淺談煙氣余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用

金正風(fēng)，馮福筍，蔣玲花

（1.江蘇巴威工程技術(shù)股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212215；2.江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

淺談煙氣余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用

金正風(fēng)1，馮福筍2，蔣玲花2

（1.江蘇巴威工程技術(shù)股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212215；2.江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

通過(guò)對(duì)煙氣回收中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了采用熱管換熱器解決低溫露點(diǎn)腐蝕的方法，并列舉工程設(shè)計(jì)方案及其達(dá)到的節(jié)能效果。

余熱回收裝置；熱管換熱器；低溫腐蝕；節(jié)能

煙氣余熱回收系統(tǒng)可將鍋爐煙氣中大部分的熱量回收，用以加熱凝結(jié)水、熱網(wǎng)水或其他介質(zhì)，可減少汽輪機(jī)抽汽量及汽輪機(jī)額定工況的進(jìn)汽量，降低機(jī)組熱耗，最終降低機(jī)組燃煤量，減少SO2、CO2排放量，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，降耗減排。

一、鍋爐煙氣余熱問(wèn)題分析

大型鍋爐都安裝有鑄鐵管或不銹鋼式省煤器，用來(lái)助燃空氣或預(yù)熱鍋爐給水，但是由于石油、煤、天然氣燃料中均含有硫，在燃燒時(shí)產(chǎn)生的硫氧化物與水蒸汽結(jié)合后即形成硫酸蒸汽。當(dāng)鍋爐尾部受熱面的金屬壁面溫度低于硫酸蒸汽的凝結(jié)點(diǎn)，就會(huì)在其表面結(jié)露，引起腐蝕，嚴(yán)重影響了鍋爐的運(yùn)行安全。目前，鍋爐都是通過(guò)提高排煙溫度來(lái)緩解結(jié)露的產(chǎn)生，致使鍋爐煙氣溫度過(guò)高，導(dǎo)致大量熱能損失及環(huán)境污染。

一般工業(yè)鍋爐的熱效率約為60%～70%，排煙溫度250～350℃，而導(dǎo)熱油爐，排煙溫度更是達(dá)到280℃以上，大量余熱未充分利用，節(jié)能空間很大。

為了進(jìn)一步降低排煙溫度和提高熱效率，因此要從酸露點(diǎn)確定、設(shè)計(jì)選材和正確操作等方面采取措施，來(lái)避免低溫露點(diǎn)腐蝕。

1.稍高于煙氣露點(diǎn)溫度

露點(diǎn)是衡量低溫腐蝕的重要參數(shù)。露點(diǎn)防腐蝕的一般方法是通過(guò)精心的設(shè)計(jì)，在效率降低不多的情況下，提高換熱面的壁溫，使之稍高于煙氣露點(diǎn)溫度。其具體溫度可依下式計(jì)算：

式中：tDP—換熱器傳熱面壁溫，℃；

2.選用耐腐蝕材料

在進(jìn)行煙氣余熱回收時(shí)，由于受到換熱器傳熱面所能承受的最高溫度限制，使余熱得不到充分回收。不

同的材料允許的最高使用溫度不盡相同，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)換熱器的壁溫選擇合適的材質(zhì)。比如，可以用ND鋼(09CrCuSb)，因?yàn)樗哂休^高的抵抗低溫腐蝕能力，不但能抗硫酸腐蝕，而且在負(fù)氯離子中也具有較高的耐蝕性，而它的力學(xué)性能與碳鋼相當(dāng)。

3.正確操作

鍋爐上安裝的預(yù)熱器經(jīng)常由于操作不當(dāng)帶來(lái)不利影響。如加熱爐的頻繁啟停有可能造成預(yù)熱器的低溫腐蝕。因此，在加熱爐的操作規(guī)程中，也應(yīng)列入保護(hù)換熱器正常工作的規(guī)定。

通過(guò)利用熱管式換熱器的余熱回收裝置能將煙氣中的高品位余熱進(jìn)行回收，可使工業(yè)爐效率提高8%～10%。它是把傳統(tǒng)工業(yè)鍋爐排出的廢氣，用于提高鍋爐軟水溫度，或用鍋爐排出的廢煙氣，加熱鍋爐助燃空氣提高送風(fēng)溫度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，這個(gè)裝置的使用對(duì)鍋爐效率的提高具有重大意義。

