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傳統的空氣加,預熱裝置
在傳統的一貫作業煉鋼廠中,依工廠的規模大小而配置有數量不等的高爐,轉爐及煉焦爐,這些鍋爐在煉製過程中會產生一些可燃性廢氣,包括煉焦爐煉製過程會產生焦爐氣(Coke Oven Gas; COG),轉爐與高爐煉製時會產生轉爐氣與高爐氣,且轉爐氣與高爐氣混合後稱為混合氣(MG; Mixing Gas,由轉爐氣與高爐氣以1:10比例混合而成)。
一般的業者為了有效地利這些可燃性廢氣,來減少重油燃料不必要的浪費,會依這些可燃性氣體存量的多寡,選擇性的將它們引入鍋爐中做為燃料使用,也就是說,在一貫作業煉鋼廠的鍋爐中,可以同時混燒燃氣與重油等混合燃料。在鍋爐燃燒時,為了加強燃料的燃燒效果,在鍋爐的進氣部份會配置有空氣加熱器及空氣預熱器,以提高空氣進入燃燒室前的溫度,避免燃料的燃燒不完全,以節省燃料消耗並避免設備腐蝕。以下是這個空氣加,預熱裝置配置示意圖:
但當鍋爐剛運轉初期,或低負載時段,因為廢氣的溫度太低,當這些低溫廢氣進入空氣加熱器之後,容易因為廢氣的溫度低於酸露點而使二氧化硫和水在空氣加熱器的管壁產生反應生成硫酸,這些硫酸凝結在管壁會造成管壁的腐蝕,不但影響操作穩定和成效,也因為要更換管路增加了維修的成本,甚至到最後,整個空氣加熱器都要汰換,增加了許多的設備成本支出。
一般為了減輕這種腐蝕現象,工廠會在廢氣的下游安裝測溫計,並在操作規範上設定一個管制值,當廢氣溫度低於此管制溫度時,由人工控制蒸汽供應器打開,供應蒸汽進入空氣預熱器中提升空氣溫度,促使進入空氣加熱器的空氣與低溫廢氣中和,來避免低溫廢氣進入空氣加熱器造成腐蝕現象。但是因為這個管制值是固定的,不能配合多種燃料的組成,變化作調整,所以會產生以下的三種缺失:
能源浪費
當管制值設定過高時,廢氣溫度會時常低於管制值,使得蒸汽供應器要時常供應蒸汽到空氣預熱器中,以提升進入空氣預熱器中的空氣溫度,來避免產生腐蝕現象。但因為管制值設定過高,所以廢氣溫度的提升已超過正常所需,而蒸汽供應器裡的蒸汽大量的釋出,浪費蒸汽能源,不符合經濟效益。
加重空氣加熱器腐蝕
當管制值設定過低時,雖然廢氣溫度已經較低,但因為仍然比管制值高,所以蒸汽供應器不會供應蒸汽加熱進入空氣預熱器中的空氣,就會造成空氣加熱器內的二氧化硫和水在管壁上反應生成硫酸,這些附著在管壁上的硫酸會導致空氣加熱器的腐蝕。
人工操作易產生疏忽缺失
由於蒸汽供應器的供應蒸汽與否是由人工控制,所以實際的操作上易受到人為因素影響,而發生人為疏失的情形。
過去採用溫度指標作為管制值
部份業者因為前述構造的缺失,就研發出一種新的空氣預熱裝置設計來改進,它是採用一個不同溫度指標作為管制值,也就是以廢氣離開空氣加熱器的溫度,與空氣進入空氣加熱器的平均溫度作為設定值的比較對象,並用自動控制方式控制蒸汽供應器的啟閉,以減少人為的疏失。
但是它並不是動態控制操作,仍是固定點控制操作的模式,對於多燃料組成的廢氣溫度變化仍然不能實際反映在管制值的設定上,所以在實際使用上,無法隨著廢氣溫度變化而加以改變管制值設定,就是說蒸汽供應器只能隨著管制值設定與廢氣溫度比較,若不是容易產生提供過量蒸汽加熱空氣,造成蒸汽能源不當的損耗,或就是不提供大量蒸汽加熱空氣,使得空氣加熱器內的二氧化硫和水反應生成硫酸產生腐蝕。
換言之,這個新設計只減少了人為的疏失,但仍然無法有效兼顧能源節省與減少腐蝕。
本發明的改進
所以,混合燃科鍋爐之空氣預熱器的控制方法及其裝置這個發明的主要目的就是在提供一種混合燃料鍋爐的空氣預熱器的控制方法,它能確實反映混合燃料組成比例變動下所對應的酸露點溫度,供管制值設定選擇依據藉以達到兼顧能源節省與減少腐蝕的效果。
另一個目的,則是在提供一種混合燃料鍋爐之空氣預熱器的控制裝置,能適時將空氣加熱,以使該加熱空氣與廢氣溫度中和,消除硫酸產生現象,進而減少設備腐蝕。也就是,這個發明具有下列的優點:
