張兆龍

[摘 要]在現(xiàn)代化社會不斷前行發(fā)展的今天，人們對于各行業(yè)節(jié)能環(huán)保的重視程度越來越高。而煉油廠加熱爐排放的高溫?zé)煔?，即使已?jīng)被回收過余熱了，但仍然含有很大的余熱，主要是燃料高熱值中水分的冷凝熱。這種熱量，具有數(shù)量大、溫位低的特點，常規(guī)余熱回收系統(tǒng)無法實現(xiàn)高效回收。

[關(guān)鍵詞]加熱爐；煙氣余熱；回收技術(shù)

中圖分類號：TG307；TK115 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）22-0002-01

引言

在火管鍋爐中，煙氣和水通過與火管壁的間接換熱進(jìn)行熱交換，由于煙氣側(cè)的換熱系數(shù)遠(yuǎn)小于水側(cè)的換熱系數(shù)，所以如何強(qiáng)化煙氣側(cè)的換熱就成了提高火管鍋爐換熱效率的關(guān)鍵點。本文介紹的兩種新技術(shù)，從強(qiáng)化煙氣側(cè)的輻射傳熱和對流換熱兩方面出發(fā)，對傳統(tǒng)的火管鍋爐進(jìn)行技術(shù)改造，提高火管鍋爐傳熱效率，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 煙氣余熱的深度回收

燃料燃燒后，煙氣中還存在一定量的水分。在單位燃料充分燃燒后，產(chǎn)生的煙氣被冷卻到燃燒前的初始溫度時，其中水分以凝結(jié)水的狀態(tài)析出，所釋放的全部反應(yīng)熱的量，被稱為燃料高熱值；而其中的水分仍以蒸汽的形式存在時，所釋放的全部反應(yīng)熱的量，被稱為燃料低熱值。根據(jù)上述的定義，高熱值和低熱值之間所差的就是煙氣中水分的蒸發(fā)潛熱和燃料燃燒時加熱物質(zhì)所需要的熱量（后者一般可忽略）?？梢?，煙氣中的水分，析出量越大，被回收的熱量就越多，加熱爐的燃料熱效率也就越高。然而，在任何工況下，煙氣中的水分都不可能完全析出。當(dāng)某種煙氣組成中的水分含量和煙氣壓力值都一定的條件下，其水的析出量就取決于煙氣的溫度了。對應(yīng)不同溫度下的煙氣，由于能冷凝出來的水的量不同，釋放出的冷凝熱也不同。煙氣溫度越低，煙氣能析出的水量就越大。經(jīng)過余熱回收之后，煙氣中有冷凝水析出，煙氣中的水呈氣液兩相狀態(tài)存在，此時煙氣中被回收的熱量已經(jīng)包含了燃料的部分高熱值，此種余熱回收就可稱為煙氣余熱的“深度回收”。

2 聚能換熱巢在火管鍋爐中的應(yīng)用

聚能換熱巢的位置應(yīng)該設(shè)置于火管尾端，因為彈力較大彈性便是金屬網(wǎng)的特性之一，并且火管呈圓筒狀，將聚能換熱巢做成圓柱形安裝在火管內(nèi)時，其與管壁的接觸非常好，接觸熱阻極??；加上換熱巢很高的比表面積、良好的導(dǎo)熱性能以及對空氣的擾動等作用，火管內(nèi)煙氣側(cè)的傳熱性能得到大大的強(qiáng)化，最大限度地利用了煙氣的熱量。該技術(shù)已在多個火管鍋爐節(jié)能改造工程中應(yīng)用，經(jīng)測試使用高效聚能換熱巢后，煙氣出口溫度從300℃調(diào)整到了100℃左右，節(jié)能率達(dá)到了20%～30%，節(jié)能效果非常明顯。

3 熱輻射強(qiáng)化劑在火管鍋爐中的應(yīng)用

所謂的熱輻射強(qiáng)化劑，可以理解為其是一類對爐膛內(nèi)的熱輻射具有相當(dāng)高的吸收率和發(fā)射率（≥0.93）的功能型高效節(jié)能材料，可適應(yīng)酸性、中性、堿性等多種環(huán)境，通過改善爐內(nèi)熱交換達(dá)到增加熱效率、節(jié)能降耗和保護(hù)爐襯的目的。廣泛應(yīng)用于冶金、化工、石化、機(jī)械、火電、陶瓷等行業(yè)的工業(yè)窯爐、電站鍋爐、民用鍋爐及各種民用炊具等領(lǐng)域。

3.1 熱輻射強(qiáng)化劑原理

以下為原理解析：熱輻射強(qiáng)化劑運(yùn)用表面粉末冶金加強(qiáng)技術(shù)，把相當(dāng)精細(xì)的防護(hù)粉體迅速滲入到金屬表層之內(nèi)，與表層金屬結(jié)合并形成微觀致密的多尺度復(fù)合晶型結(jié)構(gòu)。這種組織結(jié)構(gòu)中，接近金剛石的硬度及接近金屬本體的韌性，使其具有超強(qiáng)的耐磨和抗沖刷能力；極其致密的微觀結(jié)構(gòu)，使其具有完美的抗氧化防燒損作用；穩(wěn)定的復(fù)合晶型結(jié)構(gòu)，使其具有良好的耐高溫特性；完全惰性的特殊復(fù)合表面結(jié)構(gòu)使其具有獨特的耐酸堿腐蝕性。

