沼氣鍋爐余熱回收技術(shù)的改造分析

羅星星

摘要：隨著沼氣利用技術(shù)的不斷發(fā)展，一種新型的沼氣利用技術(shù)&沼氣發(fā)電燃燒技術(shù)。其原理是利用沼氣作為發(fā)電機(jī)的動(dòng)力源，通過(guò)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，將其安裝在一個(gè)綜合發(fā)電廠中，產(chǎn)生足夠的電能和熱量，供其他領(lǐng)域使用。機(jī)組自備余熱回收裝置，可回收沼氣鍋爐組高溫?zé)煔?、缸套水熱量，用于生物質(zhì)厭氧處理過(guò)程中蒸汽和熱水。

關(guān)鍵詞：廢熱利用;沼氣鍋爐

隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益重視，傳統(tǒng)的以煤和石油為主要能源的模式逐漸被人們所摒棄，而沼氣作為一種新型的清潔能源，其發(fā)展前景廣闊。隨著我國(guó)能源環(huán)境的日益緊張，環(huán)境變得越來(lái)越清潔，節(jié)能是工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，也是一個(gè)大趨勢(shì)，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的余熱資源非常豐富，特別是中、低溫?zé)煔庥酂豳Y源，但是，這部分余熱資源的回收利用效率不高，造成資源的極大浪費(fèi)。為了對(duì)余熱回收方案進(jìn)行優(yōu)化，本論文主要對(duì)沼氣鍋爐組余熱回收進(jìn)行了研究。

本文介紹了一種設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)的沼氣鍋爐回收利用機(jī)組煙氣余熱的高效裝置。該機(jī)組在造紙、酒精、制藥廠、生化車(chē)間，餐廚垃圾等生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。配合沼氣鍋爐組的燃?xì)忮仩t、余熱鍋爐，對(duì)處理這類(lèi)行業(yè)的空氣污染和節(jié)能降耗有著關(guān)鍵意義?，F(xiàn)階段，這類(lèi)行業(yè)整治污垢的首要辦法是使用生化法，在處理中形成大量的沼氣，并將其用以發(fā)電機(jī)組后，排出的廢煙進(jìn)到余熱鍋爐后，對(duì)鍋爐水進(jìn)行傳熱，輸出熱水或蒸氣，再一次運(yùn)用于軟體沼氣池中，以推動(dòng)軟體沼氣池的連續(xù)發(fā)酵，提升沼氣產(chǎn)氣量。

1利用沼氣鍋爐組的余熱

其余熱利用主要包括兩個(gè)方面，一是對(duì)高溫?zé)煔獾挠酂峄厥者\(yùn)用，二是發(fā)電機(jī)組本身制冷發(fā)熱量的運(yùn)用。當(dāng)今，國(guó)內(nèi)發(fā)電機(jī)組不能給予發(fā)電機(jī)組自身制冷發(fā)熱量的運(yùn)用，僅有排煙系統(tǒng)余熱回收。有四個(gè)余熱回收運(yùn)用新項(xiàng)目：

（1）熱水種類(lèi)。用發(fā)電機(jī)余熱回收可制造出90℃-100℃左右的熱水。這個(gè)設(shè)計(jì)方案適用北方地區(qū)必須采暖的地域。

（2）氣體種類(lèi)。選用煙塵余熱回收與吸收式熱泵冷凍機(jī)組，可給予蓄冷負(fù)載。

（3）蒸氣種類(lèi)。煙氣脫硝發(fā)電機(jī)組運(yùn)用煙塵中的廢熱可造成飽和狀態(tài)或過(guò)熱蒸汽，但其產(chǎn)汽量小，產(chǎn)汽量低。舉例來(lái)說(shuō)，一臺(tái)1MW的沼氣鍋爐可生產(chǎn)制造大概1.0噸，充斥著蒸氣壓力0.6MPA的蒸氣，作為蒸氣負(fù)載。

