相變換熱工業(yè)鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)分析

張志剛

摘 要：鍋爐排煙熱損失巨大，如何能夠降低排煙溫度而又保證不發(fā)生酸露腐蝕，一直以來是業(yè)內(nèi)的一大難題。文章對新型相變換熱鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)進(jìn)行了比較分析，其采用相變換熱方式，可有效降低排煙溫度，并實現(xiàn)壁溫可調(diào)，具備較高的熱效率和抗腐蝕性能。

關(guān)鍵詞：余熱回收；相變換熱；酸露腐蝕

引言

據(jù)統(tǒng)計，我國有約三分之二的能源被鍋爐消耗掉了，全國80%的工業(yè)用煤用于鍋爐燃燒。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鍋爐技術(shù)在近百年中不斷地改進(jìn)和提高，現(xiàn)代大型鍋爐的效率已經(jīng)接近極限。鍋爐的熱損失主要包括排煙損失、化學(xué)不完全燃燒損失、機(jī)械不完全燃燒損失、散熱損失、灰渣物理熱損失等項目。其中，排煙損失是最主要的部分，約占整個鍋爐熱損失的70%～80%。一般地，排煙溫度每降低15℃，可使鍋爐熱效率提高1%。因此，降低排煙溫度是提高鍋爐效率的最有效的途徑。

鍋爐排煙損失作為鍋爐效率損失最大的部分無疑是進(jìn)一步提高鍋爐效率的方向。但是，鍋爐專家在降低排煙溫度的探索中遇到了不可逾越的障礙，即煙氣酸露點。排煙溫度低于煙氣中SO3的露點時，在受熱壁面上會凝結(jié)酸露，低溫酸露出現(xiàn)，會導(dǎo)致腐蝕漏風(fēng)與積灰（結(jié)露性），其危害極大：一方面導(dǎo)致漏風(fēng)，既增大風(fēng)機(jī)電耗，又造成爐膛缺風(fēng)，使燃燒惡化，熱效率降低。另一方面導(dǎo)致積灰，使受熱面換熱能力下降。積灰嚴(yán)重時會形成堵灰，不僅影響傳熱，而且可能因煙道阻力劇增而限制鍋爐出力，甚至被迫停爐。如何能夠降低排煙溫度而有保證不發(fā)生酸露腐蝕，一直以來是業(yè)內(nèi)的一大難題。

文章對新型相變換熱鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)進(jìn)行了分析，并通過與傳統(tǒng)技術(shù)比較，得到其性能及可行性等的相關(guān)結(jié)論，供有關(guān)技術(shù)人員參考。

1 傳統(tǒng)的設(shè)計方法

保證鍋爐尾部受熱面不發(fā)生低溫腐蝕的核心是控制換熱器最低壁面溫度高于煙氣酸露點的溫度。

在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中，最低壁面溫度取決于煙氣酸露點的溫度和預(yù)熱空氣的最低溫度。例如，一臺鍋爐的空氣預(yù)熱器是末級受熱面，空氣側(cè)進(jìn)口溫度為25℃，排煙溫度為150℃，根據(jù)空氣側(cè)和煙氣側(cè)對流換熱系數(shù)可以算出則空氣預(yù)熱器最低壁面溫度70℃。一般地，在冷空氣溫度一定的情況下，設(shè)計排煙溫度大約是最低壁面溫度的2倍。

2 相變換熱技術(shù)原理

相變換熱煙氣余熱回收系統(tǒng)由傳統(tǒng)的間壁式換熱器和相變換熱器組合而成，其核心是相變換熱器。相變換熱器利用介質(zhì)相變過程中溫度不變的特性，具有在整個換熱器沿程壁面溫度恒定的優(yōu)良特性。相變換熱器分為蒸發(fā)換熱面、冷凝換熱面、上升管、下降管、汽水分離裝置兩部分。蒸發(fā)換熱面內(nèi)部的液態(tài)介質(zhì)吸收煙氣熱量而變成汽水混合物上升，經(jīng)過汽水分離裝置后，汽體上升進(jìn)入冷凝換熱面，在其中放熱加熱外部的冷空氣后凝結(jié)后匯集到汽水分離裝置。介質(zhì)在相變換熱器內(nèi)部依靠密度差形成自然循環(huán)。

相變換熱器技術(shù)通過改變鍋爐排煙溫度和最低壁面溫度的函數(shù)關(guān)系，巧妙地化解了降低鍋爐排煙溫度與酸露點腐蝕的矛盾，較好地解決了鍋爐排煙溫度難以降低的難題。實現(xiàn)了在保證鍋爐尾部受熱面不結(jié)露的情況下，將排煙溫度降至極限，從而大大提高了鍋爐效率。

相變換熱器能夠?qū)崿F(xiàn)排煙溫度僅比最低壁面溫度高15℃。相比傳統(tǒng)設(shè)計方法，能夠?qū)㈠仩t排煙溫度穩(wěn)定降低30～100℃，回收的熱量可用于鍋爐送風(fēng)預(yù)熱，也可加熱鍋爐凝結(jié)水，冬季也可用于加熱冬季廠區(qū)供暖水系統(tǒng)?？蓪崿F(xiàn)鍋爐效率提高2%～7%。而且對于越是排煙溫度高的鍋爐的節(jié)能效果越顯著。

相變換熱器可以通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)冷源的流量，調(diào)節(jié)換熱器金屬受熱面最低壁面溫度，使其具有相當(dāng)幅度的調(diào)節(jié)能力，使排煙溫度和壁面溫度保持相對穩(wěn)定，并能適應(yīng)鍋爐的燃料品種以及負(fù)荷變化。

3 結(jié)束語

相變換熱器最低壁面溫度整體可控可調(diào)，并可在保證受熱面不結(jié)露的前提下降低排煙溫度，有效提高設(shè)備熱效率和防腐能力。可廣泛適用于電力、石油、化工、冶金、石化、紡織、醫(yī)藥等行業(yè)的各種燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t、窯爐、注汽爐、加熱爐及各種換熱設(shè)備之中。應(yīng)用前景廣泛，推廣潛力巨大，尤其適合燃用高硫分燃料，排煙溫度較高，尾部受熱面腐蝕嚴(yán)重的鍋爐。

參考文獻(xiàn)

[1]翅片管換熱器的原理與設(shè)計[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2013.

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