【余热利用】熔盐炉烟气的余热利用

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       熔盐炉广泛应用于化肥、三聚氢胺、氧化铝等高温加热生产工艺中,熔盐是由硝酸钾(KNO3)、亚硝酸钠(NaNO2)及硝酸钠(NaNO3)的混合物。热载体炉将粉状的熔盐加热到熔点142℃以上,使其在熔融流动状态下循环使用。最高工作温度可达600℃的高温。
 
       熔盐炉是热载体炉的分支,主要用于400℃以上的介质的换热。熔盐炉内被加热的热载体是液态熔盐,工业上通常用到的熔盐配方为亚硝酸钠(NaNO2)=40%,硝酸钠(NaNO3)=7%,硝酸钾(KNO3)=53%,通常又称为HTS。熔盐炉广泛应用于固碱、三聚氰胺及氧化铝等行业中。由于加热介质温度高,所以熔盐炉出口烟温较高,能达到450℃—500℃。如果如此高的烟气温度不加以利用,不仅能量白白浪费,而且还会造成环境热污染。针对熔盐炉的热力参数,采用合理的余热回收系统,不仅可以有效的降低排烟温度,提高运行效率,节能运行费用,还可以有效降低环境的热污染。
 
一、理论基础
 
       一般采用反平衡法估算熔盐炉的热效率。对于燃油及燃气炉,提高熔盐炉热效率的主要方法是降低散热损失和排烟热损失。
熔盐炉是通过设置内、外保温层的方式降低散热损失。保温层厚度计算必须满足在无风、环境温度为27℃条件下,辐射段、对流段和热烟风管道的外壁不超过82℃,底部外表面温度不超过90℃。通常状况下,基于低位发热量的燃料放热量的散热损失在1.5%—3%。散热损失的热量主要是外壁以对流换热和辐射的方式与环境换热,环境的风速与温度对散热有一定的影响。风速较大时,对流换热系数变大,但是传热温差也变小,所以,真个散热量变化不大。一般熔盐炉散热损失按照2%进行计算。提高热效率的主要途径还是通过降低排烟温度来实现的。一般来说,在相同的过量空气系数下,炉子排烟温度每升高15℃—20℃,热效率大约降低1%。在现场运行中,可以根据现场比值粗略估算熔盐炉的运行效率。实际上,根据燃料不同,此值也是不一样的。要想得到准确的数据,还是需要详细的计算。以某项目2299万KJ/h热媒炉为例,通过计算数据说明。表1为此项燃料特性,表2是排烟温度和排烟热损失的对照表,过量空气系数为1.15.从表2中可以看出,排烟温度没升高20℃,排烟热损失升高0.91%—0.93%另外,在运行中有效的控制过量空气系数,也可以降低排烟热损失。
 
二、熔盐炉余热回收系统
       熔盐炉余热回收系统常见形式有两种:
       1、烟气作为高温热源加热系统外介质,如采用热管蒸发器产生蒸汽或加热导热油等。温度降低后的烟气采用热管空预器与助燃风换热,进一步降低排烟温度。

       2、高温烟气只安装热管空预器与助燃风换热,烟气温度降低后排入大气,两条流程均可完成能量的任务,从流程图上分析不出优劣。现以现场运行3344万KJ/h熔盐炉为例,列举热力参数进行说明,此熔盐炉采用图1方案。表3为3344万KJ/h熔盐炉运行及计算参数。4

从表3及表4的热力参数看出,两种余热回收系统都可以达到设计的排烟温度及热效率。但是,采用图2的系统设计方式计算得出热风温度相当高,导致理论燃烧温度高,从而加速了氮氧化物的生成,对环境造成较有害的污染。两种方案中,烟风系统的压损都是由鼓风机产生的压头克服的。图1方案所需的风机压头远小于图2系统所需压头。图2方案空气侧行程明显多于图1方案,这是造成压降大的原因之一。另外气气换热效率远远低于气液换热,所以图2方案要想达到设计热效率,必须使用较多的换热面积,这是造成压降较大的另一原因。在考虑熔盐炉热效率,降低排烟温度的同时,要详细考察燃料腐蚀性介质含量,详细计算露点温度,在追求高效率的同时要兼顾露点腐蚀的问题。

三、经济性分析 

       对于同一套余热回收系统来说,不仅设计中要重点考虑热效率,降低排烟温度,在运行中也要提高操作水平,及时修补破损保温层,控制过量空气系数等。熔盐炉运行效率提高一个百分点,对于节能及节省运行成本来说很有意义。以3344万KJ/h熔盐炉为例,效率91.2%,需要燃料量为2273m3/h(标准);若效率提高为92.2%。需要燃料量约为2240m3/h(标准)。燃料气为自产气,成本以1元/m3(标准)计算,每年节约费用约26.4万元,节省运行费用数目可观。

四、结论
 
       通过以上案例分析得出结论:
       1、熔盐炉出炉烟气温度较高,采用烟气加热外部介质的余热回收流程不仅可以达到节能的目的,而且也可以有效减少氮氧化物的排放。
       2、熔盐炉负荷较大,提高热效率产生的经济效益越可观。但是,要结合燃料中硫化物的含量,确定一个合理的排烟温度及热效率。一味的追求热效率,而忽略了露点腐蚀的问题,使设备过早腐蚀,降低寿命,会给安全运行带来隐患。
2020年12月9日 09:27
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