（4）發(fā)電種類(lèi)。依靠發(fā)電機(jī)組的余熱回收，與螺桿膨化機(jī)完成發(fā)電量。一臺(tái)1MW沼氣鍋爐，運(yùn)用排風(fēng)余熱回收，可配備一臺(tái)70kW螺桿膨脹發(fā)動(dòng)機(jī)完成發(fā)電量。

2沼氣鍋爐結(jié)構(gòu)

沼氣鍋爐分燃油燃?xì)忮仩t與余熱鍋爐，先分析如下：

燃油燃?xì)忮仩t一般為臥式內(nèi)燃鍋殼體。其結(jié)構(gòu)形式可分為干背、濕背兩種。背鍋鍋爐的爐膽（爐膛）后部是泡在水中的“濕背”回燃室，這也是干背和濕背兩種形式的最大區(qū)別，濕背式爐膽，回燃燒室吸收的熱能直接傳給水，避免了燒壞問(wèn)題，同時(shí)還能提高鍋爐的輻射傳熱面積和換熱效率，國(guó)際上廣泛使用。

余熱鍋爐一般包括：過(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器及輔助設(shè)備及附件等。余熱鍋爐是利用機(jī)組排出的煙氣送至余熱鍋爐進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽或熱水，以節(jié)省燃料，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)節(jié)能。

一般狀況下，鍋爐均值溫度在20～30℃上下，超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，鍋爐排煙系統(tǒng)溫度一般在180-220℃，鍋爐平均沼氣消耗量150m3（標(biāo)準(zhǔn)）/噸蒸汽，鍋爐運(yùn)行時(shí)間按每年340天計(jì)算，實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)：年沼氣消耗量為l224000m3左右，CO2：排放量為1284.9t。若提升鍋爐熱效，在相同條件下，可降低沼氣耗費(fèi)，降低CO2排出。因此，最大限度地使用廢氣余熱回收，將鍋爐給水溫度由20～30℃加熱至50～60℃，這樣既可合理提升鍋爐的熱效，又減少沼氣耗費(fèi)，并且還可以減少鍋爐排煙系統(tǒng)對(duì)環(huán)境空氣的環(huán)境污染，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的總體目標(biāo)，有益于公司的長(zhǎng)久平穩(wěn)發(fā)展。

3環(huán)保節(jié)能系統(tǒng)原理，構(gòu)造與特點(diǎn)

3.1系統(tǒng)環(huán)保節(jié)能基本原理

對(duì)鍋爐排煙道系統(tǒng)進(jìn)行電加熱器，加熱交換器管中的水，管內(nèi)為排煙系統(tǒng)安全通道，在熱交換器通道加一循環(huán)水泵，使管中的水能夠充足吸熱反應(yīng)，直至環(huán)境溫度做到50-60℃時(shí)再給鍋爐補(bǔ)水。

3.2節(jié)約能源管理體系

原先的鍋爐補(bǔ)水是依照鍋爐控制程序流程由2m軟儲(chǔ)水箱補(bǔ)離心水泵補(bǔ)水，軟儲(chǔ)水箱溫度約20～C。經(jīng)過(guò)技改項(xiàng)目后，提升了一套鍋爐補(bǔ)水設(shè)備，一般選用不銹鋼板隔熱保溫調(diào)整儲(chǔ)水箱補(bǔ)水保溫，不銹鋼板隔熱保溫調(diào)整儲(chǔ)水箱內(nèi)的溫度經(jīng)循環(huán)水泵，熱交換器后不斷升溫，做到溫度50～60℃。這套系統(tǒng)軟件產(chǎn)生問(wèn)題時(shí)，繼電器V1得電，逐漸由軟儲(chǔ)水箱給鍋爐補(bǔ)水，防止供水設(shè)備產(chǎn)生故障造成鍋爐低水位停爐。

在鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行后，原離心補(bǔ)水泵經(jīng)不銹鋼板隔熱保溫調(diào)整儲(chǔ)水箱存儲(chǔ)的軟化水處理提供鍋爐，鍋爐正常點(diǎn)燃形成的蒸氣被送出。因?yàn)椴讳P鋼水箱水位線降至液位儀調(diào)節(jié)儀設(shè)置的低限制值，因此，V251"補(bǔ)水電磁閥V251"水側(cè)打開(kāi)，循環(huán)水側(cè)關(guān)閉，補(bǔ)水燈亮，循環(huán)燈熄滅，系統(tǒng)原有的軟水箱補(bǔ)水，軟水通過(guò)熱水循環(huán)泵和換熱器熱交換后送到不銹鋼保溫水箱儲(chǔ)藏。不銹耐熱水箱

補(bǔ)水過(guò)程結(jié)束，液面上升到開(kāi)始使用液位控制儀。

鍋爐進(jìn)水溫度上升，不銹鋼隔熱保溫調(diào)整儲(chǔ)水箱內(nèi)的水位線達(dá)到水位調(diào)節(jié)儀設(shè)置的高限制值時(shí)，三通補(bǔ)水繼電器補(bǔ)水側(cè)合閉，冷卻循環(huán)水側(cè)開(kāi)啟，循環(huán)系統(tǒng)燈亮了，補(bǔ)水顯示燈滅掉，熱交換器用循環(huán)水泵從不銹鋼板隔熱保溫調(diào)整儲(chǔ)水箱供水，軟化水經(jīng)不斷熱交換器后回?zé)嵴{(diào)節(jié)儲(chǔ)水箱存儲(chǔ)，這種循環(huán)往復(fù)。

最大限度地使用鍋爐煙塵的余熱回收，將進(jìn)水溫度由20～30℃升到50～60℃，使供水溫度有很大提升，這樣既能有效地提升鍋爐的熱效，又能減少沼氣的耗費(fèi)，與此同時(shí)還能減少鍋爐排污的粉塵對(duì)環(huán)境空氣的環(huán)境污染，完成節(jié)能降耗。

3.3環(huán)保節(jié)能系統(tǒng)特點(diǎn)

該余熱回收利用環(huán)保節(jié)能控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，PLC能夠根據(jù)STEP-200開(kāi)發(fā)板控制原鍋爐控制。有效挑選換熱器，能夠保證余熱回收利用的高效率。本體系中的換熱器采取全不銹鋼板三維針肋加強(qiáng)傳熱。JNQZ—12型熱管殼式換熱器，具備傳熱指數(shù)高，傳熱系數(shù)小，抗腐蝕，體型小的特性。此外，還需要考慮到熱交換器的軸向翅片應(yīng)該是中斷式的，這類(lèi)翅片能使煙幕無(wú)論橫著，豎向沖洗，所有針肋拓展表面都能遭受煙塵橫著滲流沖洗并在針肋反面產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定漩渦和流回區(qū)，根據(jù)持續(xù)毀壞，再次產(chǎn)生煙塵熱附面層，使其變軟，進(jìn)而大幅度降低傳熱系數(shù)，提升導(dǎo)熱系數(shù)。JNQZ-2型換熱器有利于加熱爐排煙道熱交換器的安裝，便于技術(shù)改造。

4改革實(shí)施

4.1力學(xué)部分

先支好煙道，切斷煙道，安裝好煙道換熱裝置，然后安裝不銹鋼保溫調(diào)節(jié)水箱和進(jìn)料液位。

進(jìn)料管，液面控制儀;最后切斷軟儲(chǔ)水箱的軟水出水管，安裝旁通閥補(bǔ)水管，循環(huán)自來(lái)水管，循環(huán)水泵，三通電磁閥。在組裝時(shí)，新提升的管路選用電焊焊接和卡箍連接，循環(huán)系統(tǒng)自來(lái)水管和不銹鋼保溫水箱要隔熱保溫處理，全部支撐架和露出部分都需要上漆，防腐蝕。設(shè)定成功后，根據(jù)旁通閥補(bǔ)水管和循環(huán)傳熱管路，將軟儲(chǔ)水箱，不銹鋼隔熱保溫調(diào)整儲(chǔ)水箱，循環(huán)水泵，排煙道熱交換器串接為“內(nèi)+外”循環(huán)系統(tǒng)傳熱系統(tǒng)，用以鍋爐補(bǔ)水。

