余热锅炉发电及省煤器管束清理的技术研究

余热锅炉发电及省煤器管束清理的技术研究

王海龙

山东晨阳新型碳材料股份有限公司  山东  济宁  272000 

摘要：在经济快速发展的背景下，科技水平也在不断进步，人们生活质量逐步改善。在发展过程中也会受到一些制约，因此为了保证整个社会的可持续发展，人们对能源的需求不断变化，集中于开发低碳环保绿色能源。随着燃煤锅炉及小火电的逐渐淘汰、关闭，被余热锅炉，大型核电、风电所代替。余热发电被人们开发利用，尤其是煅烧炉烟气再利用方面得到推崇和使用。余热发电在很大程度上替代了高消耗，污染较高的燃煤发电。例如中国水泥窑余热发电技术经过近十余年的发展有了长足的进步，现已接近国际先进水平。诞生了各种各样的并能满足不同窑型要求的发电系统。

关键词：余热锅炉；省煤器管束清理；研究

引言

余热发电是利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术。余热发电不仅节能，还有利于环境保护。余热发电的重要设备是余热锅炉。它利用废气、废液等工质中的热或可燃质作热源，生产蒸汽用于发电。由于工质温度不高，故锅炉体积大，耗用金属多。用于发电的余热主要有:高温烟气余热，化学反应余热，废气、废液余热，低温余热(低于200℃)等。此外，还有用多余压差发电的；例如，高炉煤气在炉顶压力较高，可先经膨胀汽轮发电机继发电后再送煤气用户使用。余热发电顾名思义是利于余热锅炉对系统、设备、反应器等产生的余热烟气进行回收利用的装置。它由余热锅炉、汽轮机、发电机及其附属设备组成。余热发电类似于燃煤发电的一部分，又比燃煤发电构造简单。类似于垃圾发电和生物质发电，但又比他们更环保。它的优点就是余热利用、能源回收，排放达标、效益可观。随着余热发电的技术日益成熟，国家对能源的重视，对节能减排的扶持，越来越多的可利用余热的企业都意识到了余热发电所带来的效益。

1余热锅炉的特性

余热锅炉，是余热回收利用的转换系统，也是第一个环节。就像行业内老师傅经常说的“只有锅，没有炉”，它的构造及操作比较简单，没有燃烧系统。它的组成为省煤器、上下汽包、水冷壁管束、低压过热器、减温器、高温过热器、主蒸汽管道等。按功能系统分为给水系统、蒸发系统、减温系统、过热系统。它所可以接受的余热烟气包括煅烧炉、回转窑炉、蒸汽发生器、有色冶炼炉、水泥玻璃炉等。在现代工业体系中应用广泛。

2余热锅炉发电的工艺及应用

我单位是利于煅烧炉烟气余热回收利用为能源的余热发电部门，所以锅炉为余热锅炉。余热锅炉与燃煤锅炉有一定的区别，燃煤锅炉有自己独立的燃烧系统、风烟系统、排灰排渣系统。进入换热管束、过热器、对流管束、省煤器的烟气颗粒度相对较小，对换热管束的摩擦及管束之间的堵塞程度较小。而余热锅炉是直接回收利用煅烧炉的高温烟气，没有燃烧系统、风烟系统、排灰排渣系统。余热锅炉串联在煅烧炉出口烟道的末端，与煅烧炉共用一台500KW引风机。用石灰石法脱硫后经湿式除尘器脱硫塔排入大气。达到工业锅炉烟气排放合格标准。

我单位共计2台余热锅炉，1台10t/h，1台8t/h。配备一台3000Kw汽轮发电机组。出线端电压为10.5KV，经高压室设备并入市电电网。瞬时进汽流量10吨，发电量约2000KW/h。现计划购买外单位蒸汽，通过蒸汽管道输送至本部门，采用减温减压器均衡至合理压力后和余热炉蒸汽管道对接，排除热损失消耗，达到进入汽轮机发电蒸汽标准。并入汽轮机进行发电。届时发电量可以发达到到3000KW以上。实现余热利用及外购利用的双赢。

