醇基燃料导热油锅炉节能改造技术探析

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[摘要]目前，煤炭和重油等传统能源因对环境污染严重被逐渐禁用，而天然气等清洁能源价格昂贵，因此很多工业企业采用醇基燃料作为替代能源。醇基燃料作为一种清洁能源，其价格虽然低于天然气，但是与煤炭和重油等能源相比成本相对较高，因此节能降耗势在必行。尤其是采用醇基燃料的导热油锅炉排烟温度过高，能源消耗更加严重，如何节能减耗是本文的研究重点。本文通过采用在导热油锅炉尾部加装高效空气预热器等节能措施，回收锅炉排烟余热将助燃空气加热到200摄氏度左右，有效提高了锅炉热效率。通过权威测试报告可知，经过改造后导热油锅炉效率提高了8%以上，节能效果十分显著。

[关键词]醇基燃料；热效率；空气预热器；余热回收；节能效益

1背景

近年来，我国经济和科技发展迅猛，政府高度重视节能与环保工作。各级地方政府经过调研商讨，决定对工业企业采取一系列措施，督促其逐渐淘汰如煤炭和重油等对环境污染严重的能源，并且鼓励使用清洁能源，因此，采用天然气、生物质燃料等清洁能源来替代重油和煤炭将被更广泛地推广应用。其中，由于重油的制取途径广，且热值高，因此大多数工业企业广泛使用重油作为锅炉燃料。此外，工业生产中的加热炉也普遍以重油作为主要燃料，它的主要作用是作为锻炼和熔化的原料。因此，重油占了市场上能源消耗的大部分。但近几十年来，随着工业生产中重油消耗量的不断递增以及价格的持续攀升，导致使用重油进行生产的企业承担了很高的能源成本，而且重油燃烧后排放的烟气也会对环境造成污染。在这样的背景下，随着科技的加速发展，新型清洁醇基燃料出现在市场上，凭借其清洁、优质、高效等优点在工业企业的生产中获得了广泛应用，并开始逐步取代成本高、污染相对严重的重油。由于醇基燃料能够保证锅炉在高效率下运行，同时又能将生产的成本降低(与天然气相比)，同时对环境几乎没有污染，可谓一举多得，是一种理想的清洁燃料。醇基燃料是主要由85%的甲醇和10%的乙醇组成，之后再以一定比例掺混扩散剂、加氧剂、稳定剂、防爆剂等试剂而形成的液体燃料。使用时首先利用高效鼓风机将助燃气体输送进锅炉，然后和醇基燃料充分混合燃烧。在燃烧的同时如H2O2这类加氧剂以及扩散剂可以在醇基燃料燃烧时分解产生氧气，使醇基燃料在锅炉中的燃烧更加完全；此外，由于稳定剂和防爆剂的化学性质可以改变甲醇原本的挥发性较强等特性，因此醇基燃料在添加了稳定剂和防爆剂后可以充分降低甲醇的挥发性。综上所述，醇基燃料具有燃点高、稳定性好、燃烧完全等优点，因此是一种热效率高、使用安全、成本低的可再生新型清洁燃料。清洁醇基燃料的物理性质如下：相对密度0.83(20℃)，熔点为-90℃，沸点为70℃，闪点大于20℃，引燃点大于400℃。醇基燃料的资源丰富、生产成本与其他燃料相比较低，因此十分适合作为企业生产运作中的燃料。甲醇是制造醇基燃料的原材料，其制取技术较成熟，在我国来源渠道广泛，所以醇基燃料非常适合成为重油的替代能源。甲醇的来源主要有两类渠道：(1)煤炭制甲醇。煤炭资源的主要加工生产地为山西等省，储能丰富，而且煤炭制甲醇在我国经过多年的探索发展，已经成为一项领先于世界水平的技术，其产能可观，价格低廉。(2)天然气制甲醇。在我国西部地区地下天然气资源十分丰富并且开发成本较低，因此如青海、新疆等地区成为了甲醇的主要生产地，同样具有产能可观，价格低廉等优势。醇基燃料能有效替代重油等传统能源，因为它不仅价格便宜，而且热值较高，燃烧能产生足够的热量供生产之用，所以是一种清洁卫生、低碳环保的燃料。而且，它的燃烧废气排放物传统燃料相比也存在巨大差别，具体对比如表1。由表1可见，甲醇在醇基燃料中占比达到85%，而乙醇与其它四种添加剂仅占15%，因此，醇基燃料完全燃烧后的主要生成物为二氧化碳和水，这两种物质对环境几乎没有影响，并且醇基燃料燃放后也不会排放黑烟，所以可以有效降低对环境的污染。此外，醇基燃料的优势还包括：在常温和常压的状态下，不需要使用高压钢瓶，只用普通的铁罐和塑料桶封口保存，就可以方便地进行储存、运输和使用。因此，醇基燃料目前已在导热油锅炉上获得了广泛地应用。我国的导热油锅炉其排烟温度普遍在300℃以上，其运行效率实际在70%以下，而国外导热油锅炉效率能达到85%~90%，因此我国与发达国家相比起来十分落后，近7000万吨的标准煤没有完全利用，因此亟待改进。企业生产中造成耗能设备的能量浪费有多种因素，而占大部分的热损失是在烟气排放这一过程中产生的。以导热油炉这一耗能设备为例，通过测试分析得知，其排烟温度已经超过300℃，并且对大量烟气余热充未进行回收利用，使得热损失大大增加，因此这类设备有很大的节能环保余量。随着烟气余热回收技术的逐步发展，本文采用了在导热油锅炉尾部加装高效换热器的节能技术。此技术能在通过换热器时，将烟气内可利用的能量以对流换热方式传递给助燃空气进行回收利用。本文对某化工厂的导热油锅炉改造案例进行了分析，在该锅炉尾部加装了空气预热器，通过对排烟进行余热回收将助燃空气加热到220℃以上，有效降低了导热油锅炉的运行成本。