二、余熱回收裝置的使用

目前，國(guó)內(nèi)外煙氣余熱回收系統(tǒng)中的換熱器，主要有回轉(zhuǎn)式換熱器、焊接板(管)式換熱器、熱管換熱器及熱媒式換熱器，其中以熱媒式和熱管式為主。熱媒式換熱器由于運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備多，設(shè)備維護(hù)和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高，對(duì)系統(tǒng)的要求十分苛刻，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。熱管是一種新型、高效的傳熱元件，其內(nèi)部靠工質(zhì)循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱量傳遞，當(dāng)量熱導(dǎo)率可達(dá)金屬的103～104倍。以熱管為主要傳熱元件的熱管換熱器較其他型式換熱器具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在利用熱能、回收廢熱、節(jié)約原料、降低成本等方面，特別適用于中低溫的余熱回收，廣泛應(yīng)用于鍋爐余熱回收，取得了明顯的節(jié)能效果。

熱管換熱器可通過(guò)不同形式的組合，回收鍋爐煙氣余熱，如預(yù)熱鍋爐助燃空氣的空預(yù)器、預(yù)熱鍋爐給水的省煤器、生產(chǎn)熱水的水加熱器及生產(chǎn)蒸汽的余熱鍋爐。熱管換熱器能夠?qū)⑷細(xì)忮仩t煙氣溫度降低至80℃左右，燃柴油鍋爐煙氣溫度降低至100℃左右，這是鑄鐵管或不銹鋼式省煤器或空氣預(yù)熱器無(wú)法做到的。

圖1 吸液芯型熱管的工作原理示意圖

圖1 為吸液芯型熱管的工作原理示意圖。熱管主要由3個(gè)基本部分組成：一是兩端密封的容器，多數(shù)做成圓管狀；二是由多孔材料(金屬網(wǎng)、金屬纖維等)構(gòu)成吸液芯，覆蓋在管壁的內(nèi)表面；三是容器內(nèi)充有一定數(shù)量的工質(zhì)及其蒸氣。

熱管的一端與熱流體接觸，管內(nèi)的工質(zhì)受熱后蒸發(fā)，變成蒸氣，管內(nèi)對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓力也相應(yīng)提高。這一受熱區(qū)段稱為蒸發(fā)段。產(chǎn)生的蒸氣靠空間內(nèi)微小的壓差，經(jīng)過(guò)中間的傳輸段(不受熱的絕熱段)流向另一端的冷凝段。在冷凝段，工質(zhì)向冷流體放出熱量而使管內(nèi)的蒸氣又冷凝成液體。吸液芯型熱管中冷凝的液體工質(zhì)靠吸液芯的毛細(xì)管作用又回流到蒸發(fā)段，繼續(xù)重復(fù)上述過(guò)程。而重力式熱管則不需要管芯，只需將冷凝段布置在上部，蒸發(fā)段在下部，工作液就可以靠重力作用回流到蒸發(fā)段。

2.熱管換熱器性能特點(diǎn)

熱管是敏度極高的換熱元件，它是在真空管內(nèi)液體之間相互傳遞熱量，真空內(nèi)部熱阻小，具有良好的等溫性能等特點(diǎn)，具體表現(xiàn)如下。

(1)體積小，傳熱效率高

熱管可以相變傳熱，還可以對(duì)熱管肋化，強(qiáng)化其傳熱效果。相同熱負(fù)荷下，可減少管數(shù)、擴(kuò)大流通面積、降低流速、減輕磨損，延長(zhǎng)換熱器的使用壽命。

公司的治理結(jié)構(gòu)作為企業(yè)發(fā)展的重要組成部分，對(duì)于企業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展而言具有重要影響，一方面，公司的治理結(jié)構(gòu)極大地影響了企業(yè)投資者的回報(bào)，對(duì)于企業(yè)和投資者的利益起到的平衡的作用。現(xiàn)代化的企業(yè)制度下，企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)大多都是采取所有權(quán)和經(jīng)營(yíng)權(quán)分離的模式，這種情況下，由于市場(chǎng)投資者的股權(quán)比較分散，對(duì)企業(yè)的控制權(quán)也就很難得到保障，而公司治理結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化就是為了在根本上保障投資者和所有者的權(quán)益。另一方面，公司治理結(jié)構(gòu)的存在也是為了協(xié)調(diào)集團(tuán)內(nèi)眾多的利益群體。不僅可以對(duì)企業(yè)的管理者起到積極的激勵(lì)作用。同時(shí)也會(huì)有效地保障企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策的科學(xué)性。

