定型工艺加热方法研究

    摘 要：染整皮革行业在后整理阶段均存在定型工序，其中大部分定型工艺需要的热风温度超过200℃，早期的热媒使用导热油，随着小型工业锅炉的退出以及工业园区热电联产集中供热的普及，逐步以中压蒸汽替代了导热油。中压蒸汽替代导热油虽然可行，但由于蒸汽压力提高，影响到热电联产机组的热经济性。本文提出用低压蒸汽+导热油的复合加热方法，将二者的优势集合，并将二者不足互补，以最大化发挥热电联产的优势，并以最低成本满足定型工艺的要求。

    关键词：导热油加热；蒸汽加热；复合加热

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.024

    0 前言

    蒸汽加热被广泛应用于工业生产。上世纪九十年代开始，由于蒸汽凝结水没有回收，饱和蒸汽需要疏水等原因，特别是染整皮革行业后整理阶段定型加热工艺所需要的热风温度温度较高，低压饱和蒸汽的热媒温度达不到工艺要求，因此逐步用导热油作为热媒替代蒸汽。2000年之后，随着工业企业退城入园，工业园区推广热电联产集中供热，特别是国家能源产业政策要求分散工业小锅炉逐步退出供热舞台后，中压蒸汽替代导热油成为新的趋势。实践证明中压蒸汽替代导热油是可行的，但蒸汽压力提高影响到热电联产机组的热经济性。本文提出一种复合加热方法，即用低压蒸汽加热到一定的温度，然后用导热油接续加热到工艺要求的温度，导热油复合到蒸汽锅炉中一并生产，最终实现低壓蒸汽与导热油的复合加热方式，满足工艺要求，既提高热电机组热经济性，又可以降低热用户用热成本，达到一个多赢的局面。

    1 导热油加热

    （1）导热油加热介绍。以导热油作为传热媒介，通过锅炉加热到260～280℃，输送到用热设备进行换热，换热后（温度降低约20℃）再循环回锅炉。如此不断强制液相循环，加热过程热媒没有相变。

    （2）导热油加热的优点。①在低压的条件下可以加热到较高的温度，加热、换热系统压力等级低；② 闭式循环，热损失小；③ 可以较精确控制热风温度。

    （3）导热油加热的缺点。①在系统泄漏的情况下，导热油与明火相遇会燃烧；②需要闭式系统运行，但实际运用中很难做到，因此运行一段时间后结焦积炭现象不可避免，需要定期补充或更换导热油；③强制循环需要大量耗功。

    2 中压蒸汽加热

    （1）中压蒸汽加热介绍。由于1.0MPa（g）以下蒸汽温度不会超过184℃，达不到定型工艺要求的温度，需要提高蒸汽压力以提高蒸汽温度，所以一般中压蒸汽压力是2.9MPa（g）左右，可以保证定型热风温度达到200℃以上。

    （2）中压蒸汽加热的优点。①取消导热油，防火等级降低，安全等级提高；②实现热电联产，热能梯级利用；③可以替代生产导热油的工业小锅炉。

    （3）中压蒸汽加热的缺点。①换热装置压力等级提高；②从汽轮机中间抽汽，影响机组热经济性；③ 园区集中供热需要有二种以上压力等级的供热网。

    3 蒸汽与导热油接续加热

    （1）总体思路。将定型机换热器分成两段，低温段用低压蒸汽加热，可以将热风温度加热到160℃，高温段用导热油加热，将热风温度加热至200℃以上。如图1所示。

    （2）热源方案。利用循环流化床蒸汽锅炉，复合导热油受热面，充分利用循环流化床锅炉煤种适应性广、燃烧效率高、低氮燃烧且可以进行炉内部分脱硫的优点，弥补了小型链条锅炉生产导热油的缺点。因此采用蒸汽锅炉复合导热油的热源方案。

    （3）方案特点。①可利用常规集中供热1.0MPa（g）的低压蒸汽，蒸汽成本低；②因为只使用低压蒸汽，新蒸汽热化发电率提高；③蒸汽导热油复合生产，锅炉效率高；③可以替代产出导热油的工业小锅炉；⑤用导热油加热高温段，可以较精确控制热风温度。

    4 蒸汽+导热油复合锅炉

    由于导热油泄漏后遇火燃烧，循环流化床锅炉又存在短周期磨损的固有特点，因此选用既有循环流化床锅炉高效燃烧、低氮排放，又相对于常规循环流化床磨损低很多的循环双流化床锅炉做为蒸汽复合导热油的炉型。