2国内研究现状

钟式玉等人[1]将热交换器安装在燃气锅炉尾部用来回收烟气余热，有效提高了锅炉的热效率。本研究在燃气锅炉烟道尾部上加装了1个高效节能气-气换热器，节能效果显著，有效地减少了排烟热损失，从而达到了节约能源的目的。石磊[2]对燃用重油的导热油锅炉改烧天然气以及进行烟气余热回收的效果进行了研究，本研究采用的烟气余热回收的技术方案其主要优点在于主要余热被回收后，可以撤掉冷却塔的设置，从而节省了成本和空间。孔永平等人[3]对使用在锅炉上的醇基液体燃料与煤和天然气等传统能源的一些参数对比进行了研究，发现醇基液体燃料在设备成本、燃料经济性和使用成本的综合分析中领先于其它能源。王金旺[4]对锅炉排烟余热回收利用的技术方案进行了研究，结合案例分析，发现在锅炉上采用烟气余热回收技术后，成效显著。不仅经济效益得到了增加，也能减少对环境的污染。薛永明等人[5]对三种不同形式的锅炉排烟余热回收系统进行了经济性研究分析，发现针对锅炉的排烟进行余热回收能够有效提高经济性效益。孙崇东[6]对天然气燃气锅炉进行了综合节能技术的研究分析，本研究提出提高锅炉能效的方法是采用冷凝式和分离式余热回收技术。并通过分析实验数据得知，分离式余热回收技术虽然能高效率回收烟气余热，同时也有因液化烟气冷凝而产生出来酸性液体的缺点，因此这种方法的应用受到严重限制。陈江[7]对锅炉烟气余热深度利用及节能减排技术进行了研究，根据实验结果分析得出以下结论：当将烟气余热深度利用技术投入运行后，一方面既能减少耗能，另一方面又能降低排放物对环境的污染，可谓一举两得。许巧云等人[8]对醇基燃料解决资源短缺这一应用及发展对策进行了研究，本研究给出了醇基燃料未来的发展方向及发展对策，同时可以推动我国醇基燃料市场的良性发展。

