鍋爐煙氣余熱利用研究與應(yīng)用

史佳賓+練純青+鄭秀平+趙三文

摘 要：本文以某燃煤電廠的循環(huán)流化床鍋爐的節(jié)能改造為背景，研究了以相變換熱器為核心部件的鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)在鍋爐除塵器煙道內(nèi)安裝相變換熱器用以吸收煙氣余熱，構(gòu)建余熱利用系統(tǒng)，用凝結(jié)水為介質(zhì)，在余熱汽包中吸收熱量，回收的熱量采用兩種方式利用。分析表明，直接加熱凝結(jié)水的方式節(jié)能效益更為顯著。

關(guān)鍵詞：相變換熱；余熱回收：凝結(jié)水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.245

0 前言

鍋爐的低溫?zé)煔庥酂?，受到煙氣酸露點(diǎn)的制約，始終無(wú)法充分的回收，造成了大量的能源浪費(fèi)和鍋爐效率的損失。如何能夠在不發(fā)生酸露腐蝕的條件下降低排煙溫度，已成為一個(gè)行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的難題[1]。而相變換熱技術(shù)是利用相變過(guò)程中水的汽化潛熱進(jìn)行熱量傳遞的強(qiáng)化換熱技術(shù)，在換熱器的管束內(nèi)，工質(zhì)始終處于相變臨界狀態(tài)。將相變換熱技術(shù)應(yīng)用到鍋爐的低溫?zé)煔庥酂峄厥罩?，是本文研究的主要?nèi)容。

1 相變換熱器

相變換熱器由借鑒常規(guī)的間壁式換熱器，引入相變介質(zhì)進(jìn)行換熱的理念創(chuàng)新而成，其核心是借助相變潛熱實(shí)現(xiàn)換熱[3]。相變換熱器技術(shù)的關(guān)鍵在于介質(zhì)在相變過(guò)程中吸熱放熱而溫度始終保持不變的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了換熱器的整體壁面溫度保持一致。

相變換熱器的主要結(jié)構(gòu)包括：蒸發(fā)吸熱區(qū)、凝結(jié)放熱區(qū)、上升管、下降管、汽水分離裝置等。在蒸發(fā)吸熱區(qū)內(nèi)部，介質(zhì)為液態(tài)水，通過(guò)吸收煙氣的熱量，蒸發(fā)變成汽水混合物，隨后靠著浮力的作用上升至汽水分離裝置，經(jīng)過(guò)分離后，汽態(tài)介質(zhì)繼續(xù)上升至凝結(jié)放熱區(qū)，在凝結(jié)放熱區(qū)內(nèi)凝結(jié)放熱，加熱外部的水。隨后凝結(jié)后的水下降至汽水分離裝置。介質(zhì)在換熱器內(nèi)靠不同相態(tài)下的密度差，形成了自然的上下循環(huán)輸運(yùn)。在不斷的蒸發(fā)凝結(jié)過(guò)程中往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了把熱能從高溫?zé)煔鈧飨虻投死湓吹母咝鬏?。并且整體壁溫保持一致可調(diào)，圖中壁溫設(shè)置為115℃。

2 余熱回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)概述

該循環(huán)流化床鍋爐共5個(gè)煙道，在每個(gè)煙道內(nèi)設(shè)計(jì)2臺(tái)相變換熱器，2臺(tái)汽包。系統(tǒng)流程為：從7號(hào)低加入口取凝結(jié)水，通過(guò)旁路管道分別進(jìn)入10臺(tái)汽包加熱。冷卻系統(tǒng)為兩種運(yùn)行方式：（1）通過(guò)汽包加熱后的凝結(jié)水匯總后依次通過(guò)水水換熱器、二次風(fēng)暖風(fēng)器后回到汽包，此為一個(gè)循環(huán)（適用于冬季工況）。（2）通過(guò)汽包加熱后的凝結(jié)水匯總后直接進(jìn)入6號(hào)低加，進(jìn)入除氧器（適用于夏季工況）。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

依據(jù)上述主要原理，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、收集和整理。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，得到凝結(jié)水流量等參數(shù)的設(shè)計(jì)值。主要計(jì)算過(guò)程如下。

相變換熱器總回收熱量（kW）：

式中：——煙氣流量，單位Nm3/h；

——煙氣密度，取1.31 kg/Nm3；

——煙氣比熱，取1.12kJ/（kg.℃）；

——相變換熱器前、后煙氣溫差，單位℃；

——保熱系數(shù)，取0.95；

加熱凝結(jié)水流量t/h：

式中：——總回收熱量，單位kW；

——凝結(jié)水比熱，取4.2kJ/（kg.℃）；

——凝結(jié)水進(jìn)出口溫差，單位℃；

2.3 節(jié)能效益分析

方案一：冬季系統(tǒng)自循環(huán)，夏季系統(tǒng)加熱凝結(jié)水后直接進(jìn)入6號(hào)低加，節(jié)約經(jīng)濟(jì)效益如表1所示。

方案二：全年加熱凝結(jié)水后直接進(jìn)入6號(hào)低加，節(jié)約經(jīng)濟(jì)效益如表2所示。

3 結(jié) 論

本課題針對(duì)某300MW循環(huán)流化床鍋爐，設(shè)計(jì)了以相變換熱裝置為核心的煙氣余熱回收系統(tǒng)。在原系統(tǒng)的每個(gè)煙道內(nèi)設(shè)計(jì)加裝了2臺(tái)相變換熱器，2臺(tái)汽包。

本系統(tǒng)可以在自循環(huán)和直接加熱凝結(jié)水兩種運(yùn)行方式下進(jìn)行自由切換，共設(shè)計(jì)兩張運(yùn)行方案，方案一為冬季系統(tǒng)自循環(huán)，夏季系統(tǒng)加熱凝結(jié)水。方案二為全年加熱凝結(jié)水后直接并入6號(hào)低加。本課題對(duì)兩種運(yùn)行方案的節(jié)能效益進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果顯示，方案一自循環(huán)系統(tǒng)中的凝結(jié)水加熱二次風(fēng)和采暖水，附加的引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)能耗略高，年節(jié)標(biāo)煤量約為5778噸，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益約為117.01萬(wàn)元。方案二年節(jié)標(biāo)煤量約為6604噸，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益約約為140.79萬(wàn)元。方案二的換熱效率更高。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).中國(guó)燃煤電廠大氣污染物控制現(xiàn)狀[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

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[3]王炎.復(fù)合相變換熱器技術(shù)與裝置[J].上海節(jié)能，2008，1（02）：21-24.