4t/h燃氣鍋爐煙氣餘熱回收方案
一、企業現狀
成都食品公司公司現有4t/h燃氣鍋爐一臺，供生產用汽使用。鍋爐排煙溫度約為180℃～210℃，較高的排煙溫度造成瞭能源的浪費，而且會對周圍環境造成熱污染。隨著天然氣價格的不斷上漲，企業的生產成本也跟著提高，采用技術可靠、經濟效益顯著的煙氣餘熱回收技術對現有燃氣鍋爐節能改造是十分迫切的需要。公司有關部門也十分關註這一問題，考慮采用合理的餘熱回收方案進行節能改造。
二、燃氣鍋爐煙氣餘熱回收可行性分析
在鍋爐通用設計中，鍋爐排煙的最低設計溫度比鍋爐蒸汽飽和溫度高50℃。例如，鍋爐設計工作壓力0.8MPa則飽和溫度為175℃，再加50℃ ，即排煙溫度為225℃，而燃氣鍋爐目前多數未配有尾部換熱設備，所以排煙熱損失是其主要的顯熱損失。另一方麵燃氣鍋爐的燃料通常為天然氣，天然氣不但是清潔燃料、燃燒效率高，而且天然氣的主要成分是甲烷，當與空氣混合燃燒後，生成大量水蒸汽，每1Nm3天燃氣燃燒可產生1.6kg的水蒸汽，每公斤水蒸汽又產生562千卡的汽化潛熱，如不加以利用會讓大量潛熱損失從煙囪排掉。
燃氣鍋爐燃燒效率及熱損失分配流程如下圖所示：
110% |
天然氣高位發熱量 9250Kcal/Nm3 |
天然氣低位發熱量 8410Kcal/Nm3 |
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100% |
鍋爐吸收 燃料燃燒 熱量 88~91% |
化學不 完全燃 燒熱損 失1.2% |
鍋爐散熱損失 2.8% |
煙氣排出的顯 熱損失5~8% |
煙氣中水蒸汽潛熱損失10% |
鍋爐效率 88~91%
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鍋爐總熱損失 19~22%
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從上圖可知，如以通常所說燃料的發熱值（即燃料低位發熱量）來計量，燃氣鍋爐的效率最大可達110%，而這超出的10%部分就是燃料燃燒後產生的水蒸汽所攜帶的汽化潛熱。燃油、燃氣和燃煤的煙氣中水蒸汽所占的容積分別為12%、20%和4%，由於燃氣煙氣中含硫很少，這也給餘熱回收提供瞭非常有利的條件。
從上圖可知，如隻回收煙氣的顯熱，則可提高鍋爐效率5~8%；如將煙氣顯熱和潛熱一同回收，則理論上可提高鍋爐效率10%以上，考慮到換熱設備的效率及投資等因素，通過采用先進的換熱技術和與鍋爐工藝的合理銜接則可達到節能6~10%的顯著效果。所以燃氣鍋爐煙氣餘熱回收是可行的，並有較大的經濟效益。
三、設計方案
1、原始數據
（1）煙氣來源：4t/h燃氣鍋爐排煙
（2）煙氣量：3600Nm3/h
（3）煙氣溫度：190℃
（4）加熱水量:4t/h
2、選型
小型燃氣鍋爐（15t/h以下）節能器一般有兩種類型，一是普通型，二是冷凝型。
普通型節能器可將煙氣餘熱中的大部份顯熱回收，煙氣排煙溫度降至100～110℃之間，對於已安裝有鍋爐蒸汽冷凝水回收、鍋爐給水溫度已經預熱至５0～６0℃的用戶和現場安裝空間較小，難以安裝較大外型尺寸的冷凝型節能器的用戶來說應選擇普通型節能器。
冷凝型節能器可將煙氣中的大部份顯熱及一部份潛熱回收，煙氣排煙溫度降至６0～７0℃，對於鍋爐給水無預熱措施且具備安裝條件的用戶應選擇冷凝型節能器以獲得更多的節能效益。
3、方案介紹
燃氣鍋爐煙氣餘熱回收技術上並無障礙，但為何未能得到廣泛應用。這一方麵是由於燃氣價格長期以來偏低，投資回收期較長；另一方麵也是由於許多從事這項工作的技術人員忽視瞭一些細節問題，造成餘熱回收效果達不到設計要求，對鍋爐出力產生一定影響等問題。我們在進行方案設計充分考慮瞭鍋爐工藝、使用維修、現場條件和可靠性等方麵問題，力圖給用戶提供系統解決方案而不僅僅是孤立的設備，以收到良好的經濟效益。下麵對本方案中幾個部分進行說明。
ZYC節能器
ZYC節能器回收煙氣餘熱用以加熱鍋爐給水，冷凝型節能器結構分為兩大部分，第一部分主要用來回收煙氣顯熱，第二部分主要用來回收煙氣中水蒸汽潛熱。第二部分結構考慮瞭煙氣中水蒸汽冷凝水的回收排除，使換熱器能保持正常工作，另外由於第二部分熱管及殼體均接觸冷凝水，而四川天燃氣含硫較其它地區高，所以我們將采取有效的防腐措施解決這一問題。
旁路和管道風機
由於餘熱回收量較大，而且冷熱流體溫差較小，所以需要佈置較大換熱麵，這勢必會增加煙道阻力。為瞭保證鍋爐系統的長期不間斷運行，我們設計瞭旁路煙道來接入換熱器，並通過切換閥門來進行不停機應急檢修。燃氣鍋爐燃燒器多數是自動運行的，為瞭不因為煙道阻力的增加而影響鍋爐工藝和出力，我們設計采用管道風機解決這一問題，並通過壓力傳感器，采用變頻器控制管道風機轉數來控制煙道內某一點的壓力，使排煙系統按原設計正常運行。
監控櫃
本餘熱回收系統安裝在高處，為方便操作人員監控，我們設計采用集成監控櫃，實時對煙氣進出口溫度，加熱水溫度，煙道壓力，變頻器等熱工參數及控制設備進行監控，保證系統的長期穩定運行。
4、系統性能參數
總換熱量：120kw(普通型節能器)
總換熱量：180kw(冷凝型節能器)
加熱水量：4t/h
加熱水溫升：30-40℃(普通型節能器)
加熱水溫升：40-55℃(冷凝型節能器)
換熱器煙氣側阻力；<250Pa(普通型節能器)
換熱器煙氣側阻力；<350Pa (冷凝型節能器)
５、4t/h鍋爐普通型節能器（立式）安裝示意圖
6、4t/h鍋爐普通型節能器（水平式）安裝示意圖
7、4t/h鍋爐冷凝型節能器安裝示意圖
8、水系統工藝流程圖
餘熱回收系統增加部份 |
循環水泵 |
煙道出 |
煙道進 |
鍋 爐 節 能 器 |
除氧水箱 |
水泵 |
高壓給水泵 |
2t/h鍋爐 |
原水 |
軟化水 設備 |
軟化水箱 |
四、節能效益分析
項目 | 普通型節能器 | 冷凝型節能器 |
煙氣量 | 3600 Nm3/h | 3600 Nm3/h |
排煙溫度 （加裝節能器前） | 190℃ | 190℃ |
排煙溫度 （加裝節能器後） | 100～110℃ | 65～85℃ |
水溫升 | 30～40℃ | 45～55℃ |
回收熱量 | 120KW= 103320 kcal/h (1KW=1KJ/s=3600KJ/h=861 kcal/h） | 240KW= 206640 kcal/h (1KW=1KJ/s=3600KJ/h=861 kcal/h） |
回收熱量折合為同等 熱量的天然氣（天然氣的燃燒效率以95％計 發熱值以8500kal/m3計） | 13m3/h （103320kcal/h÷8500kcal/ m3÷95% = 13 m3/h） | 25 m3/h （206640kcal/h÷8500kcal/ m3÷95% =25 m3/h） |
折合為然料費用（發熱值8500kal/m3天然氣，價格以1.75元/ m3計） | 22元/h (13m3/h×1.75元/ m3= 22元/h) | 43元/h (25 m3/h×1.75元/ m3=43元/h) |
每月回收費用（每天以10小時計，每月以26天計，） | 5720元/月 （22×10×26= 5720元/月） | 11180元/月 （43×10×26 = 11180元/月） |
每年回收費用 | 68640元/年 | 134160元/年 |
餘熱回收系統總投資 (市場參考價.不含安裝) | 6.8萬元 | 11.8萬元 |
五、結論
通過以上分析和說明可得出如下結論：燃氣鍋爐煙氣餘熱回收項目技術可行，節能收益大，是理想的節能降耗技改項目，宜盡快實施。
2010年1月11日
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