3.2 熱輻射強(qiáng)化劑在火管鍋爐中的應(yīng)用

強(qiáng)化劑可以在鍋爐固有的結(jié)構(gòu)和燃燒辦法不進(jìn)行變更的狀況下，經(jīng)過提升高火管壁內(nèi)層的輻射吸收率，改善火管內(nèi)煙氣側(cè)的輻射傳熱性能，從而達(dá)到提高煙氣側(cè)傳熱效率目的。此外，應(yīng)用熱輻射強(qiáng)化劑后，火管的內(nèi)側(cè)壁溫相比沒有噴涂強(qiáng)化劑時更加均勻，使得金屬管壁的局部熱應(yīng)力減小，金屬管出現(xiàn)鼓包變形、泄漏等故障的概率降低；同時金屬管壁的耐磨和抗沖刷能力，以及抗腐蝕、抗抗氧化能力也得到了增強(qiáng)，金屬管壁的燒損減明顯減少，有效延長了爐管的使用壽命。

4 與低溫發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)煙氣余熱深度回收

4.1 低溫發(fā)電技術(shù)

運(yùn)用低沸點、高飽和蒸汽壓物質(zhì)當(dāng)作介質(zhì)，與含有廢熱的低溫工程介質(zhì)實施換熱，被蒸發(fā)發(fā)生相變后，變?yōu)楦邏簹怏w，再使之驅(qū)動汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，完成整個熱———電轉(zhuǎn)化過程。它成功地直接將企業(yè)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的低品位的余熱或廢棄的熱能轉(zhuǎn)化為高級能源———電能，因此它是一項變廢為寶的高效節(jié)能技術(shù)。

4.2 煙氣余熱深度回收系統(tǒng)

根據(jù)低溫發(fā)電技術(shù)的發(fā)電原理和設(shè)備特點，將它運(yùn)用到煉油裝置加熱爐中，與常規(guī)的煙氣余熱回收系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成了煙氣余熱深度回收系統(tǒng)，真正做到煙氣余熱的深度回收。

4.3 回收電能的用途

通過對以上二組數(shù)據(jù)的對比分析可得知，常規(guī)余熱回收系統(tǒng)的熱回收手段，僅僅是依靠熱量傳遞的原理，而熱量傳遞的唯一動力就是溫差。這就是低溫位的煙氣熱量大，但常規(guī)方法取不出來，因為光靠預(yù)熱空氣的辦法是回收不掉這么多熱量的。如果能采用煙氣余熱深度回收系統(tǒng)，將多余的熱能轉(zhuǎn)換成電能傳遞出去，就可以完全實現(xiàn)60℃排煙的煙氣余熱深度回收。煙氣余熱深度回收系統(tǒng)仍然應(yīng)以預(yù)熱空氣為主。在一個合理的配置和投資范圍內(nèi)，最大限度地用來預(yù)熱助燃空氣，使助燃空氣的溫度盡可能地高些，更有效地降低燃料消耗。余下的低溫?zé)崃?，就可以發(fā)揮低溫發(fā)電裝置的優(yōu)勢，在其它條件允許的情況下，盡可能地將低溫余熱轉(zhuǎn)換成電能回收。

5 具體方案

通過技術(shù)改造之后，擬定的改造方案大致如下：在Y油田加熱爐配置煙氣余熱回收節(jié)能裝置6套（安排在A轉(zhuǎn)油站3套，B轉(zhuǎn)油站3套）。A轉(zhuǎn)油站目前不能完全使用伴生氣生產(chǎn)，B轉(zhuǎn)油站每日消耗干氣量約2200m3，B轉(zhuǎn)油站夏季停運(yùn)干氣，冬季每日消耗干氣量約2000m3。安裝煙氣余熱回收裝置后可降低2座轉(zhuǎn)油站的耗氣量。在兩個火管的尾端3m處，安置6個聚熱巢（每支火管安置3個聚熱巢，聚熱巢的直徑為800mm，長度1000mm，兩巢間距800mm），將高溫?zé)煔獾臒崮芪詹鲗?dǎo)給火管管壁，提高熱效率。

6 火管鍋爐在應(yīng)用兩種節(jié)能技術(shù)后的效果

目前，火管鍋爐中現(xiàn)已有兩種節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了運(yùn)用----即多功能熱輻射強(qiáng)化劑和高效聚能換熱巢兩種節(jié)能技術(shù)，經(jīng)過實際測量和記錄，經(jīng)過節(jié)能改造后的火管鍋爐節(jié)能效益非常明顯。經(jīng)過節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心對B轉(zhuǎn)由站1#、2#加熱爐進(jìn)行涂刷熱輻射強(qiáng)化劑及安裝聚能換熱巢前后數(shù)據(jù)檢測，B轉(zhuǎn)由站1#加熱爐安裝后加熱爐爐效由安裝前74.05%提高至81.06%，節(jié)氣率8.17%。B轉(zhuǎn)由站2#加熱爐安裝后加熱爐爐效由安裝前72.75%提高至80.01%，節(jié)氣率9.04%。加熱爐爐效平均提高7%左右，平均節(jié)氣率8%左右。如果按照8%的節(jié)能率，加熱爐每年按250天工作時間，平均日耗氣量2000m3，天然氣按1.18元/m3計算，該加熱爐每年可以節(jié)省天然氣40000m3（250天×2000m3×8%），節(jié)約成本4.72萬元（4000m3×1.18元/m3）。在為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時，還減少了溫室氣體CO2排放7.9萬噸，實實在在的做到節(jié)能減排。

結(jié)語

綜上內(nèi)容所述，通過對當(dāng)前的高科技產(chǎn)品充分運(yùn)用，并針對加熱爐實施科學(xué)的聚能換熱，將排放到大氣的煙氣溫度降下來，把燃燒掉的天然氣耗氣量降下來，是節(jié)能減排的重點。

參考文獻(xiàn)

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