3案例分析

某化工厂安装了1台天然气导热油锅炉用于工艺生产，其蒸发量为5t/h，主要用来为生产提供热量。经过对锅炉运行状况精确调研得出的结论如下：(1)设备的排烟温度偏高，达到290℃，同时耗能较严重；(2)燃烧时需要供给的空气量偏大；(3)烟气排放产生的热损失偏大，排烟中O2含量严重超标达到8%。原因分析如下：一是导热油锅炉因排烟温度较高产生了较大的排烟损失，而排烟损失在设备运转总热损失中(包括排烟损失、保温散热损失、燃料未完全燃烧损失等在内的热损失)占比最大，达到了70%~80%，导致锅炉耗能严重；二是通过研究测试发现，当通过一些余热回收技术手段，每当将排烟温度降低15℃时，锅炉的热效率相应会增加1%。因此，采用将高效空气预热器安装在锅炉尾部，利用排烟余热来加热助燃空气的节能方案，可以将锅炉排烟温度由原来的290℃降低到120℃，预计可将锅炉热效率提升接近10%。

4节能改造方案设计

燃用醇基燃料的导热油锅炉节能方案如图1所示：在醇基燃料导热油锅炉尾部加装高效空气预热器，将锅炉排气中的余热进行高效回收，将助燃空气加热到220℃以上，进入锅炉燃烧室中与醇基燃料混合燃烧，使锅炉效率得到极大提升。由锅炉热力计算公式可得，当助燃空气不断升温，锅炉的热效率也随之提高，其中锅炉热力计算的过程在本文中由于篇幅所限不再列出，其计算结果由图2所示：由图2中可以清楚看出，助燃空气温度的升高对锅炉效率的提高有极大影响。当助燃空气加热到200℃以上，锅炉效率提高8.5%左右。

5节能率测试结果

安装了高效空气预热器的醇基燃料导热油锅炉改造前后的测试报告(由权威第三方检测单位出具)如下图：5.1改造前5.2改造后可见经过节能改造后，排烟温度由290度下降到了130度，热效率由83.6%提高到91.5%，热效率提高了8.1%，节能效果极其显著。

6结论

(1)本文经过对化工厂进行实地考察，在已有的数据上进行分析，对燃用醇基燃料的导热油锅炉进行了烟气余热回收的节能方案设计，主要通过加装高效空气预热器来达到烟气余热回收的效果，利用助燃空气充分回收烟气余热。通过锅炉改造前后的权威报告可知，节能效率在改造后提升了8%以上，效果十分显著。(2)节能改造后的节能量计算如下：本5吨导热油年消耗醇基燃料(33486.8kJ/kg)3000吨，按节能率8%计算，年节约醇基燃料(33486.8kJ/kg)240吨，折合节省标煤：240×8000÷7000=274t，节能减排效果明显。(3)项目投资回收期短。年节约醇基燃料(33486.8kJ/kg)240吨，按醇基燃料价格4元/kg算，年节约运行费用：240×1000×4/10000=96万元，对此导热油锅炉进行节能改造共需投资40万元，投资回收期为40/96×12=5个月，也就是说投资回收期不到半年，经济效益十分显著，值得大力推广。

参考文献

[1]钟式玉，朱光羽，刘效洲．天燃气导热油锅炉节能改造技术分析[J]．节能，2019，38(04)：68-69．

[2]石磊．天然气导热油锅炉烟气余热回收分析[J]．机电信息，2016(15)：120-121．

[3]孔永平，燕腾飞，张环平，等．醇基液体燃料在锅炉中的应用研究[J]，．化学工程与装备，2019(04)：183-184+196．

[4]王金旺．锅炉排烟余热回收利用的技术方案选择探讨[J]．能源与节能，2020(09)：62-65+137．

[5]薛永明，樊鹏．三种锅炉排烟余热回收系统经济性分析[J]．能源研究与利用，2020(02)：37-42．

[6]孙崇东．燃气锅炉改造的综合节能技术分析与应用[J]．节能，2020，39(01)：75-77．

[7]陈江．锅炉烟气余热深度利用及减排技术的研究[J]．科技创新导报，2019，16(30)：56-57．

[8]许巧云，杨世东，孔永平，等．醇基燃料应用分析及发展对策[J]．化学工程与装备，2019(09)：217-218．

作者:栾元琦 文水润 吴晓炜 单位:1.广东省特种设备检测研究院清远检测院 2.广东和瑞电力服务有限公司 3.广东工业大学材料与能源学院