火電廠鍋爐余熱回收的相變換熱器技術(shù)方案探討

火電廠鍋爐余熱回收的相變換熱器技術(shù)方案探討

鍋爐是我國(guó)重要的能源轉(zhuǎn)化裝置，具有廣泛的適用性。只有火電工具的煤炭消耗占總煤炭消耗的55%。鍋爐的主要熱量是通過(guò)排放輸送的熱量，排放損失占所有鍋爐熱損失的65%以上。因此，提高鍋爐的效率和能源設(shè)備廠的綜合工作效率對(duì)節(jié)能減排非常重要。本文就利用復(fù)合相變換熱器回收利用電廠鍋爐尾部煙道余熱進(jìn)行分析探討。1相變換熱技術(shù)的主要特點(diǎn)復(fù)合相變換熱技術(shù)與熱管換熱等節(jié)能技術(shù)都不同,該技術(shù)將換熱器最低金屬壁面溫度定義為“第一設(shè)計(jì)要素”,將對(duì)產(chǎn)生煙氣低溫結(jié)露和腐蝕具有關(guān)鍵性影響的最低壁面溫度置于“可控可調(diào)狀態(tài)”。該技術(shù)的核心在于“相變”,即通過(guò)“相變換熱器”的設(shè)置,并利用不同“強(qiáng)化傳熱技術(shù)”與不同“控制技術(shù)”的合理配置,借助于優(yōu)化設(shè)計(jì),改變換熱器壁面溫度分布的“函數(shù)”特征,在始終保證金屬壁面溫度處于酸露點(diǎn)以上的同時(shí),為大幅度回收煙氣低溫余熱提供了可能。復(fù)合相變換熱器將原熱管換熱器中相互獨(dú)立的部分,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)構(gòu)造成一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的整體。“相變換熱”與“煙氣橫掠管束”相比,其換熱能力具有“量級(jí)性(102以上)提高”的傳熱特性,實(shí)現(xiàn)“相變換熱器”金屬壁面整體溫度分布均勻、與煙氣溫度保持“較小梯度溫降(溫差10~20℃)”以及原則上“獨(dú)立于被加熱工質(zhì)溫度”的特殊功能。與此同時(shí),利用“相變換熱器”的這一性能,預(yù)熱進(jìn)入前一級(jí)換熱器(如末級(jí)空預(yù)器)工質(zhì),提高其入口溫度,保證整個(gè)設(shè)備同樣免受低溫腐蝕。此外,通過(guò)“相變換熱器”或者其他增設(shè)部件換熱量的調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)設(shè)備可能出現(xiàn)的不同最低壁面溫度的閉環(huán)控制,保證壁面溫度恒定或可控可調(diào),以適應(yīng)燃料種類以及工況的變化。這樣,在保證設(shè)備安全運(yùn)行的前提下,達(dá)到大幅度回收煙氣余熱的節(jié)能目的。復(fù)合相變換熱技術(shù)的主要特點(diǎn)為:(1)能夠在鍋爐的設(shè)計(jì)和改造中,大幅度降低排煙溫度,使大量中低溫?zé)崮鼙挥行Щ厥?產(chǎn)生十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益;(2)降低排煙溫度的同時(shí),保持金屬受熱面壁面溫度遠(yuǎn)離酸露點(diǎn),從根本上避免了結(jié)露腐蝕和堵灰,大幅度降低設(shè)備的維護(hù)成本;(3)相變換熱器具有相當(dāng)幅度的調(diào)節(jié)能力,能使換熱器金屬受熱面最低壁面溫度處于可控可調(diào)狀態(tài),并保持排煙溫度和壁面溫度相對(duì)穩(wěn)定,能適應(yīng)鍋爐的燃料品種以及負(fù)荷的變化;(4)在保留熱管換熱器具有高效傳熱特性的同時(shí),通過(guò)適時(shí)排放不凝氣體有效解決相變換熱器可能出現(xiàn)的老化問(wèn)題,大大延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。2實(shí)例分析揚(yáng)州某發(fā)電有限公司的2#爐安裝了相變換熱器進(jìn)行鍋爐尾氣余熱回收,以該技改實(shí)例進(jìn)行節(jié)能效果分析。2.1m型直流鍋爐1#、2#鍋爐為HG1956/25.4-YM型直流鍋爐,設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。根據(jù)鍋爐燃料工業(yè)分析和經(jīng)驗(yàn)公式,計(jì)算得到煙氣酸露點(diǎn)為78.06℃。設(shè)計(jì)的相變換熱器的參數(shù)見(jiàn)表2。