燃油與燃?xì)夤I(yè)鍋爐尾部節(jié)能器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行特點(diǎn)

1、文章編號(hào) :1004-8774(2011 04-08-03第一 作 者 :謝 龍 根 (1963- , 本 科 , 工 程師 , 畢業(yè) 于華 東化 工學(xué) 院 化 工 機(jī) 械 專 業(yè)?，F(xiàn) 任 上 海 市 松 江區(qū) 特 種 設(shè) 備 監(jiān) 督 檢驗(yàn)所 所長(zhǎng) , 主 要從 事行政 、 技 術(shù)管 理和 承壓 類 特 種 設(shè) 備 檢驗(yàn)檢測(cè)工作。燃油與燃?xì)夤I(yè)鍋爐尾部節(jié)能器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行特點(diǎn)謝龍根 1, 周仕明2(1 上海市松江區(qū)特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所 , 上海 201600;2 上海工業(yè)鍋爐研究所 , 上海 200071Desi gn and Operati on Characteristic of Econo

2、m izerofO i-l gas -fired I ndustri al BoilerX IE Long -gen 1, Z HOU Sh-i m ing2(1 Song jiang Special Equ i p m ent Superv isi o n and Inspection I nstitute , Shangha i 201600, Ch i n a ;2 Shangha i I ndustrial Bo iler Research I nstitute , Shanghai 200071, China摘 要 :根據(jù)燃 油與燃?xì)夤I(yè)鍋爐尾 部煙氣結(jié)露的不同 特性 , 闡述 了這

3、兩類鍋爐尾部 節(jié)能 器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行特點(diǎn)。關(guān)鍵詞 :燃油 ; 燃?xì)?; 工業(yè)鍋爐 ; 尾部節(jié) 能器 中圖分類號(hào) :TK223 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :B0 概述隨著我國能源結(jié)構(gòu)的逐步改變 , 我國燃油和燃?xì)夤I(yè)鍋 爐的數(shù) 量逐 年增 加。據(jù) 不完 全統(tǒng)計(jì) , 到 2003年底 , 全國在用的燃油及燃?xì)夤I(yè)鍋爐已經(jīng)達(dá) 到 5萬臺(tái)、 7萬蒸 噸 , 分別 占在用工業(yè)鍋 爐總量的 10%和 5. 5%, 且在一些特大城市 , 燃油燃?xì)忮仩t的 比例更大 , 如北京主城區(qū)已基本無燃煤鍋爐 , 上海內(nèi) 環(huán)線內(nèi)全部為燃油、 燃?xì)忮仩t。在我國 , 燃油、 燃?xì)忮仩t得到真正發(fā)展和大批量 推廣始于改革開放后?，F(xiàn)有燃油與燃?xì)夤?/p>

4、業(yè)鍋爐大 部分都是常規(guī)的臥式內(nèi)燃結(jié)構(gòu) , 一般都不帶尾部節(jié) 能裝置。對(duì)其排煙溫度的選擇 , 就蒸汽鍋爐而言 , 根 據(jù)蒸汽的工作壓力的不同 , 一般在 200 以上 , 有時(shí) 甚至?xí)?; 對(duì)熱水鍋爐 來說 , 排煙 溫度可能低一 點(diǎn) , 但是為了避免引起鍋爐尾部的低溫腐蝕 , 也不低 于 160 , 仍然造成大量的熱量損失?，F(xiàn)有鍋爐排 出的煙氣溫度比較高 , 如何布置尾部節(jié)能器 , 盡可能 吸收排煙中的有效熱量 , 提高燃油或燃?xì)夤I(yè)鍋爐 的熱效率 , 是熱能專業(yè)技術(shù)人員的責(zé)任 , 同時(shí)也是社 會(huì)各方面的追求。本文就燃油與燃?xì)夤I(yè)鍋爐尾部節(jié)能器設(shè)計(jì)和運(yùn)行工況的影響因素談一談自己的見解。1

5、燃油與燃?xì)忮仩t尾部節(jié)能器設(shè)計(jì)的特點(diǎn)燃油與燃?xì)忮仩t尾部節(jié)能器設(shè)計(jì)的特點(diǎn)有其相 同之處 , 也有不同之處 , 而前提都是在確保鍋爐安全 運(yùn)行、 防止或降低尾部節(jié)能器低溫腐蝕的條件下 , 盡 量利用鍋爐尾部的煙氣熱量。1. 1 燃油與燃?xì)忮仩t尾部節(jié)能器設(shè)計(jì)特點(diǎn)的不同 之處燃油與燃?xì)忮仩t尾部節(jié)能器設(shè)計(jì)的不同之處就 在于露點(diǎn)溫度的選擇。對(duì)于燃油與燃?xì)?, 由于影響 其露點(diǎn)溫度的因素不 同 , 因而 煙氣露點(diǎn)溫度不 同。 對(duì)燃油鍋爐的煙氣露點(diǎn)起主導(dǎo)作用的是酸露點(diǎn) , 決 定尾部節(jié)能器是否腐蝕的主要因素是煙氣酸露點(diǎn)溫 度。對(duì)燃?xì)忮仩t的煙氣露點(diǎn) 起主導(dǎo)作用的 是水露 點(diǎn) , 決定尾部節(jié)能器是否腐蝕的是煙氣水露

