工程技术

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锅炉低温烟气余热回收利用系统

2019-09-26

1、技术背景

目前,我国国内应用的锅炉行业中,排烟温度普遍较高,但由于煤、石油、燃气等燃料中均含有硫,燃烧时通常会产生硫氧化物,硫氧化物与水蒸汽结合形成硫酸蒸汽。当炉子尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点(称为酸漏点),就会在其表面形成液态硫酸(称为结露)。长期以来,换热器的尾部受热面由于结露而引起的腐蚀时常发生,难以避免。以至于目前锅炉设计不得不通过提高排烟温度或使用传热极差的非金属材料来缓解结露和腐蚀现象的产生,并没有从根本上解决问题。因此锅炉烟气余热深度利用尚未充分利用。

提高锅炉热效率就是增加有效利用热量,减少锅炉各项热损失,其中重点是降低锅炉排烟热损失。通过实践证明,排烟温度每降低15℃锅炉热效率提高1%左右。因此,开展锅炉烟气余热利用,降低锅炉排烟温度对提高能源的有效率利用,提高锅炉效益具有重要的意义。

为进一步回收热量提升锅炉运行效率,降低锅炉排烟温度提升锅炉的热效率提高发电量,结合生产实际工况,采用低温烟气换热器对锅炉排烟进行余热回收,回收后的热量用于加热锅炉补给水提高补给水温,减少除氧器对高品位蒸汽消耗量,以实现节能减排、挖潜增效的目的。

2、技术简介

本技术是根据流体力学及热力学原理,从换热效率、设备压降、管壁温度、系统安全等多方面综合考虑,自主研发设计特殊结构换热器,通过采用多级雾化喷涂防腐技术处理换热器表面,结合低压回收技术和换热器分组整体式设计技术,科学合理设计水路系统和优化改造原烟气系统工艺,通过控制到位、测点合理、阀门调节切换灵活等工艺特点,将换热器安装在空气预热器与引风机之间,140℃左右烟气温度可降低至60℃甚至更低,回收的热量以最经济高效的方式加热锅炉凝结水,提高凝结水温,减少除氧器对高品位蒸汽的消耗量。同时运用超低温烟气腐蚀控制技术解决了能量回收后超低温烟气引起后续设备、管道的酸性露点腐蚀问题,在实现经济效益和环保效益的前提下,实现技术应用转化,保证系统长周期稳定的运行。

同时可根据客户需求和烟气特性设计换热器,对于高硫组分烟气可通过耦合换热器实现锅炉烟气充分利用。

2.1普通烟气余热技术

在锅炉尾部烟道增加换热器,回收烟气的余热,其热量全部用来加热汽轮机凝汽器凝结水,该低温换热装置安装在锅炉尾部烟道空预器和引风机入口之间,换热方式按逆流布置。工艺流程如下:

说明: QQ图片20160516103211

2.2耦合换热技术

对于硫含量较高的烟气可通过耦合换热技术来实现烟气余热深度利用。

换热原理为:当高温烟气经过换热管束时,烟气把携带的热媒通过管壁传递给管内中间介质,中间介质吸热后变为饱和蒸汽上升至上部汽相空间(汽包)。

汽相空间(汽包)内有多排管束,管束内冷媒(凝结水等需要加热的介质)介质持续通过,汽相空间中的饱和蒸汽热量被管束内冷媒吸收,饱和蒸汽变为同等压力下的饱和水,在热管内自然循环,从而实现回收烟气余热的目的。

耦合热管余热回收器具有良好的防腐蚀能力:热管管壁的温度可以调节,可以通过适当的热流变换把热管管壁温度调整在低温流体的露点之上,从而可防止露点腐蚀,保证设备的长期运行。由于避开烟气露点,使灰尘不易粘结于肋片和管壁上。同时热管在导热时会产生自振动,使灰不易粘附在管壁和翅片上,从而保证换热器高效稳定运行。工艺原理图如下:

      

3、关键技术及成果

3.1设备的防腐技术(换热器防腐涂料)

针对锅炉排烟中的腐蚀物质种类及温度区间,我公司专门研发了低温烟气余热回收设备的防腐药剂及实施技术。该技术采用导热性较好的碳化硅为主要材料的专用锅炉低温烟气换热设备防腐涂料,此涂料既不影响换热器的换热性能,又能有效防止亚硫酸、硫酸、硫化物、氯化物、硫氰化物等腐蚀物质对换热设备的气相腐蚀、液相腐蚀,通过现场使用证明此防腐技术防腐效果较好,此防腐涂料已经获得国家专利授权保护。

该项专利技术的突破,解决了低温烟气余热利用中露点腐蚀对金属材质换热器的破坏、换热器使用寿命短,设备投资风险性大的技术瓶颈。采用上述材料技术对换热器表面处理,可以保证换热器在较长周期内不会出现因腐蚀而导致的泄露等问题,增加了项目实施的必要性和风险可控性。

