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涡街发生器在燃气蒸汽锅炉上的应用
胡红民 薛长泉
(大庆油田天然气分公司)
大庆油田天然气分公司四大队北区压气站的2台ＳＺＳ10-1 25-Ｑ型锅炉是2000年投产运行的蒸发量为10ｔ的工业蒸汽热炉,该炉设计燃料气耗量为300ｍ3/ｈ,耗费燃料气量较大。为了节约该型锅炉的燃料气耗量,提高锅炉的热效率,于2005年立项对其锅炉给水系统进行了节能研究。在其锅炉与烟囱之间的烟道上增设锅炉给水与排烟换热器,利用排烟余热将锅炉给水进炉前先预热,从而提高锅炉的热效率。这种利用烟气余热来加热锅炉给水的节能增效方法对企业节约能源,提高经济效益具有重要意义。
1.ＳＺＳ10型锅炉的现状分析
北区压气站的2台ＳＺＳ10-1 25-Ｑ型锅炉是该站的重要设备,担负3套生产装置的生产、生活供热任务,该锅炉的运行效率将对整个站的生产成本产生重大影响。根据该锅炉的相关设计数据和实际运行参数计算出其排烟损失在13 1%～15 8%,锅炉的热效率在80%～85%,排烟损失占到了全部损失的13%以上。由此可见,该锅炉排烟损失的多少是影响锅炉热效率的关键因素。因此,通过应用可靠成熟技术回收锅炉排烟余热,降低排烟损失,是提高锅炉热效率的有效节能途径。
2.ＳＺＳ10型锅炉排烟余热回收方式的选择
根据北压2台ＳＺＳ10-1 25-Ｑ型锅炉的现实运行工况,其排烟温度为160～200℃,排烟温度相对较高,烟气中的水蒸气仍处于过热状态,未凝结成为液态水而放出汽化潜热。如果锅炉的排烟温度降低到足够低的水平(露点温度以下),那么烟气中呈过热状态的水蒸气就会凝结而放出汽化潜热。天然气燃烧所生成的烟气中含有大量的水蒸气,其汽化潜热值可占到燃气低位热值的11%～12%。显然,如果能将燃气锅炉的排烟温度降至露点温度以下,将凝结水的汽化潜热回收利用,那么锅炉的燃料利用率将大大提高。而天然气燃烧后烟气的最大凝结露点一般在60℃左右,排烟的可利用温差为100～140℃。但如果选用传统的列管式空气预热器,必然使受热面增多,设备体积庞大,不仅设备的安装布置受到限制,而且经济性不好,容易腐蚀泄漏,安全性差。因此,通过分析研究,在该项目中应用目前国际上比较先进的高效涡街换热器是比较理想的选择。
高效涡街换热器可使稳态的层流烟气生成连续不断的涡街(形同旋转的微细射流)射向翅片间隙,呈强劲紊流状态,可在有效破坏层流边界层后同金属翅片换热,换热系数比常规换热器提高5倍以上,将烟气侧换热能力提高到5000Ｗ/(ｍ2·℃)的水平,最终使烟气侧与水侧换热能力持平,达到高效均衡换热。
3.ＳＺＳ10型锅炉给水系统节能研究方案实施及效果
(1)改造前基础数据测试。对ＳＺＳ10-1 25-Ｑ型锅炉在应用前进行全面热工测试,并进行烟气成分分析。测试执行标准为:ＳＹ/Ｔ6381-1998《锅炉热工测定》。主要实测数据见表1。
(2)涡街发生器热工计算及系统方案设计。依据测试结果计算锅炉排烟的凝结露点为57℃,确定烟气的允许温降为120℃;依据锅炉的原设计数据,确定烟气系统的允许压降;根据计算出的允许余热回收量设计出涡街换热器的主要性能参数和设备图纸,并依据允许余热回收量的相关计算及ＳＺＳ10-1 25-Ｑ型锅炉的设计数据设计出涡街换热器安装图和烟气及给水系统工艺应用图。
(3)技术性能考核评价。系统安装完成后,在锅炉正常运行状态下,委托中国石油天然气集团公司大庆油田节能监测中心对北压站应用的4#ＳＺＳ10-1 25-Ｑ型锅炉进行了全面热工测试,并对该锅炉整体设备性能应用前后进行了对比分析。测试执行标准为:ＳＹ/Ｔ6381-1998《工业锅炉热工测定》和ＳＹ/Ｔ6275-1997《石油企业节能检测综合评价方法》。
由实测数据可见:应用前,该锅炉排烟温度为190℃,锅炉热效率为85 94%。应用后,锅炉排烟温度由190℃下降到35 1℃,排烟温度降低了154 9℃;锅炉给水温度由13 80℃提高到65 81℃,提高了52 01℃;锅炉热效率由85 94%提高到95 61%,提高了9 67%,锅炉燃料气节气率为10 11%。年获经济效益17 47万元。(栏目主持 樊韶华)
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