器,只要具备阻力低,换热面积大、换热效率高等特点就能满足回收热量的要求。

3.换热器运行原理简介

换热器由许多紫铜针肋管组合而成,内装针肋管,外壳用钢板焊接而成,现场只需安装并连接管道即可投入使用(如图1)。换热器安装于锅炉尾部尾气出口管座上,通过管道与给水系统和水箱连接。工作时阀1、3、6是常开的,电磁开关阀2、4、5根据水箱水位自动开关。当水箱水位处于高位时,阀2关闭,阀4开启,热水泵启动,水箱内的水循环加热;当水位处于低位时,阀2开启,阀4关闭,热水泵停止,水箱内的水得以补充;当水箱水位处于超低水位时,阀5开启,冷水直接进入水箱,当达到控制水位后阀5关闭。这样,尾气连续冲刷针肋管后放出大量余热,使尾气温度降低到105℃左右再排入大气。所以,经过换热器内的水连续通过换热器与尾气进行换热后进入水箱,从而回收了尾气中的热量。

4.排烟温度分析

锅炉排烟温度直接影响到锅炉机组的经济性和尾部受热面工作的安全性。选择较低的排烟温度可以降低锅炉排烟损失,节约能源及锅炉的运行费用。但排烟温度降低却使受热面中尾气与水的传热温压减小,传热面积增大,金属耗量增加。因此,在选择排烟温度时,必须根据设备的投资、运行费用、设备投资的补偿年限等条件来确定。

对天然气锅炉来讲,排烟温度的选择在技术上主要受换热器出口水温、换热器内尾气流速和换热系数的有效性因素制约。首先,排烟温度应比出口水温高15~20℃左右,以保证传热所需的足够温差;其次,换热器内应有合理的尾气流速。为了提高换热的有效性,降低金属耗量,一般都应选择导热性能好,热阻低的材料,同时还要提高单位长度的换热面积,选择强化传热元件。

5.节能效果分析计算

公司压延厂现役的是一台8t/h、最高压力1·25MPa的锅炉,每天24h运行,全年运行350d左右。生产中实际产汽量为4t/h、平均汽压0·5MPa、排烟温度平均190℃左右。

燃气锅炉天然气燃烧后产生的热量分为三部分:一是锅炉本身散热损失;二是形成一定压力饱和水蒸汽的热量;三是尾气的热量。通过热交换器利用的热能是尾气通过热交换器时的热量降低。

经上述分析对比,在运行中的燃气锅炉安装节能器后,即降低了排烟温度,回收利用了尾气中的余热,给企业带来经济效益,节约了国家资源,同样也减少氮氧化物对大气的污染,该改造是必要和可行的,而且有较大的推广价值。