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[摘 要]工業锅炉为了避免尾部受热面发生低温腐蚀，排烟温度较高，通常在200℃左右，由此造成大量的能源浪费。利用锅炉尾部烟气余热综合利用技术对锅炉加以改造，可有效控制受热面最低壁面温度高于烟气酸露点，避免结露腐蚀的同时可将排烟温度降至130℃左右，回收烟气余热可提高锅炉热效率4～5%。随着国家能源政策的进一步深化实施，该项技术的推广应用具有相当可观的经济效益和社会效益。
[关键词]工业锅炉；省煤器；空气预热器；露点；腐蚀；壁温；排烟温度；节能
中图分类号：TK229 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2015）37-0056-01
0引言
由于煤、石油、天然气等燃料中均含有硫，燃烧时通常会产生硫氧化物，硫氧化物与水蒸气结合后即形成硫酸蒸汽。当锅炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点（酸露点），就会在其表面形成液态硫酸（结露），导致受热面金属的低温腐蚀。电站锅炉以及大型工业锅炉一般设置空气预热器作为尾部受热面，而小型工业锅炉一般不设空气预热器，部分锅炉只设置了铸铁省煤器。由于小型锅炉常常是间歇给水，省煤器的热效率并不高。为了避免发生锅炉尾部受热面低温腐蚀，小型工业锅炉一般设计排烟温度在170℃左右，实际运行中会更高，甚至达到200℃左右。
2 工业锅炉尾部烟气余热利用节能改造的可行性
一般10t/h以上的工业锅炉在尾部烟道通常布置有省煤器和空气预热器，而空气预热器往往布置于省煤器之后。通过热力计算可知，排烟温度为200℃时，管式换热器（烟气走管内，入口风温20℃）最低壁面温度在100℃左右，而层燃锅炉烟气酸露点往往超过100℃。这就是排烟温度较高的情况下空气预热器仍然发生低温腐蚀的原因所在。
如果控制省煤器和空气预热器的最低壁面温度始终高于烟气酸露点，即使采用普通的碳素钢作为受热面材料，也能够解决低温腐蚀和堵灰问题。首先，为了提高空气预热器的最低壁面温度，将其与省煤器位置互换，并将其出口烟气温度设计值控制在220℃以上。这样，空气预热器的最低壁温将在110℃以上，高于烟气酸露点。其次，无论是常温给水还是热力除氧给水，只要将省煤器进口给水温度加热至110℃以上，就可以使其最低壁温高于110℃，亦高于烟气酸露点。
如尾部烟气余热综合利用节能改造结构示意图所示：卧式空气预热器安装于省煤器上游，卧式安装。烟气走管内，锅炉送风从管外风横向流过。常温给水或热力除氧水经过水水换热器预热后进入省煤器，通过测温仪测得省煤器进口水温。省煤器出口的高温给水回流水水换热器，作为热源预热常温给水之后去锅筒或汽包。通过调节阀可控制旁通水量，从而控制省煤器入口水温在设定值。由此，便可控制省煤器最低壁面温度高于烟气酸露点。同时，由于选取了适当的空气预热器出口烟气温度，空气预热器的最低壁面温度也远离烟气酸露点。至此，整个装置烟气侧受热面的最低壁面温度均处于可调可控状态。经过优化设计，合理分配空气预热器和省煤器受热面，可将锅炉排烟温度降至130℃（控制最低壁温110℃时），并将回收的热量有效用于加热锅炉送风和给水，提高锅炉热效率达5%（以改造前排烟温度200℃计算）。
1—锅炉本体，2—烟道过渡段，3—卧式空气预热器，4——中间烟道，5—省煤器，6—水水换热器，7—调节阀，8—测温仪
尾部烟气余热综合利用节能改造结构示意图
工业锅炉之所以有如此高的设计排烟温度，主要是人们沿用了以往的设计理念，即控制锅炉整体耗钢量指标。我国在进入2000年以前，燃料价格还不高，即使排除低温腐蚀的因素，过低的排烟温度势必造成更高的耗钢量，投入产出比不合理。而现在不同了，随着全球经济的迅猛发展，人们对能源的需求日益扩大，过度的能源开采致使燃料价格直线上升。就我国而言，产煤区的原煤价格从不足百元一吨上涨至数百元一吨。而钢铁价格虽然也有较大幅度的上涨，但与燃料价格的上涨幅度相比就显得微不足道了。因此，通过增加锅炉受热面和钢铁消耗来提高锅炉热效率，具有相当可观的经济效益和社会效益。按现阶段燃料价格和钢铁价格，本节能装置的改造投资在一年内即可从节能收益中回收。
3 应用实例
漯河双汇某公司10t/h链条炉省煤器之后设有热管空气预热器，随着热管的老化和腐蚀失效，每三年左右须更换空气预热器。实际运行排烟温度通常高于200℃。采用尾部烟气余热综合利用技术改造后，技术参数表1：
4 节能效益分析
通常，锅炉排烟温度每降低15℃，其热效率将提高1%。工业锅炉实际排烟温度一般在200℃左右，若控制换热器最低壁面温度不低于110℃，利用锅炉尾部烟气余热综合利用技术可将排烟温度降至130℃以下，降低排烟温度约70℃，可提高锅炉热效率达4%～5%。下面我们以10t/h工业锅炉为例，进行大概的节能效益分析。
式中Q=364kW，为回收热量的千瓦数；
Qp=5000kCal/kg，为原煤的发热量；
ηk=65%，为锅炉效率；
860[大卡/（千瓦时）]为单位转换系数；
HR为设备每年运行时间7200小时。
节煤量达Gc=694吨/年，折算标煤495吨/年。
5 结论
利用锅炉尾部烟气余热综合利用技术，增加锅炉尾部受热面并控制换热器最低壁面温度高于烟气酸露点，在保证锅炉安全可靠运行的前提下，可大幅度降低排烟温度，锅炉尾部烟气余热得以有效回收利用，锅炉热效率将提高4～5%。由于燃煤价格的大幅度上涨，该项技术在工业锅炉上的应用具有相当可观的经济效益和社会效益。按现阶段燃料价格和钢铁价格，节能改造投资在一年内即可从节能收益中回收。
[关键词]工业锅炉；省煤器；空气预热器；露点；腐蚀；壁温；排烟温度；节能
中图分类号：TK229 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2015）37-0056-01
0引言
由于煤、石油、天然气等燃料中均含有硫，燃烧时通常会产生硫氧化物，硫氧化物与水蒸气结合后即形成硫酸蒸汽。当锅炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点（酸露点），就会在其表面形成液态硫酸（结露），导致受热面金属的低温腐蚀。电站锅炉以及大型工业锅炉一般设置空气预热器作为尾部受热面，而小型工业锅炉一般不设空气预热器，部分锅炉只设置了铸铁省煤器。由于小型锅炉常常是间歇给水，省煤器的热效率并不高。为了避免发生锅炉尾部受热面低温腐蚀，小型工业锅炉一般设计排烟温度在170℃左右，实际运行中会更高，甚至达到200℃左右。
2 工业锅炉尾部烟气余热利用节能改造的可行性
一般10t/h以上的工业锅炉在尾部烟道通常布置有省煤器和空气预热器，而空气预热器往往布置于省煤器之后。通过热力计算可知，排烟温度为200℃时，管式换热器（烟气走管内，入口风温20℃）最低壁面温度在100℃左右，而层燃锅炉烟气酸露点往往超过100℃。这就是排烟温度较高的情况下空气预热器仍然发生低温腐蚀的原因所在。
