兩段式熱管余熱鍋爐在焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)中的應(yīng)用

惠來

摘要：針對焦?fàn)t煙脫硫脫硝系統(tǒng)中降低煙氣溫度來滿足脫硫工藝許用溫度的一項技術(shù)，針對余熱鍋爐選型式，提出兩段式熱管余熱鍋爐，可以提高系統(tǒng)投資的經(jīng)濟性。從傳熱性、設(shè)備結(jié)構(gòu)、換熱原理、系統(tǒng)優(yōu)化等方面闡述了熱管余熱鍋爐的設(shè)計思路。

關(guān)鍵詞：熱管余熱鍋爐;焦?fàn)t煙氣;余熱回收? 脫硫脫硝

一、前言

隨著我國節(jié)能減排的加大，焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝余熱回收利用項目遇到了前所未有的發(fā)展機遇。目前在國內(nèi)脫硫技術(shù)可分為干法和濕法兩種。干法脫硫工藝主要是利用固體吸收劑去除煙氣中的SO2。

本項目擬對山東濟寧某焦化有限公司110萬噸/年焦?fàn)t煙氣進一步進行脫硫脫硝，同步建設(shè)余熱利用回收，實現(xiàn)節(jié)能減排。通過案例分析新型兩段式余熱鍋爐在焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)中的應(yīng)用。它不僅解決了焦?fàn)t煙氣大、易腐蝕的技術(shù)難題，同時也解決了兩臺獨立鍋爐的設(shè)備投資大，系統(tǒng)控制復(fù)雜等難題。

二、山東濟寧某焦化廠110萬焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝余熱回收技術(shù)

SDS 脫硫工藝脫硫劑采用Solvay 鈉基粉，從兩座焦?fàn)t排氣煙道接出的兩路煙氣匯總到一路總煙道，當(dāng)入口煙氣溫度為240℃～300℃時，焦?fàn)t煙氣先經(jīng)余熱回收Ⅰ段降溫至250℃后，再進入SDS 脫硫裝置;當(dāng)入口煙氣溫度≤250℃時，焦?fàn)t煙氣通過余熱回收Ⅰ段旁路煙道直接進入SDS 脫硫裝置;在脫硫煙道上設(shè)置鈉基噴射脫硫裝置，脫硫后煙氣進入下級耐高溫布袋除塵器，除塵器下游設(shè)SCR 脫硝裝置，脫硝后的煙氣再經(jīng)過余熱回收Ⅱ段回收熱量后降溫至165℃引風(fēng)機送入煙囪排入大氣。

（一）工藝流程

1.煙氣側(cè)流程

煙氣首先經(jīng)過Ⅰ段余熱鍋爐、SDS干法脫硫及除塵工藝，去除煙氣中二氧化硫及顆粒物，然后進入中低溫SCR脫硝工藝，脫除煙氣中的氮氧化物。再進入Ⅱ段余熱鍋爐將廢熱煙氣進行余熱交換后由引風(fēng)機送入煙囪排入大氣;余熱系統(tǒng)煙氣側(cè)的壓力損失≤1000Pa。

2.汽水側(cè)流程

工業(yè)鹽水到軟水箱進水口，軟水箱中的軟水經(jīng)除氧水泵送到熱力除氧器加熱到104℃除氧，進入蒸汽聚集器，蒸汽聚集器的水經(jīng)循環(huán)管路與蒸發(fā)器連接，通過與煙氣換熱產(chǎn)生蒸汽，返回到蒸汽聚集器內(nèi)。兩套余熱裝置公用一套汽包。Ⅰ段余熱鍋爐、Ⅱ段余熱鍋爐自然循環(huán)，蒸汽聚集器內(nèi)的汽水混合物通過汽水分離，分離后的飽和蒸汽通過蒸汽出口管連續(xù)外供，用于取暖、化產(chǎn)、并網(wǎng)等各種用途。

（二）焦?fàn)t煙氣的參數(shù)：

成分：O2：4～8%、CO2：5.44%、CO：0.0%、N2：71.06%、H2O：17～19%

（三）工藝條件

（1）年產(chǎn)量：110萬噸/年

（2）最大煙氣量：280000Nm3/h（干）

（3）煙氣最高入口溫度：300℃

（4）煙氣出口溫度：140～160

（5）飽和蒸汽壓力：0.8MPa

（6）回收熱量：28875KW

（7）最大蒸汽流量：12t/h

（四）兩段式余熱鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

焦?fàn)t煙氣先經(jīng)先經(jīng)余熱回收Ⅰ段降溫至250℃后，再進入SDS 脫硫裝置;當(dāng)入口煙氣溫度≤250℃時，焦?fàn)t煙氣通過余熱回收Ⅰ段旁路煙道直接進入SDS 脫硫裝置;

