山東企業定制余熱鍋爐 *節能 高質量服務

1煙氣余熱回收系統設計計算
1.1節能量
低溫冷源和強化換熱是在回水溫度較高的集中采暖系統中余熱回收所面臨的兩個嚴峻問題［5］。在安裝之前須根據現有冷源及排煙溫度進行節能效益計算。節能量，在初步設計階段認為是煙氣與水換熱的過程中所釋放的熱量。在外保溫良好的情況下忽略熱傳遞的影響，這部分熱量全部由系統水回收到供熱系統中。
在工程設計中采用下式計算：
q=m(hi-ho)-qc
（1）
式中：q-節能量，即煙氣側放熱量，kw；m-通過煙氣余熱回收設備的煙氣質量流量，kg/s；hi-煙氣進口比焓，kj/kg；ho-煙氣出口比焓，kj/kg；qc-煙氣放熱過程中產生的冷凝水所帶走的熱量，kw。
1.2節能率
節能率是指節能量占鍋爐輸入熱量的比值。
a=q/bh
（2）
式中：a-節能率，%；q-節能量，kw；h-燃氣低位發熱值，kj/nm3；b-燃氣消耗量，nm3/h。
2煙氣余熱回收設備的設計安裝
2.1 節能設備煙路安裝方式
在煙氣余熱回收設備運行過程中，冷凝水的排放是非常重要的問題，而影響冷凝水排放的一個關鍵因素就是節能設備的煙路安裝方式。對直通型節能設備而言，通常有兩種安裝方式，即水平安裝和豎直安裝。見圖1、圖2。
1）設備水平安裝
對水平安裝的節能設備而言，換熱過程中煙路的低點即為設備本身，該種情況下只要設備本身開放冷凝水孔并且冷凝水順利排出，并不會產生冷凝水回流倒灌的情形。
2）設備豎直安裝
豎直安裝的節能設備，煙氣由下而上進入設備。設備煙路入口處是凝結水大量集結的位置。而對于普通彎頭式安裝方式冷凝水勢必會沿彎頭進入原煙道，產生的危害一是冷凝水流程過長，加大了被高溫煙氣二次加熱的時間，減小了回收熱量，二是不利于冷凝水排放，易造成冷凝水回灌，影響鍋爐壽命。因此，在安裝時充分考慮到現場的情況，可以將彎頭改成三通的形式便于收集冷凝水，在接口處設置導流板，可以減小煙氣流動阻力。
3）關于煙路的旁通
對于利用節能設備回收煙氣中熱量的節能方式，在現場條件允許的情況下，安裝煙路旁通是非常有必要的。一旦節能設備發生故障，煙氣可以通過旁通順利排出，不會影響鍋爐的正常運行。但需要注意旁通支路煙道閥門內部的嚴密性。如果旁通煙道閥門嚴密性不夠，會造成部分煙氣通過旁通排出，通過節能設備的煙氣量減少，降低整體節能率。
2.2冷凝水滲漏問題
由于高溫煙氣經過節能設備后，已經達到或極為接近煙氣露點溫度。稍有溫降就會有冷凝水析出，如果設備出口與煙道間或煙道連接處密封不嚴就會有冷凝水滲漏。因此，建議節能設備出口之后的煙道采用全焊接連接，且調整好煙道的整體坡度，在低點位置設置冷凝水排放口。
2.3儀表附件安裝
通常情況下，節能設備安裝要求在煙路、水路進出口安裝溫度計、壓力計。可通過節能設備進出口煙溫、進出口水溫初步判斷節能效果，也可通過儀表數據進行較的節能效果計算。通過大量的現場實例觀察、測量，發現多數煙路的溫度計、壓力計顯示數值與實際并不相符。
溫度計、壓力計等附件的安裝應符合以下要求：
1）測溫元件應安裝在介質溫度變化靈敏和具有代表性的地方，不應安裝在管道和設備的死角處[6]。對于圓形煙道，在煙道橫截面上煙氣溫度呈階梯性分布，越接近軸中心位置的煙氣溫度越高，因此合適的煙路溫度表插深與煙道直徑有關。
2）為了避免或減少溫度計的套管所產生的阻力對被測壓力的影響，取壓口應選在溫度及安裝位置之前[6]。
3）壓力測點應選在管道的直線段介質流速穩定的地方[6]。多數節能設備進出口處的煙箱采用天圓地方形式，當儀表安裝在煙箱處，尤其在角落處，此處易形成渦流，測得的壓力值并不準確。
4）取壓裝置端部，不應深入管道內壁[6]。壓力是指介質對管道內壁產生的靜壓力，如壓力表端部深入管道內部，煙氣的流動造成壓力測量值為動壓和靜壓之和，造成誤差。
3煙氣余熱回收設備的系統運行
3.1運行前的準備工作
1）新裝節能設備在初次運行前要對設備做后的檢查，包括設備外觀、煙路、水路閥門的啟閉狀態，冷凝水管口是否有堵塞等。
2）開啟水側閥門后須觀察系統流量的變化，若系統改造對系統有較大的流量影響須調整水泵的運行工作點。