3余热锅炉的工艺及存在的问题

因为工艺特点，长期运行的煅烧炉所产生的高温烟气中存在未燃尽的挥发分和积灰，就会造成锅炉换热管束尤其省煤器堵塞，导致煅烧炉负压不足，开大风机变频开度的话不但会增加耗电量而且影响换热效果。而摆在面前的锅炉省煤器堵塞正是亟待解决的问题。这种带有黏性的积灰很难用一般吹灰的方法除去，为了解决管束堵塞只能采取定期人工用凉水冲洗的方法除掉堵塞物料。经常冲洗锅炉省煤器不但增加了生产工人的劳动强度，而且容易发生烫伤、高空坠落等危险。此办法虽然可以暂时解决省煤器堵塞和煅烧炉负压不足的问题，但也同样带来不良后果。凉水进入锅炉内部，对省煤器造成冷水冲击，降低管束强度和韧性；水汽附着在省煤器上，当省煤器外表面的温度低于烟气露点温度时与烟气中的SO2，SO3反应，形成硫酸雾露珠，造成换热管束表面低温腐蚀，反应式SO2+O2→SO3、SO3+H2O→H2SO4。导致换热管束经常泄漏，必须停炉处理。

4余热锅炉省煤器管束积灰清理方案及达到的效果

4.1省煤器管束积灰清理的方案

为了解决以上问题的方案是重新定做安装材质统一标准为耐硫酸低温露点的ND钢（09CrCuSbND钢）的省煤器，并在满足锅炉汽水循环量的前提下，减少省煤器管束数量，增加管束之间的间隙。有效防止管束积灰和管道低温腐蚀。并且采用压缩空气吹灰装置定期对锅炉省煤器管束进行振打除尘，振打到锅炉底部的积灰在进行定期

清理。此方案利用煅烧炉正在运行的压缩机，不用另外增加设备，采用无缝钢管连接至锅炉储气装置，锅炉南北两侧各增加反应器罐3个，用乙炔作为点火燃料，高温压缩空气作为介质。利用爆破的力量对省煤器进行有效振打。此装置采用PLC控制，一键启动，依次顺序定时启动。实现机械化作业。

4.2省煤器管束积灰清理的效果

根据此建议对锅炉省煤器定期清理系统进行了改造，试运行情况显示，本改造方案不但解决了省煤器堵塞造成煅烧炉负压不足的问题。而且减少了工人与高温设备接触的时间空间，避免了不必要的危险作业。降低了工人的劳动强度，大大减少了作业现场风险隐患和潜在事故发生的机率。因换热管束热效率的提高，增加锅炉产汽量，发电负荷提高50KW/小时，因解决了管束堵塞问题烟气流动阻力减少，500KW引风机变频开度减少5%。以上两项合计节约电量75KW/小时，按市场电价0.8元/KWH计算，每小时节约60元，创造经济效益43200元/月。每年可节约费用51万余元。

5余热发电的前景

现在余热发电行业的技术领先类型，超临界二氧化碳发电系统是超临界二氧化碳液体为郎肯循环系统的工质，以二氧化碳透平专用涡轮机为核心技术的最新余热发电技术。此发电系统在余热发电方面有较宽泛的应用优势，各项技术指标都优于在用的水蒸汽郎肯循环系统和有机郎肯循环系统，特别是在发电效率和设备体积方面有着明显的优势。超临界二氧化碳热机是一种平台技术，目前可提供的功率范围为250kWe至50Mwe的设计，效率可达30%。应用范围包括燃气轮机、固定式动力发电机组、工业废热回收、太阳能热量、地热、混合内燃机等的循环热能。超临界二氧化碳循环发电系统是基于超临界二氧化碳涡轮机为核心技术，以超临界二氧化碳为工作介质的余热发电循环系统，是具有突破性的热机技术。对发展余热发电项目持积极态度。但由于项目投资资金大，技术复杂，致使很多企业想上项目可最终因为资金技术的原因没有上成。鉴于这种情况 现如今国内涌现出不少专业的节能服务公司采用EMC(合同能源管理)模式来投资余热发电，即由节能公司投资资金和采购所需设备、技术来为企业建设余热发电项目，项目产生效益后在效益里回收投资的模式。这种模式即解决了企业资金不足技术不足的缺点，也使平时废弃的烟气，尾气，余热得到合理的利用。同时也使节能公司的资金得到合理的运转，这种双赢模式合作在余热发电项目上越来越受到欢迎。

参考文献

[1]方刚剑.太阳能光伏发电技术及其应用探讨[J].智能城市，2019（11）：81-82.

[2]王维利.全球太阳能光伏政策研究及其产业发展趋势[J].化学试剂，2018（12）：1152-1156.

[3]胡云岩，张瑞英，王军.中国太阳能光伏发电的发展现状及前景[J].河北科技大学学报，2014（01）：69-72.

[4]刘胜俊.电气自动化在集中式并网光伏电站中的应用及发展[J].中国设备工程，2018（19）：180-181.

[5]黄宏伟.电气自动化在太阳能光伏发电中的应用[J].山东工业技术，2018（17）：183.