此熱管余熱回收系統(tǒng)主要由一段Ⅰ段余熱鍋爐（翅片管蒸發(fā)器）、熱管蒸汽發(fā)生器、熱管省煤器、蒸汽聚集器、熱管除氧器、上升管下降管等系統(tǒng)組成。煙氣經(jīng)過熱管蒸發(fā)器后經(jīng)過熱管省煤熱器。主要采用高效傳熱元件熱管，較一般余熱回收裝置有許多明顯優(yōu)點（如圖一）熱設(shè)備（蒸發(fā)器和省煤器器）之間有過渡段連接，過渡段上設(shè)有不銹鋼膨脹節(jié)和人孔以滿足設(shè)備的熱膨脹及設(shè)備安裝和停爐檢修時使用。

（五）系統(tǒng)工作原理

1.熱管蒸發(fā)器是由若干根熱管元件組合而成。熱管的受熱段置于熱流體風(fēng)道內(nèi)，熱風(fēng)橫掠熱管受熱段，熱管傳熱元件的放熱段插在汽一水系統(tǒng)內(nèi)。由于熱管的存在使得該汽一水系統(tǒng)的受熱及循環(huán)完全和熱源分離而獨立存在于熱流體的風(fēng)道之外，汽一水系統(tǒng)不受熱流體的直接沖刷。熱流體的熱量由熱管傳給水套管內(nèi)的飽和水，并使其汽化，所產(chǎn)蒸汽（汽、水混合物）經(jīng)蒸汽上升管到達汽包，經(jīng)汽水分離以后再經(jīng)主汽閥輸出。這樣熱管不斷將熱量輸入水套管，通過外部汽一水管道的上升及下降完成基本的汽一水循環(huán)，達到將熱煙氣降溫，并轉(zhuǎn)化為蒸汽的目的。

2.熱管省煤器也是由若干根特殊的熱管元件組合而成，熱管的受熱段置于煙氣風(fēng)道內(nèi)，熱管受熱，將熱量傳至夾套管中從除氧器進來的除氧水，加熱到103℃以上，送至蒸汽聚集器。

（六）系統(tǒng)特點

1.采用熱管作為傳熱元件，整個汽水系統(tǒng)的受熱及循環(huán)完全和熱流體隔離而獨立存在于熱流體煙道以外，這就使本系統(tǒng)有別于一般余熱鍋爐。

2.設(shè)備中熱管元件間相互獨立，熱流體與蒸汽發(fā)生區(qū)雙重隔離互不影響，即使單根或數(shù)根熱管損壞，也不影響系統(tǒng)正常運行，同時水、汽也不會由于熱管破損而進入熱流體。

3.設(shè)計時調(diào)節(jié)熱管兩端的傳熱面積可有效地調(diào)節(jié)和控制壁溫，防止低溫酸露點腐蝕。

4.操作簡單、維修方便、工作可靠，整個系統(tǒng)的熱量輸送過程不需要任何外界動力，故障率低，效率高。

三、余熱回收效益經(jīng)濟分析

（一）能源消耗：

1.軟水：12 t/h，按每噸4元計。

2.電耗：300 kw，按每度0.6元計。（整個系統(tǒng)）

3.人 工 費：5人×4萬=20萬元/年（按5個操作工計算）

四、設(shè)備檢修費：10 萬元/年

（一）能源產(chǎn)出：蒸汽：0.8MPa，10t/h，按每噸170元計。

（二）效益：（-12×4）-（300×0.6）+（10×170）=+1472元/小時

1.全年系統(tǒng)工作時間：330×24=7920小時

2.修改方案后全年經(jīng)濟效益：7920×1472=1165萬元

3.改選方案純利潤：1165-20-10=1135萬元/年

五、結(jié) 語

從上述分析看出，焦化廠焦?fàn)t煙道廢氣脫硫脫硝系統(tǒng)余熱回收項目投產(chǎn)后，可以減排大量的煙塵、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮排放量，達到了減少廢氣排放，改善大氣環(huán)境，創(chuàng)造巨大的環(huán)保效益，同時又能降低能源消耗，每年可利用焦?fàn)t煙道廢氣余熱副產(chǎn)0.8MPa過飽和蒸汽8萬噸。按目前蒸汽價格計算，每噸焦降低生產(chǎn)成本50-80余元，節(jié)約標(biāo)煤49.5萬噸，實現(xiàn)利潤1135萬元/年。

總之，兩段式熱管余熱鍋爐在焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝系統(tǒng)中的設(shè)計應(yīng)用，采用成熟的熱管余熱回收技術(shù)，實現(xiàn)了一舉多得的收益，確實是應(yīng)該大力提倡的節(jié)能減排環(huán)保項目，建議盡快推廣應(yīng)用，為努力提高綜合能效，抓好能源梯級利用，使節(jié)能工作進入嶄新階段。

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