6、點(diǎn)溫度。 若尾部節(jié)能器的管壁溫度低于煙氣的露點(diǎn)溫度 , 就 會(huì)導(dǎo)致尾部節(jié)能器低溫腐蝕。(1 燃油鍋爐尾部節(jié)能器的低溫腐蝕與對(duì)策 對(duì)燃油鍋爐的排煙溫度的確定影響最大的是煙 氣的酸露點(diǎn)溫度。由于燃油中含有硫 (S, 在燃燒8工 業(yè) 鍋 爐 2011年第 4期 (總第 128期 過程中 , 燃油中的硫分大部分形成 SO 2, 在空氣過量 (富氧 的條件下 , 一部分 SO 2進(jìn)一步氧化成 SO 3。 煙氣中的 SO3與煙氣中的水蒸氣結(jié)合成硫酸蒸汽 , 硫酸蒸汽凝結(jié)后形成硫酸 (H 2SO 4 。由于硫酸蒸汽 具有較高的露點(diǎn)溫度 , 據(jù)報(bào)道 , 煙氣中只要有少量的 硫酸蒸汽含量 , 煙氣的露 點(diǎn)溫度就

7、達(dá) 120 以上。 通常認(rèn)為 :只要尾部節(jié)能器的管壁溫度低于這個(gè)溫 度 , 尾部節(jié)能器的腐蝕就有條件發(fā)生。(2 燃?xì)忮仩t尾部節(jié)能器的冷凝腐蝕與對(duì)策 對(duì)燃?xì)忮仩t尾部節(jié)能器的設(shè)計(jì)影響最大的是煙 氣的水露點(diǎn)溫度。天然氣的主要成分是 C H 4, 其他 成分也主要是碳?xì)浠衔?, 幾乎不含硫 , 是一種清潔 的燃料。天 然氣 燃燒 后生 成的主 要煙 氣成 分是 : CO 2、 H 2O 、 N 2、 NO x , 而煙氣中 H 2O 的含量比其它燃 料燃燒后都要多得多。城市煤氣成分大部分是 CO 和 H 2, H 2燃燒后生成大量的 H 2O 。也就是說 , 天然 氣或城市煤氣燃燒后的煙氣中所含有水

8、蒸氣的含量 比其它燃料燃燒后都要多得多。若煙氣達(dá)到冷凝條 件到完全冷凝后 , 其尾部節(jié)能器的冷凝水量比其它 燃料燃燒后都要多得多。這也給充分利用燃?xì)馊紵?后煙氣中水蒸氣的冷凝潛熱提供了良好的條件。 燃?xì)忮仩t尾部節(jié)能器的應(yīng)用就是在一定的可接 受的成本范圍內(nèi) (尾部節(jié)能器不腐蝕或少腐蝕 , 最 大限度地利用燃?xì)馊紵鬅煔庵兴?蒸氣的冷凝潛 熱 , 也就是最大限度地利用燃?xì)獾母呶粺嶂?。這就 與冷凝鍋爐的冷凝問題相同。冷凝鍋爐是在相對(duì)低 的排煙溫度下運(yùn)行的 , 因此冷凝腐蝕的問題就不可 避免的成為一個(gè)重要問題。此處講的燃?xì)忮仩t尾部 節(jié)能器要最大限度地利用燃?xì)馊紵鬅煔庵兴魵?的冷凝潛熱 , 同樣也存

9、在著冷凝腐蝕的問題。如何 解決冷凝腐蝕是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。在該類尾部節(jié)能 器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可采用冷凝段和非冷凝段受熱面。通 常 , 非冷凝段受熱面采用價(jià)格比較低的普通碳鋼材 料 , 冷凝段受熱面采用具有較好耐腐蝕能力但相應(yīng) 價(jià)格卻要高得多的不銹鋼材料。在此類受熱面設(shè)計(jì) 時(shí)如何比較精確地界定冷凝段和非冷凝段 , 也就是 如何使設(shè)計(jì)在保證取得預(yù)想的換熱效果 , 大大提高 鍋爐的熱效率的前提下 , 使非冷凝段的受熱面盡可 能地吸收熱量 , 降低煙氣的溫度 , 減少冷凝段受熱面 材料的使用量 , 同時(shí)又避免引起非冷凝段受熱面可 能出現(xiàn)的低溫冷凝腐蝕 , 或盡可能地減少腐蝕 , 成為 該類尾部節(jié)能器的生命力所