    4.1 循环双流化床锅炉

    循环双流化床锅炉是一种改进了的循环流化床锅炉，其最主要特点就是有两个流化床，一个燃煤的主床，一个专烧飞灰的副床（见图2）。

    （1）主床：主床内没有埋管，流化速度较高。煤由螺旋给煤机送入主床密相区，迅速与高温床料混合后着火燃烧，空气由高压主床风机通过布风装置送入，并使床料流化，大部分燃料在密相区燃烧。高温烟气夹带大量飞灰离开密相区进入悬浮室，未燃烬的烟气与飞灰在炉膛内继续燃烧。（2）副床：副床位于悬浮室之后，燃烬室的下部，副床烧灰，流化速度很低，只有1m/s左右，是低速飞灰床，床内设有埋管以充分利用埋管传热。副床灰来自三部分：①烟气从悬浮室转向到燃烬室时，粗颗粒的高温灰被分离，直接进入副床燃烧。②烟气在燃烬室再次转向，一部分飞灰被分离掉进副床。③在燃烬室后布置旋风分离器，旋风分离器分离下来的飞灰，经返料装置送至副床。（3）炉膛：炉膛分割成三室，组成折叠式炉膛，烟气在炉膛内作N形流动。（4）煤粒子的燃烧需要一定的时间，这就需要炉膛有一定的高度，对于小容量锅炉来说恰恰是个局限。而循环双流化床组成折叠式炉膛，烟气流程很长，满足了旋风分离器一次不能捕捉的细灰的燃烧要求，而烟气多次转向造成的扰动，使烟气混合很好，增强了扰动效果。（5）用副床烧灰有几大优点：①飞灰在副床内平均有半小时以上的燃烧时间，飞灰在副床内燃烧得非常完全，副床灰中可燃物含量低于2%；②副床通过排灰及冷灰装置排灰，与主床排渣冷渣装置相似，排灰量约占总飞灰量的一半，这样就减少了尾部飞灰份额，降低锅炉初始排尘浓度，即使烧劣质煤，也容易达到初始排放浓度的排放标准，③飞灰在炉内不需无限循环，炉膛烟道中飞灰浓度仅为一般循环床锅炉的几十分之一，这对保护受热面免受飞灰的磨损非常有效，循环双流化床锅炉蒸发受热面与尾部受热面的使用周期是常规循环流化床的五倍以上。 （6）以上这些特点，特别是尾部飞灰份额的降低，对于尾部竖井布置的受热面能得到很好的保护的特点，因此选择循环双流化床锅炉做为复合导热油的首选炉型。

    4.2 复合导热油受热面

    在锅炉尾部受热面中，将烟气侧分为多个流程，一部分受热面是工质为导热油的省煤器，一部分是工质为水的省煤器，在烟气流程的出口设独自的烟气调节门，每个流程的烟气量可以通过风门来调节。烟气通道的分割采用锅炉的膜式水冷壁结构，每个烟气调节门为多轴风门并联，通过调节风门的旋转角度对烟气量进行调节。通过风门调节蒸汽、导热油烟道中的烟气流量，从而调节导热油的负荷与蒸汽负荷，保障锅炉启动和运行中的安全性和可靠性。该型锅炉由四川东方锅炉工业锅炉集团研发，已有成功应用案例[1]，如图2所示。

    5 蒸汽导热油复合加热的节能分析

    以单个热用户耗10t/h中压蒸汽加热为例评价节能效果。

    10t/h中压（2.9MPa.g）蒸汽加热方式与低压蒸汽（1.0MPa.g）7.9t/h+导热油107.3万kcal/h等效， 每吨蒸汽在高温高压背压式机组中从2.9MPa.g做功到1.0MPa.g，可多发电30.3 kW，10吨蒸汽可多发电303kW，以年运行7200小时计，年可多发电量218万kWh。

    高温高压背压机组供电标煤耗为170g，全国火力发电平均供电标煤耗318g，每kWh节约标准148 g，年多产出218万kWh的电能可节约标准煤323吨。

    6 结语

    一个工业园区在合适的供热半径内替代十家热用户，将替代约100吨中压蒸汽，节约标准煤3230吨。如果推广到100个工业园区，年可以节约一次能源32万tce，有较好的节能效果。

    参考文献：

    [1]王钢.东锅蒸汽复合导热油锅炉介绍[R].

    作者简介：方桂平（1965-），男，福建浦城人，工程硕士，高级工程师，研究方向：热电联产区域规划、热电联产及余热发电技术。