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高温烟气可以用来加热助燃空气、燃油及锅炉入口水。
(1)加热空气方案需附设大量风道,增加注汽锅炉高度2m,只适合固定安装蒸发量大的注汽锅炉,考虑到活动式油田注汽锅炉搬迁较频繁,固不宜选用。
(2)加热燃油方案。一台9.2t/h注汽锅炉燃油消耗量约为520kg/h,燃油比热容以1.94kJ/Kg?K计,即使按燃油从40℃加热到90℃,温升达50℃计算加热所需热量也只有14KW,占可利用烟气余热总热量的7.6%,效率很低,故不太适宜。
(3)鉴于活动式注汽锅炉搬迁频繁,不适宜加装大尺寸复杂性高的装置,针对比例最大的排烟热损失,所能利用的热量的方法为利用排烟余热提高锅炉入口水温。以9.2t/h注汽锅炉运行水量为9t/h测算,取20℃锅炉进水比热容为4.175kJ/Kg?K,全部185KW烟气余热可使锅炉进水温度升高20℃。锅炉进水温度升到40℃,进口水温不超过60℃,柱塞泵无须改造即可正常运行。因此,利用烟气余热加热锅炉进水方案应为活动式油田注汽锅炉最佳余热利用方案。
在烟气与水的换热中,换热器的选择主要有普通管式换热器和热管换热器两种。热管换热器是近年来随着热管技术的发展而发展起来的一种换热器。因其管壁温度较高,对防止低温腐蚀和粘结性结灰有利,在低温余热回收利用中得到较快推广。 热管传热技术是国际上60年代以来发展起来的先进、高效传热技术。热管一般由管壳和内部工作液体(工质)组成。管壳是钢制的、抽成真空的密封管壳,工质是经过特殊处理的液体。热管加热段吸收热流体热量,热量通过热管壁传给管内工质,工质吸热后蒸发和沸腾,转变为蒸汽。蒸汽在微小压差的作用下上升至放热段,受管外冷流体的冷却作用,蒸汽冷凝并向外放出汽化潜热,冷流体获得到加热。由于热管内部抽成真空,工质极易蒸发与沸腾,热管起动迅速。
热管换热器是利用热管传热元件制作而成的一种换热器。它可以通过调整热管元件蒸发段和冷凝段外表扩张传热面的大小等手段来调节管壁温度,使之高于烟气露点或避开最大腐蚀区,对防止锅炉尾部的低温腐蚀、积堵灰非常有效。
普通管式换热器与热管换热器的优缺点对比:
优点:
普通管式换热器:1.结构简单,外观简捷
2.耗钢材少,造价较低
热管换热器:1.可避开低温腐蚀,设备寿命较长(5~7年)
2.烟道内换热管干燥不粘灰
3.二次间壁换热,不会造成两侧介质相混现象
缺点:
普通管式换热器:1.无法避免低温腐蚀,设备寿命较短(1~2年)
2.换热管腐蚀穿孔后,会造成进水窜入烟气,使锅炉被迫停炉
3.换热管外壁湿润粘灰,会逐渐加大烟道阻力
热管换热器:1.设备结构较复杂
2.耗钢材多,造价较高
可见,在低温烟气余热回收中由于低温腐蚀的不可避免,普通管式换热器寿命很短。既使改用耐腐蚀材质,但因其壁温太低造成的管壁粘灰亦会加大尾部烟道阻力,甚至堵灰,从而增大清灰工作量。而热管换热器因其真空相变传热方式使壁温较高,设备寿命期长;同时,二次间壁传热等优点又提高了系统的安全稳定性。
综上分析,活动式油田注汽锅炉烟气余热利用方案应选用热管换热器加热锅炉进水为宜。
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