2.2蒸汽回收余熱在空預(yù)器后的水平煙道上安裝復(fù)合相變換熱裝置,(蒸發(fā)段)煙道內(nèi)的相變換熱器吸收煙氣熱量,使換熱器內(nèi)部介質(zhì)處于相變狀態(tài);(冷凝段)蒸汽沿上升管進(jìn)入汽包,在汽包中蒸汽與流經(jīng)汽包的來(lái)自8#低加的低溫凝結(jié)水換熱,蒸汽被冷凝成液體,并沿下降管回到換熱器下段,凝結(jié)水被加熱后進(jìn)入7#低加。相變換熱器的最低壁面溫度設(shè)定在100℃,高于煙氣酸露點(diǎn)78.06℃;將排煙溫度從149.78℃降低到125℃,回收熱量用于加熱汽機(jī)凝結(jié)水,替代一部分低加抽汽,降低汽輪機(jī)熱耗,提供機(jī)組效率。系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。2.3節(jié)能效率2.3.1標(biāo)準(zhǔn)煤/h相變換熱器總回收熱量:Q=VgρgCpgΔt=1820000×1.295×1.12×(145-115)=79191840kJ/h=2.702t標(biāo)準(zhǔn)煤/h,式中:Vg為煙氣流量,Nm3/h;ρg為煙氣密度,取1.295kg/Nm3;Cpg為煙氣比熱,取1.12kJ/(kg.℃);Δt為相變換熱器前、后排煙溫度溫差,℃;Q為相變換熱器回收熱量,kJ/h。設(shè)計(jì)計(jì)算和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,相變換熱器回收的熱量能滿足7#、8#低加凝結(jié)水吸熱量。2.3.2凝結(jié)水在8#低加中的抽汽量計(jì)算回收熱量用于加熱汽機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)冷凝水,可以減少7#、8#低加的抽汽量。7#、8#低加原進(jìn)口水溫分別為72.2℃、35.8℃,經(jīng)余熱利用裝置改造后加熱至95℃。分別計(jì)算凝結(jié)水在7#、8#低加中吸收的熱量為:(1)凝結(jié)水在7#低加中吸熱量Q7=cp×Dn×△t7=4.1868×303×103×(95-72.2)=28924089kJ/h。低加蒸汽焓h7=2685.53kJ/kg,蒸汽凝結(jié)水焓h70=405.3kJ/kg,將以上吸熱量折算為7#低加耗用的抽汽量:D7=Q7/(h7-h70)=28924049/(2685.53-405.3)=12684.71kg/h。(2)凝結(jié)水在8#低加中吸熱量Q8=cp×Dn×△t8=4.1868×303×103×(72.2-35.8)=46177055kJ/h。低加蒸汽焓h8=2639.33kJ/kg,蒸汽凝結(jié)水焓h80=304.3kJ/kg,折算為8#低加耗用的抽汽量:D8=Q8/(h8-h80)=46177055/(2639.33-304.3)=19775.79kg/h。汽輪機(jī)出口排汽焓值為2299.3kJ/kg,如果節(jié)省的7#、8#低加抽汽用于發(fā)電,則產(chǎn)生的電力為:式中:h7為7#低加抽汽熱焓,kJ/kg;h8為8#低加抽汽熱焓,kJ/kg;hc為汽輪機(jī)出口蒸汽熱焓,kJ/kg。按照年運(yùn)行7500h計(jì)算,相變換熱器回收余熱可以多發(fā)電量:發(fā)電煤耗按照330g/kW·h計(jì)算,年節(jié)能量:23496525×330×10-6=7753.85t標(biāo)準(zhǔn)煤。2.3.3按水泵培育參數(shù)計(jì)算泵的能耗由于在煙道內(nèi)加裝了相變換熱器,增加了系統(tǒng)的阻力,必然會(huì)增加引風(fēng)機(jī)的電耗,同時(shí)需要將凝結(jié)水輸送到換熱器又增加了水泵的動(dòng)力消耗。增加的引風(fēng)機(jī)和凝結(jié)水泵的耗電量計(jì)算如下:(1)引風(fēng)機(jī)增加的功率式中:Vg為煙氣流量,Nm3/h;t為引風(fēng)機(jī)進(jìn)口煙氣溫度,℃;△H為相變換熱器增加的煙道阻力,Pa;ηy為引風(fēng)機(jī)效率,取75%。(2)水泵增加的功率式中:q為水流量,kg/s;t為水泵揚(yáng)程,m;ηb為水泵效率,取(3)增加耗電量按照年運(yùn)行7500h計(jì)算,發(fā)電煤耗330g/kW·h,增加耗電量:7500×(431.1+33.0)=3480750k·Wh=1148.65t標(biāo)準(zhǔn)煤2.3.4u3000t標(biāo)準(zhǔn)煤/a該項(xiàng)