对于防腐涂料的换热器防腐效果,暂定至少一年检查一次,主要是在锅炉检修时抽出换热器检查,对于个别点出现的防腐效果薄弱部位,重新做喷涂处理,这样就能保证换热器有较长久使用寿命。在使用中因为涂层不稳定脱落造成换热器腐蚀问题的,我公司承担更换设备或重新喷涂全部费用。

3.2专用锅炉低温烟气结焦(结垢)抑制剂

在烟道中添加换热器后,烟气流速变缓,容易在换热器表面结焦、结垢,严重影响换热器换热效率。在燃料中焦炉煤气参配量较高的锅炉,焦炉煤气中未燃烧完全的有机物和亚硫酸盐、微量灰尘相结合时,结焦、结垢更为严重。此问题一方面会增加烟气外排阻力,另一方面会影响换热器换热性能,同时存在安全隐患。针对此现象我公司研发了专用的锅炉低温换热器专用阻垢剂,按照烟气流量计算,加入量为:80g/万m3烟气。此产品能有效的阻止换热器表面结焦、结垢,保障换热器换热效率和锅炉的安全运行。通过合理的换热器设计,避免烟气中结焦物质在换热器上结焦,保障换热效率;此专用锅炉低温烟气结焦阻垢剂已获得国家专利授权保护。

说明:此专用性药剂为弱碱性咪唑类物质,不会对换热器和后续装备产生腐蚀风险,药剂腐蚀与否可以在室内通过挂片模式检测。

3.3低温烟气腐蚀控制技术

在能量通过换热器回收后,势必会造成烟气处于低温状态,容易产生低温露点腐蚀问题,可能影响换热器后续的一系列装备。对于此问题解决,我公司的低温气相缓蚀剂技术可以发挥作用,此技术是我公司08年与陕鼓集团、山钢集团莱芜分公司技术研发中心三家单位合作通过在高炉煤气管网低温段现场试验六个月研究产生的专项技术,可以很好地解决低温烟气结露且有硫化氢、二氧化碳等酸性气体大量存在的环境中的腐蚀问题。缓蚀产品可以满足烟气温度90-45℃区间的严重酸性露点腐蚀防治。此项技术已经在国内多家单位成功日常应用(如日照钢铁、唐山国丰钢铁、天津天丰钢铁、唐山瑞丰钢铁等全厂低温煤气管网的气相缓蚀、莱钢7#锅炉的运行)。药剂通过小计量泵进入烟气系统,借助烟气余热瞬时气化与烟气混合均匀,随后充满整个烟气空间。缓蚀剂混合烟气后,在金属设备表面形成微观疏水缓蚀膜,保护金属不受酸性气体(露)侵蚀。此药剂可以和上述专用锅炉低温烟气结焦(结垢)抑制剂复配在一起使用,保证换热器后续装备稳定运行。

以上3项技术可以大大提升我公司在此类项目中的竞争优势。做好低温烟气余热利用不仅是设计合理的换热器,更重要的是解决好换热器持久、稳定、高效、安全运行,我公司已完美解决了以上问题。

掌握关键技术也有利于后期的设备运行管理,采用专用型技术或产品可以对设备管理更有好处,同时大大降低了运行管理费用。

4、相关专利

    

说明: 一种燃气锅炉超低温排烟余热回收系统    说明: 微信图片_20180609124534

5、经济效益、社会效益

5.1经济效益

以单台蒸发量为400t/h的烟气锅炉为例,经济效益如下:

名称

单位

方案

低温换热器入口烟气温度

155

低温换热器出口烟气温度

100

回收热量

kW

13542.95

锅炉燃料量

Nm3/h

380000

年回收热量(按7920h计算)

GJ/y

386136.59

折算成蒸汽节省量(0.75MPa,320℃)

吨/h

20.11

年节约蒸汽量

吨/y

159271.2

年节约蒸汽多发电量(该参数蒸汽发电150Kwh/吨)

Kw/h

23890680

年毛收益约(按0.5/kwh元计算)

万元

1194.53

全年设备备件维修费用

万元

40

抑制换热器结垢腐蚀药剂费用

万元

80

引风机、凝结水泵、循环水泵增加耗电费用

万元

54.9

全年净效益(按节约汽发电量计算)

万元

1019.63

预估投资(设备、安装、自控等)

万元

880.8

投资回收期(估算)

10.4

结论:项目投资回收期0.86年<3年(标准回收期),项目可行,建议尽快实施。

5.2社会经济效益

(1) 降低排烟温度,减少能源浪费;

(2)项目实施后,每年可节约标煤1.48万吨,较少二氧化碳排放量3.8万吨。

(3)实现节能减排、挖潜增效的目的。

项目实施投资小,应用性高,回收效益高,解决钢铁联合企业实际问题的同时,降低企业环保治理费用,推动地方经济的发展,促进人员就业,为国家节能减排带来巨大的财富。

6、项目前景

在国家节能环保政策的带动下,节能项目将越来越受到国家的重视,特别是碳排放交易的启动。目前大都钢厂及自备电厂都为实施锅炉烟气余热改造,特别是在国家实现节能环保的大环境下,实施烟气余热改造,减少碳排放将成为未来几年新的发展趋势,所以,市场所蕴含的机会和潜力巨大。