(2)具有極強(qiáng)的抗腐蝕能力

由于傳熱靠真空管內(nèi)液體相變進(jìn)行，而且壁面溫度高、等溫性能好，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使管壁溫度稍高于煙氣露點(diǎn)溫度，這樣煙氣沖刷熱管時(shí)就不會(huì)結(jié)露，煙氣中含硫不會(huì)溢出，而是隨煙氣排出，所以熱管、管箱和管道不會(huì)被腐蝕。

(3)布置靈活

熱管可以作為通用的傳熱元件，對(duì)于傳熱量要求不同的換熱器，可以用改變熱管根數(shù)的方法進(jìn)行任意組合。

(4)工作安全可靠

每根熱管是獨(dú)立的換熱元件，即使其中1根發(fā)生故障，也不影響整個(gè)換熱器的正常工作。在檢修時(shí)，可以單獨(dú)進(jìn)行更換。

三、工程方案及節(jié)能效果

1.某工程基本資料

2012年4月，某工程建設(shè)2 950t/h超臨界燃煤發(fā)電鍋爐配備煙氣脫硫系統(tǒng)，并于同年12月在脫硫吸收塔前入口處加裝低溫?zé)煔庥酂峄厥障到y(tǒng)吸收排煙余熱，將排煙溫度從125℃ 降低到85℃左右。機(jī)組容量為2×1 000MW超臨界燃煤；煤種選用煙煤；煙氣露點(diǎn)溫度約70℃；引風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度約125℃(THA工況)。

2.設(shè)計(jì)方案

(1)煙氣余熱回收系統(tǒng)布置

煙氣側(cè)：煙氣通過(guò)靜電除塵器后，在引風(fēng)機(jī)和脫硫吸收塔煙氣進(jìn)口間的煙道之前，設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)。根據(jù)初步計(jì)算，要求煙氣熱量回收裝置處的煙道截面積為31.85m2(6.5m×4.9m)，換熱器長(zhǎng)度約6.45m。

水側(cè)：在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，通過(guò)低壓加熱器，使進(jìn)水溫度高于60℃，進(jìn)入煙氣余熱回收系統(tǒng)之后，出水溫度達(dá)到80℃。煙氣余熱回收系統(tǒng)出水口與暖風(fēng)器進(jìn)水口相連接，從而實(shí)現(xiàn)熱能重復(fù)利用。在送風(fēng)機(jī)出口與空氣預(yù)熱器入口之間，加裝的暖風(fēng)器會(huì)使通過(guò)的空氣溫度及空氣預(yù)熱器壁溫升高，防止低溫腐蝕。

(2)煙氣余熱回收系統(tǒng)流程圖見圖2。

(3)熱力計(jì)算結(jié)果見表1。

3.節(jié)能效果

至2013年年底，該工程脫硫系統(tǒng)設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)，已運(yùn)行5 500h，煙氣余熱回收系統(tǒng)設(shè)備前后情況對(duì)比統(tǒng)計(jì)見表2，結(jié)果表明，設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

表1

表2

四、結(jié)語(yǔ)

設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)，可以充分吸收煙氣余熱，節(jié)約煤源，降低脫硫用水，增加發(fā)電量，提高發(fā)電機(jī)組整體效率，值得推廣。當(dāng)然，回收鍋爐煙氣的余熱也要注意不能使排煙溫度過(guò)低，防止造成低溫生煤器的腐蝕。如何最大限度地利用余熱，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策，建設(shè)節(jié)能環(huán)保型，仍需要不斷的努力。

圖2 系統(tǒng)流程圖

[1] 吳洪春. 工業(yè)鍋爐節(jié)能的方向和指標(biāo)[J].煤炭技術(shù)，2004(9).

[2] 楊廣仁. 鍋爐煙氣余熱的回收利用[J].油氣田地面工程，2004(9).

[3] 張洪源. 鍋爐煙氣余熱回收利用分析與措施研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2009(5).

[4] 梁著文. 煙氣余熱回收裝置的利用[J].沿海企業(yè)與科技，2010(10).

[5] 湯學(xué)忠. 熱能轉(zhuǎn)換與利用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

TK11+5

B

1671-0711（2014）03-0017-03

2013-12-29)