相變換熱器節能技術在燃煤鍋爐上的應用

摘 要：本文闡述了相變換熱器的原理，并通過在燃煤鍋爐上的實際應用，對比了使用相變換熱器前后燃煤鍋爐的排煙溫度和出力，以實際數據論證了相變換熱器的節能原理。

關鍵詞：相變排煙溫度節能

中圖分類號:TE0文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0130-01

鍋爐燃燒過程中最大的熱損失是排煙熱損失。排煙熱損失是由于排除鍋爐的煙氣其焓值高于進入鍋爐的空氣焓值而造成的熱損失。對于大型鍋爐排煙熱損失普遍在8%～12%。鍋爐的排煙溫度是鍋爐熱損失的最主要指標。排煙溫度與低溫腐蝕是影響鍋爐效率和安全運行的主要矛盾，其矛盾的核心是換熱器受熱面“最低壁面溫度”和“低溫腐蝕”問題。復合相變換熱器在大幅度降低排煙溫度的前提下能有效地防止低溫腐蝕，從而為鍋爐節能技術開辟了一條廣闊的途徑。相變換熱器已在五一社區供熱站12臺鍋爐上全部得到應用，節能效果十分顯著。

1 復合相變換熱器基本原理[1]

和一般熱管換熱器以及其他節能技術不同，復合相變換熱器技術首次提出將換熱器最低金屬壁面溫度定義為“第一設計要素”的理念，以及首次提出將對產生煙氣低溫結露和腐蝕具有關鍵性影響的最低壁面溫度置于“可控可調狀態”的創新概念。該技術的核心在于“復合”和“相變”，即通過“相變換熱器”的設置，并利用不同“強化傳熱技術”與不同“控制技術”的合理配置，借助于優化設計，改變包括熱管技術在內的一般換熱器壁面溫度分布的“函數”特征，在始終保證金屬壁面溫度處于酸露點以上以避免出現低溫結露和腐蝕的同時，為大幅度回收煙氣低溫余熱提供了可能。

復合相變換熱器中的“相變段”是整個技術得以實施的核心部件之一。它將原熱管換熱器中相互獨立的部分，通過優化設計構造成一個相互關聯的結構化的整體，充分利用氣（化）液（化）間“兩相同向流動”、“汽液相變換熱”，“工質自然循環”，將氣化潛熱與液化潛熱交替進行，以2243kJ/kg的熱容量進行高效傳熱。在換熱平均溫差20度時，與傳統的煙氣橫掠列管換熱的氣氣換熱器的20kJ/kg·20℃換熱能力相比，二者具有102以上數量級的傳熱量差別。

復合相變換熱器是在多根并聯的密閉管排束構件內利用軟化水相變潛熱傳遞熱量，在熱管下端面加熱，水吸收熱量汽化為飽和蒸汽，在一定的壓差下上升到熱管上端面，向外屆放出熱量，并凝結成液體，飽和水經汽水分離器回到受熱段，并再次汽化，往復循環，完成了把熱量從高端傳向低端的單向導熱。

復合相變換熱器多根并聯的密閉管排束構件上的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℃）”，并具備“獨立于被加熱工質溫度”的特殊功能。

2 相變換熱器安裝前后排煙溫度對比分析

2009年～2010年供暖期鍋爐平均排煙溫度與2008年～2009年供暖期鍋爐平均排煙溫度對比。復合相變換熱器能大幅度降低排煙溫度，那么讓我們先來看一看使用相變換熱器前后鍋爐排煙溫度的變化。

以五一社區供熱站黃山供熱隊為例，統計兩個供暖期的鍋爐平均排煙溫度。需要說明的是2008年～2009年供暖期沒有安裝相變換熱器，2009年～2010年供暖期鍋爐上安裝使用相變換熱器，數據來自兩個供暖期黃山供熱隊5臺鍋爐運行報表。

由表1看出，使用相變換熱器后排煙溫度最大可降低86.7℃，最小也可降低59.9℃。相變換熱器能夠在鍋爐的設計和改造中，大幅度降低煙氣的排放溫度，使大量中低溫熱能被有效回收。在降低排煙溫度的同時，保持金屬受熱面壁面溫度處于較高的溫度水平，遠離酸露點的腐蝕區域。相變換熱器的換熱過程是：在相變下段，放熱物質是煙氣，吸熱物質是作為傳熱媒介的水，相變里的水是密閉的，相變下段的水從煙氣里吸收熱量，水吸收熱量汽化為飽和蒸汽，在一定的壓差下上升到相變熱管上端面，向外屆（冷水）放出熱量，并凝結成液體，飽和水經汽水分離器回到受熱段，并再次汽化，往復循環，完成了把熱量從高端傳向低端的單向導熱。

3 安裝相變換熱器效益分析

由局監測中心實測相變的流量為10m3/h.

經過對相變的進口出口溫度計算，算出相變的進口平均溫度為43.63℃，相變的出口平均溫度為84.77℃。

一臺鍋爐相變每小時吸收煙氣的熱量為：

Q單=cmΔt =10*1000*（84.77-43.63）=41.14*104千卡

一個供暖期平均運行三臺鍋爐，一個供暖期相變吸收鍋爐煙氣的熱量為：

Q總=Q單*24*120*3=41.14*104千卡*24*120*3=355449.6*104千卡

折算成標煤：

Q煤=Q總/5500=355449.6*104千卡/（5500千卡/公斤）=646.3噸

每噸煤按800元計算：

節約費用：646.3*800=517017.6元=51.7萬元

4 結語

相變換熱器在降低排煙溫度的同時，保持金屬受熱面壁面溫度處于較高的溫度水平，遠離酸露點的腐蝕區域，從根本上避免了結露腐蝕和由此發生的堵灰，大幅度降低設備的維護成本；保證換熱器金屬受熱面最低壁面溫度處于可控可調狀態，使復合相變換熱器具有相當幅度的調節能力，使排煙溫度和壁面溫度保持相對穩定，并能適應鍋爐的燃料品種以及負荷的變化；在保留熱管換熱器具有高效傳熱特性的同時，通過適時排放不凝氣體有效解決相變換熱器可能出現的老化問題，大大延長設備的使用壽命。

相變換熱器給我們帶來了很大的經濟效益和社會效益，今后，我們將充分按照操作規程，努力管好用好維護好節能設備，讓它在節能的道路上更好地為我們服務。

參考文獻

[1]14C.80i復合相變換熱器說明書.上海中源科揚節能有限公司.