如果控制省煤器和空气预热器的最低壁面温度始终高于烟气酸露点，即使采用普通的碳素钢作为受热面材料，也能够解决低温腐蚀和堵灰问题。首先，为了提高空气预热器的最低壁面温度，将其与省煤器位置互换，并将其出口烟气温度设计值控制在220℃以上。这样，空气预热器的最低壁温将在110℃以上，高于烟气酸露点。其次，无论是常温给水还是热力除氧给水，只要将省煤器进口给水温度加热至110℃以上，就可以使其最低壁温高于110℃，亦高于烟气酸露点。
如尾部烟气余热综合利用节能改造结构示意图所示：卧式空气预热器安装于省煤器上游，卧式安装。烟气走管内，锅炉送风从管外风横向流过。常温给水或热力除氧水经过水水换热器预热后进入省煤器，通过测温仪测得省煤器进口水温。省煤器出口的高温给水回流水水换热器，作为热源预热常温给水之后去锅筒或汽包。通过调节阀可控制旁通水量，从而控制省煤器入口水温在设定值。由此，便可控制省煤器最低壁面温度高于烟气酸露点。同时，由于选取了适当的空气预热器出口烟气温度，空气预热器的最低壁面温度也远离烟气酸露点。至此，整个装置烟气侧受热面的最低壁面温度均处于可调可控状态。经过优化设计，合理分配空气预热器和省煤器受热面，可将锅炉排烟温度降至130℃（控制最低壁温110℃时），并将回收的热量有效用于加热锅炉送风和给水，提高锅炉热效率达5%（以改造前排烟温度200℃计算）。
1—锅炉本体，2—烟道过渡段，3—卧式空气预热器，4——中间烟道，5—省煤器，6—水水换热器，7—调节阀，8—测温仪
尾部烟气余热综合利用节能改造结构示意图
工业锅炉之所以有如此高的设计排烟温度，主要是人们沿用了以往的设计理念，即控制锅炉整体耗钢量指标。我国在进入2000年以前，燃料价格还不高，即使排除低温腐蚀的因素，过低的排烟温度势必造成更高的耗钢量，投入产出比不合理。而现在不同了，随着全球经济的迅猛发展，人们对能源的需求日益扩大，过度的能源开采致使燃料价格直线上升。就我国而言，产煤区的原煤价格从不足百元一吨上涨至数百元一吨。而钢铁价格虽然也有较大幅度的上涨，但与燃料价格的上涨幅度相比就显得微不足道了。因此，通过增加锅炉受热面和钢铁消耗来提高锅炉热效率，具有相当可观的经济效益和社会效益。按现阶段燃料价格和钢铁价格，本节能装置的改造投资在一年内即可从节能收益中回收。
3 应用实例
漯河双汇某公司10t/h链条炉省煤器之后设有热管空气预热器，随着热管的老化和腐蚀失效，每三年左右须更换空气预热器。实际运行排烟温度通常高于200℃。采用尾部烟气余热综合利用技术改造后，技术参数表1：
4 节能效益分析
通常，锅炉排烟温度每降低15℃，其热效率将提高1%。工业锅炉实际排烟温度一般在200℃左右，若控制换热器最低壁面温度不低于110℃，利用锅炉尾部烟气余热综合利用技术可将排烟温度降至130℃以下，降低排烟温度约70℃，可提高锅炉热效率达4%～5%。下面我们以10t/h工业锅炉为例，进行大概的节能效益分析。
式中Q=364kW，为回收热量的千瓦数；
Qp=5000kCal/kg，为原煤的发热量；
ηk=65%，为锅炉效率；
860[大卡/（千瓦时）]为单位转换系数；
HR为设备每年运行时间7200小时。
节煤量达Gc=694吨/年，折算标煤495吨/年。
5 结论
利用锅炉尾部烟气余热综合利用技术，增加锅炉尾部受热面并控制换热器最低壁面温度高于烟气酸露点，在保证锅炉安全可靠运行的前提下，可大幅度降低排烟温度，锅炉尾部烟气余热得以有效回收利用，锅炉热效率将提高4～5%。由于燃煤价格的大幅度上涨，该项技术在工业锅炉上的应用具有相当可观的经济效益和社会效益。按现阶段燃料价格和钢铁价格，节能改造投资在一年内即可从节能收益中回收。