3.2系統運行注意事項
1）對于與鍋爐并聯的節能設備，一般情況下進出設備的水側流量較鍋爐而言較少，此時需要調整設備進水流量，控制節能設備進出口水溫差在10~20攝氏度左右。
2）當節能設備水側設計流量較大時，安裝方式可以選擇在鍋爐回水管上與鍋爐串聯，此時通過節能設備的流量較大，需通過旁通管路調節閥來控制，以對系統整體循環流量影響不大為宜。
3）若節能設備采用與板換并聯的方式，需注意調節設備進水量與板換進水量之間的比例。尤其在初末寒期，鍋爐間歇運行的情況較多，鍋爐達到停爐溫度停止運行，二次水經過節能設備并無溫度提升，之后與來自板換的二次水混合后進入用戶，若此時經過節能設備流量較大，會較大幅度地降低用戶側溫度。
另一種解決方式是節能設備水路安裝電動閥門，與鍋爐設置聯鎖，當鍋爐自動停爐時閥門自動關閉，停止設備的運行。這種方式可以根據鍋爐的啟/停自動控制設備水路的流動，但會增加初投資。
4實例分析
2017年非供暖季對公司多個項目加裝煙氣余熱回收節能設備進行節能改造。經過17-18采暖季運行及測試得到相關數據，見表1。
表1中 “節能率”數據為三次測試結果平均值。測試方式：在鍋爐正常運行狀態下記錄t1時刻燃氣表標況讀數m1（m3）、節能設備水路熱計量表累計熱量讀數q1(kwh)，維持鍋爐穩定運行，記錄t2時刻燃氣表標況讀數m2（m3）、節能設備水路熱計量表讀數q2(kwh),一般情況下，t2-t1不小于60min。
節能率計算公式:
其中：a-節能率，%；
h-燃氣低位發熱值，kj/nm3。
結合測試、計算得到的節能率數據及現場安裝、系統的形式，對以下幾種因素對節能效果的影響進行了對比分析。
1）水系統連接方式對節能率的影響
由圖3節能設備與鍋爐串聯、與板換串聯的項目平均節能率分別為9.17%、7.16%，與鍋爐并聯、與板換并聯的項目平均節能率分別為6.49%、5.99%，可以得出串聯連接的項目節能效果要明顯高于并聯連接的項目，這是由于串聯的連接方式允許通過節能設備的流量更大。但這并不僅僅取決于系統的連接形式，更加取決于不同廠家對設備的設計允許流量。若強行改變水系統形式，加大通過節能設備的流量可能造成系統阻力過大。
2）煙路安裝方式對節能率的影響
由圖4可以看出，橫向安裝節能效果略高于豎向安裝，但整體相差不大。在安裝時推薦橫向安裝，有利于冷凝水排放。但若現場條件有限，豎向安裝的情況也很常見，安裝施工可。
圖4 煙路連接方式對節能率的影響
3）設備的材質種類對節能率的影響
由圖5可以看出，不銹鋼材質的節能設備節能效果要優于鋼鋁復合材質，板式換熱器的節能率介于兩種翅片管式換熱器之間。材質不同影響的主要是設備的使用壽命。這兩種金屬材質導熱性能相差并不大，換熱過程主要是對流換熱，與流體的流動形式有關。
在汽水換熱過程中，由于水蒸氣冷凝析出，在金屬表面形成薄的水膜，這種薄膜換熱效果更優于普通對流換熱。不同生產廠家設備的設計、生產工藝、制造水平的高低等多種因素都會對整體換熱系數產生影響，從而造成節能率差異較為明顯。
4）煙側放熱量與水側吸熱量對比分析
節能率測試過程中，測試人員不僅對熱量表、燃氣表關鍵數據進行測試，而且對節能設備進出口煙溫、水溫及流量進行記錄。通過以上數據計算出煙側放熱量和水側吸熱量，見圖4。可以發現煙側放熱量與水側吸熱量基本持平，但也有個別項目相差較大，如項目c、項目f、項目g。
項目c現場測試得到的節能率為11.09%，現場實測節能設備出口煙溫45攝氏度，與其他項目相比較低。當煙氣溫度降低到濕煙氣露點溫度之后，回收的大部分為冷凝潛熱，而這部分潛熱在理論計算時難以與實際狀況完全一致，導致煙側放熱量理論計算值偏低。
項目f和項目g均屬于煙側放熱量比水側吸熱量大很多，即煙氣放出的熱量沒有完全被水吸收。項目g屬于煙風系統阻力較大，在安裝節能設備之后，須打開一部分旁通煙路系統才能正常運行，因此一部分煙氣被旁通掉了。而項目f在采暖季結束后對煙路進行檢查改造，發現安裝在旁通煙路的煙道閥嚴密性較差，造成一部分煙氣被旁通，節能效果較差。因此在施工安裝過程中，要注意旁通煙道閥的嚴密性。