探究復合相變換熱器在電廠節(jié)能改造中的運用

郭振祥

（陜西煤業(yè)化工集團有限責任公司，陜西 西安 710077）

1 復合相變換熱器技術原理

復合相變換熱技術與熱管換熱等節(jié)能技術，在本質(zhì)上存在差異性，該技術把換熱器最低金屬壁面溫度設為“第一設計要素”，而把對誘發(fā)煙氣低溫結(jié)露以及腐蝕的重要影響的壁面溫度最低值設為“可控可調(diào)狀態(tài)”。復合相變換熱器技術在應用過程中，重點在“相變”方面有所體現(xiàn)，應用安設“相變換熱器”的形式，同時采用對多種“強化傳熱技術”和“控制技術”科學布設的方式，運用調(diào)整與完善設計方案的辦法，實現(xiàn)整改換熱器壁面溫度排布的“函數(shù)”特征，在確保金屬壁面溫度處于酸露點以上區(qū)間的同時，為大規(guī)?；厥諢煔獾蜏赜酂崮繕说膶崿F(xiàn)創(chuàng)造諸多優(yōu)勢條件。

復合相變換熱器利用原熱管換熱器內(nèi)處于互相獨立運行狀態(tài)的構件，采用優(yōu)化設計的方式，規(guī)劃出不同構件間存在密切關聯(lián)性的整體?！跋嘧儞Q熱”與“煙氣橫掠管束”相比較，其置換鍋爐余熱的能力顯著提升，多數(shù)會＞102，進而確保“相變換熱器”金屬壁面溫度部署的勻稱性，同時和煙氣溫度梯度差不會很大（在10～20℃區(qū)間內(nèi)取值）。從原則上分析，其與被加熱工件質(zhì)溫度之間存在互為獨立的關系。

另外，采用復合相變換熱器技術“相變換熱器”的這一基本屬性，預熱進入初期末級空預器這類一級換熱器工質(zhì)，入口溫度會相應增加，進而有效規(guī)避了低溫環(huán)境對設備外部結(jié)構完整性造成的侵擾，降低低溫腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生率。與此同時，也可采用“相變換熱器”或增設他類構件的形式，實現(xiàn)對設備熱量的有效調(diào)整與轉(zhuǎn)換，但是關于整個設備在運行過程中，可能產(chǎn)生的不同程度壁面溫度閉環(huán)控制的現(xiàn)象，復合相變換熱器確保了壁面溫度值的安穩(wěn)性以及可調(diào)控性，進而滿足各種燃料燃燒以及運行模式等主觀需求。由此可見，復合相變換熱器技術的應用，一方面確保鍋爐設備運行的安穩(wěn)性，另一方面也最大限度的回收煙氣余熱，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

2 復合相變換熱器技術的主要特征

（1）在鍋爐設計與改造的過程中，明顯降低排煙溫度。在上述過程中低溫熱能回收效率大幅度提升，能夠為企業(yè)各項業(yè)務的運營創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益與生態(tài)效益。

（2）在降低排煙溫度基礎上，拉長金屬受熱面壁面溫度與酸露點間的距離，從很大意義上來講有效規(guī)避了結(jié)露腐蝕和堵灰問題，此時設備在運行期間維修與養(yǎng)護費用均有不同程度降低。

（3）相變換熱器具備一定調(diào)節(jié)能力，其作用在于促使換熱器金屬受熱面最低壁面溫度數(shù)值長期處于可調(diào)控范疇中，同時確保了排煙溫度與壁面溫度變化的安穩(wěn)性，滿足鍋爐設備中不同類型燃料的燃燒需求，同時有能力承擔設備運行期間多變的負荷量。

（4）在不影響熱管換熱器傳導熱量屬性的基礎上，采用有規(guī)律排放不凝氣體的方式，有效彌補了相變換熱器運行期間可能出現(xiàn)結(jié)構老化的問題，進而延長了設備的使用年限。