4.2電力自動(dòng)化操縱

原先的鍋爐PLC控制程序流程全是用STEP7-200程序編寫(xiě)的，為便于控制，把鍋爐排煙道余熱回收利用系統(tǒng)的調(diào)節(jié)部分和原程序做了比較，提升了PLC程序代碼，對(duì)LC程序流程進(jìn)行程序編寫(xiě)。過(guò)程主要參數(shù)的安裝和調(diào)節(jié)設(shè)置不銹鋼板隔熱保溫調(diào)整儲(chǔ)水箱水位線控制參數(shù)，調(diào)節(jié)不銹鋼板隔熱保溫調(diào)整儲(chǔ)水箱一次補(bǔ)水流量，不銹鋼板隔熱保溫調(diào)整儲(chǔ)水箱下限分別設(shè)定，高度限制值，限位開(kāi)關(guān)限制值;用PLC編程器鍵入新的額外程序流程，接好相對(duì)應(yīng)的控線，再進(jìn)行儀表設(shè)備調(diào)節(jié)。在鍋爐正常運(yùn)行后，PLC邏輯性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如果滿(mǎn)足，必須分別對(duì)煙塵余熱回收利用環(huán)保節(jié)能體系的3個(gè)過(guò)程即鍋爐補(bǔ)水過(guò)程，不銹鋼板調(diào)儲(chǔ)水箱補(bǔ)水過(guò)程，

隔熱保溫調(diào)節(jié)保溫水箱水（鍋爐補(bǔ)水）升溫過(guò)程的功能實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)要需注意對(duì)不銹鋼板隔熱保溫調(diào)節(jié)儲(chǔ)水箱有極低限制值的警報(bào)，要立即斷開(kāi)鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)節(jié)。在不銹鋼板隔熱保溫調(diào)整儲(chǔ)水箱出現(xiàn)極低水量時(shí)，電動(dòng)式自動(dòng)化控制箱蜂鳴器應(yīng)同時(shí)警報(bào)。這時(shí)，應(yīng)查驗(yàn)清除鍋爐補(bǔ)水故障，如果是熱循環(huán)水泵或繼電器發(fā)生故障，則自動(dòng)轉(zhuǎn)換鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)，將原供水設(shè)備（軟儲(chǔ)水箱）改成鍋爐補(bǔ)水。維修或拆換繼電器或循環(huán)水泵。每臺(tái)調(diào)節(jié)正常后，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)正常后鍋爐就可以逐漸運(yùn)行，試運(yùn)轉(zhuǎn)。鍋爐排煙道熱交換器運(yùn)作時(shí)，要調(diào)節(jié)水閥的開(kāi)啟度，以均衡調(diào)整熱循環(huán)出水量。

5節(jié)約能源

通過(guò)對(duì)鍋爐進(jìn)行技術(shù)改造，根據(jù)儀表盤(pán)信息表明，鍋爐的過(guò)?？諝庀禂?shù)由220℃減少到120。約為C;鍋爐軟化水的補(bǔ)水溫度由20℃升高到50～60℃。爐內(nèi)熱效從原先的85.22%—87.52%提升到91.42%-93.72%，CO2排出降低6%（煙塵溫度每減少l6℃，鍋爐熱效提升1%，CO2：排出降低l%）。在加熱補(bǔ)水保溫全過(guò)程中，減少了熱能損失，熱效明顯提升，與此同時(shí)降低了沼氣的耗費(fèi)，既減少了電力能源，又減少了煙塵量。

結(jié)語(yǔ)

廢熱回收是一條經(jīng)濟(jì)發(fā)展高效率低能耗的有效途徑，而沼氣工程技術(shù)性把沼氣作為一種綠色能源，它不但能夠耗費(fèi)廢棄物，降低空氣污染，并且還能造成熱量，電磁能，達(dá)到生產(chǎn)制造生活需要，符合可持續(xù)發(fā)展觀的策略要求。

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