10、在。它直接影響整臺(tái)鍋 爐的運(yùn)行安全和壽命 , 以及整臺(tái)鍋爐的成本和用戶 1. 2 燃油與燃?xì)忮仩t尾部節(jié)能器設(shè)計(jì)的相同之處 目前 , 在常規(guī)的燃油或燃?xì)夤I(yè)鍋爐的設(shè)計(jì)中 , 一般不布置鍋爐的尾部節(jié)能器。特別是小容量的燃 油鍋爐都不布置尾部節(jié)能裝置 , 即使進(jìn)口的燃油或 燃?xì)忮仩t也是這樣。因?yàn)楫?dāng)鍋爐處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí) 仍然會(huì)產(chǎn)生低溫腐蝕的現(xiàn)象 , 這是中小容量燃油鍋 爐不布置尾部節(jié)能器的原因之一。即使布置鍋爐尾 部節(jié)能器 , 為了避免引起鍋爐尾部的低溫腐蝕 , 一般 也將燃油工業(yè)鍋爐的排煙溫度設(shè)計(jì)在煙氣的露點(diǎn)溫 度以上 , 通常 , 排煙溫度的設(shè)計(jì)值都在 160 以上 , 鍋爐煙氣中的余熱沒有充分利

11、用。從我們現(xiàn)有的研究結(jié)果看 , 要實(shí)現(xiàn)燃油或燃?xì)?鍋爐排煙溫度的降低 , 提高燃油或燃?xì)忮仩t熱效率 是可行的?？梢酝ㄟ^在尾部節(jié)能器的管道內(nèi)工質(zhì)側(cè) 的溫度設(shè)計(jì)上想辦法 , 使尾部節(jié)能器的管壁溫度高 于煙氣的露點(diǎn)溫度 , 則可以實(shí)現(xiàn)尾部節(jié)能器不腐蝕 或少腐蝕的目的。若由于某種原因 , 尾部節(jié)能器的 管道內(nèi)工質(zhì)側(cè)的溫度難以保證其管壁溫度高于煙氣 露點(diǎn)溫度 , 也可以設(shè)計(jì)成兩種不同材料的尾部節(jié)能 器 , 管壁溫度高于煙氣露點(diǎn)溫度的部分采用一般材 料 , 管壁溫度低于煙氣露點(diǎn)溫度的部分采用耐腐蝕 材料 ; 也可以設(shè)計(jì)成兩段都是一般材料的尾部節(jié)能 器 , 管壁溫度高于煙氣露點(diǎn)溫度的一段可設(shè)計(jì)成固 定部分

12、, 不更換 ; 管壁溫度低于煙氣露點(diǎn)溫度的一段 可設(shè)計(jì)成可拆卸部分 , 周期更換。在這種思路下 , 就 可以設(shè)計(jì)出排煙溫度盡可能低的高效燃油鍋爐。 為了盡可能降低排煙溫度 , 還要在降低尾部節(jié) 能器阻力上加以研究。因?yàn)槟壳暗娜紵鞯谋硥合?制了現(xiàn)有燃油鍋爐尾部節(jié)能器的布置。需要研究高 傳熱系數(shù)、 低阻 力 的尾 部節(jié) 能 器 (譬如 熱 管換 熱 器 , 在另一方面 , 也可以結(jié)合改造燃燒器 , 使其能 克服整個(gè)鍋爐系統(tǒng) (包括尾部節(jié)能器 的阻力。 2 燃油與燃?xì)忮仩t運(yùn)行工況對(duì)尾部節(jié)能器 的影響因素及對(duì)策由于燃油與燃?xì)忮仩t相對(duì)運(yùn)行成本較高 , 許多 鍋爐用戶都希望盡可能地提高鍋爐的熱效率。因此

13、 有相當(dāng)一部分的燃油與燃?xì)忮仩t用戶在條件允許的 情況下 , 在鍋爐的尾部布置了節(jié)能裝置 ; 此外 , 有部 分的鍋爐制造廠也根據(jù)市場(chǎng)的需要 , 對(duì)較大容量的 燃?xì)忮仩t在設(shè)計(jì)時(shí)就布置了尾部節(jié)能器。在布置尾部節(jié)能器時(shí) , 設(shè)計(jì)者往往根據(jù)傳統(tǒng)的 理念 , 為了避免引起低溫冷凝腐蝕 , 而將排煙溫度設(shè) , 9研究與開發(fā) 燃油與燃?xì)夤I(yè)鍋爐尾部節(jié)能器的設(shè)計(jì)和運(yùn)行特點(diǎn)結(jié)果表明 , 對(duì)于燃?xì)忮仩t來說 , 由于燃?xì)馊紵蟮臒?氣中水蒸氣的含量很大 , 即使是在這樣的溫度情況 下 , 仍然會(huì)產(chǎn)生冷凝凝結(jié)。2. 1 鍋爐負(fù)荷的影響與對(duì)策我國大部分鍋爐不能在額定負(fù)荷下運(yùn)行 , 隨著 鍋爐負(fù)荷的降低 , 鍋爐排煙溫度

14、會(huì)進(jìn)一步降低 , 這就 給尾部節(jié)能器的腐蝕創(chuàng)造了條件。因?yàn)檫@些鍋爐的 尾部節(jié)能器的設(shè)計(jì)都是按照鍋爐的額定負(fù)荷進(jìn)行考 慮的 , 當(dāng)鍋爐處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí) , 鍋爐的排煙溫度就 會(huì)低于額定的設(shè)計(jì)溫度 , 從而使低溫腐蝕現(xiàn)象變得 比較嚴(yán)重。另一種情況是對(duì)于鍋爐容量選用偏大的鍋爐用 戶而言 , 低負(fù)荷運(yùn)行也會(huì)造成鍋爐尾部節(jié)能器或煙 道的腐蝕。對(duì)于新的鍋爐用戶來說 , 在選用鍋爐時(shí) , 應(yīng)盡可能根據(jù)實(shí)際的用熱量選擇鍋爐的容量 , 而不 要選擇超出實(shí)際需求過多的鍋爐。相反 , 在條件允 許的情況下 , 建議盡可能采用多臺(tái)鍋爐聯(lián)合運(yùn)行的 模式 , 確保每一臺(tái)投入運(yùn)行的鍋爐都盡可能處于額 定負(fù)荷狀態(tài)下 , 以避

15、免由于鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí) , 煙氣 溫度過低而造成腐蝕。2. 2 過量空氣系數(shù)對(duì)燃油鍋爐尾部節(jié)能器的影響 與對(duì)策對(duì)燃油鍋爐來說 , 燃油中的硫分在燃燒過程中 大部分形成 SO 2, 在富氧的條件下 , 一部分 SO 2進(jìn)一 步氧化成 SO 3, 而煙氣中的 SO 3在與煙氣中的水蒸 氣結(jié)合成硫酸蒸汽 , 只要尾部節(jié)能器的管壁溫度低 于這個(gè)酸露點(diǎn)溫度 , 尾部節(jié)能器的腐蝕就有條件發(fā) 生。因此 , 在保證鍋爐完全燃燒的情況下 , 盡量不要 采用高過量空氣系數(shù) , 降低 SO 2向 SO 3轉(zhuǎn)化的條件 , 對(duì)防止燃油鍋爐尾部節(jié)能器的腐蝕具有重要作用。 2. 3 熱水供熱對(duì)燃油與燃?xì)鉄崴仩t尾部節(jié)能器

16、的影響與對(duì)策我國常規(guī)的有壓熱水鍋爐的出水 /回 水溫度通 常為 95 /70 , 常壓熱水采暖系統(tǒng) , 通常采用 75 /55 作為熱水采暖系統(tǒng)的運(yùn)行溫度。然而 , 有 一定數(shù)量的鍋爐用戶 , 在實(shí)際運(yùn)行時(shí) , 采用低供水溫 度、 小溫差大流量的運(yùn)行方式 , 鍋爐的進(jìn) /出水溫度 要比上述溫度低得多 , 在常壓熱水鍋爐的運(yùn)行中這 種現(xiàn)象更為普遍 , 甚至有回水溫度只有 40 左右的 情況。在如此低的溫度下運(yùn)行對(duì)燃油熱水鍋爐產(chǎn)生低 溫腐蝕是不可避免的 , 同樣對(duì)燃?xì)鉄崴仩t產(chǎn)生冷 凝凝結(jié)也是顯而易見的。已有過由于鍋爐處于低溫 狀態(tài)運(yùn)行導(dǎo)致鍋爐受熱面低溫腐蝕損壞的報(bào)道。 對(duì)于熱水鍋爐的運(yùn)行應(yīng)盡量 考慮采用有壓系 統(tǒng) , 使系統(tǒng)有較高的運(yùn)行溫度。如果整個(gè)外部系統(tǒng) 要求較低的運(yùn)行溫度 , 或采用常壓運(yùn)行系統(tǒng)時(shí) , 則建 議采用中間熱交換裝置。雖然采用中間熱交換系