3 調(diào)水系統(tǒng)的應用

通過對長期工作經(jīng)驗的總結(jié)，筆者發(fā)現(xiàn)電廠鍋爐設備若采用提升熱風溫度的方式去吸收排放的煙氣，溫度下降過程中所釋放出的熱量值是極為有限的，且其間會消耗大量的資金。而將上述過程中產(chǎn)生的熱量輸送至除氧器的補給水中，會有效降低排煙溫度的輸出熱量，繼而實現(xiàn)在熱力循環(huán)內(nèi)部有效吸收熱量的目標。在小型熱電聯(lián)產(chǎn)設備內(nèi)，氧器出口水溫的預設值是104℃，多采用蒸汽設備加熱。以400t/h鍋爐為實例進行分析，若將可調(diào)節(jié)冷卻水流導入至復合相變換熱器中，設p：復合相變換熱器中空氣吸收熱量的份額，那么在p=0時，就代表所有熱量均被調(diào)節(jié)水帶走；若P=0.2就代表有1/5的熱量被用于加熱空間。①若將排煙溫度初始值從165℃降至155℃，在P=0時，調(diào)水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)水流量為40.9t/h；在P=0.2時，復合相變換熱器出口空間溫度為33.5℃，熱風溫度為290℃，調(diào)節(jié)水流量為32.7t/h，節(jié)能收益（萬元/年）為75萬元；②若排煙溫度降低至145℃，在P=0時，調(diào)水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)水流量為75.2t/h；在P=0.2時，復合相變換熱器出口空間溫度為36.7℃，熱風溫度為291℃，調(diào)節(jié)水流量為60.1t/h，節(jié)能收益為152.1萬元；③若排煙溫度降低至125℃，在P=0時，調(diào)水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)水流量為144.0t/h；在P=0.2時，復合相變換熱器出口空間溫度為43.4℃，熱風溫度為293℃，調(diào)節(jié)水流量為115.2t/h，節(jié)能收益為305.1萬元。

①上述代表的是復合相變換熱器壁溫最低值T1=110℃時的性能指標。在T1=100℃，P=0時，鍋爐設備運行成本將降低15～20%，P=0.2時設備成本下降為9～12%。由此可見，在排放煙氣酸露點相對較低的情景下，大幅度提升T1，會導致設備在運行期間徒增成本，可行性相對較低。②在調(diào)節(jié)水的作用下，排煙溫度降低至125℃的目標是可以實現(xiàn)的。③盡管伴隨著排煙溫度的降低，設備運行成本會相應增加，但通過節(jié)能獲得的收益是不容小噓的，在P=0時大約經(jīng)歷4個月就可回收成本；P=0.2時半年以后就可回收成本。④復合相變換熱器出口空間溫度顯著上升，該參數(shù)可以結(jié)合電廠鍋爐生產(chǎn)作業(yè)時的實際需求進行調(diào)整與設計。⑤熱風溫度的上升空間受到一定限制，其取決于系統(tǒng)被優(yōu)化的程度。

4 探討凝汽式汽輪機裝置循環(huán)熱效率

采用125MW凝汽式汽輪機裝置的熱力循環(huán)為實例進行分析，在分析過程中用到的參數(shù)主要有：①JD4（第4級低壓給水加熱器）前的溫度32.4℃；②JD3（第3級低壓給水加熱器）后的水溫為86.3℃。JD4與JD3正是復合相變換熱器進出口水溫的常規(guī)值。故此在對熱效率分析過程中，導入一股旁通水量G1（t/h），G1的作用是JD4和JD3的抽汽量數(shù)值發(fā)生變化期間發(fā)揮補給作用，其他參數(shù)在原則上不發(fā)生變化。

在對鍋爐設備所有參數(shù)進行分析時，計算得到新汽和再熱汽從鍋爐吸取的熱量是425.17MW，主凝水帶回的熱量是10.75MW，不同級別抽汽供熱輸出的熱量是117.48MW，計算得出鍋爐實際輸出的熱量Q1=425.17-10.75-117.48=296.94MW，額定電能輸出Q0=124MW，那么若根據(jù)電廠生產(chǎn)每度電的熱耗去定義裝置熱效率，ηt=Q0/Q1=124/296.93=0.418。

在有旁通流量G1后，導致兩級抽汽量降低，其是△D3（供給JD3的抽汽減小量）與△D4（供給JD4的抽汽減小量）兩者的總和，該數(shù)值和冷凝器前后工質(zhì)焓差的乘積就是△Q。

經(jīng)過計算，水調(diào)節(jié)空預器改造后的鍋爐效率采用ηk'表示，則有ηk' =ηk+（ηk：鍋爐效率；ΔTg：復合相變換熱器改造前后排煙溫度的差值。于是改造后的總效率），此時，改造后的總效率可采用如下公式表示：η'=η'·η'（η'：具有旁通流量G的循環(huán)熱效率）。ktt1

在對改造后鍋爐后期運行狀況進行急性整體分析時，發(fā)現(xiàn)當排煙溫度下降時，η'數(shù)值相應上升，但是從k熱循環(huán)效率的角度分析，G的上升又促使η'降低。故此，1t η'對于η而言，是上升還是有降低趨勢，絕不能依照以上的簡單分析去得出相應定論，一定要經(jīng)過計算過程。

在旁通水量G1與排煙溫度波動性較大情況下，因為η'始終大于η，故此可以推測改造后的電廠在運行期間總能夠獲得正值收益。但是在復合相變換熱器投資降低時（排煙溫度下降幅度也相應減?。?，投資效益的回收周期最短，也就是說年收益額度最低。該種改造方式可以在小規(guī)模電廠中應用；而對于規(guī)模相對較大的電廠，最好選擇相對較低的排煙溫度，進而獲得相對較高的年收益，與此同時也有助于降低能源耗損量，并優(yōu)化周邊環(huán)境。