相變換熱工業鍋爐煙氣余熱回收技術分析

張志剛

摘 要：鍋爐排煙熱損失巨大，如何能夠降低排煙溫度而又保證不發生酸露腐蝕，一直以來是業內的一大難題。文章對新型相變換熱鍋爐煙氣余熱回收技術進行了比較分析，其采用相變換熱方式，可有效降低排煙溫度，并實現壁溫可調，具備較高的熱效率和抗腐蝕性能。

關鍵詞：余熱回收；相變換熱；酸露腐蝕

引言

據統計，我國有約三分之二的能源被鍋爐消耗掉了，全國80%的工業用煤用于鍋爐燃燒。隨著科學技術的不斷發展，鍋爐技術在近百年中不斷地改進和提高，現代大型鍋爐的效率已經接近極限。鍋爐的熱損失主要包括排煙損失、化學不完全燃燒損失、機械不完全燃燒損失、散熱損失、灰渣物理熱損失等項目。其中，排煙損失是最主要的部分，約占整個鍋爐熱損失的70%～80%。一般地，排煙溫度每降低15℃，可使鍋爐熱效率提高1%。因此，降低排煙溫度是提高鍋爐效率的最有效的途徑。

鍋爐排煙損失作為鍋爐效率損失最大的部分無疑是進一步提高鍋爐效率的方向。但是，鍋爐專家在降低排煙溫度的探索中遇到了不可逾越的障礙，即煙氣酸露點。排煙溫度低于煙氣中SO3的露點時，在受熱壁面上會凝結酸露，低溫酸露出現，會導致腐蝕漏風與積灰（結露性），其危害極大：一方面導致漏風，既增大風機電耗，又造成爐膛缺風，使燃燒惡化，熱效率降低。另一方面導致積灰，使受熱面換熱能力下降。積灰嚴重時會形成堵灰，不僅影響傳熱，而且可能因煙道阻力劇增而限制鍋爐出力，甚至被迫停爐。如何能夠降低排煙溫度而有保證不發生酸露腐蝕，一直以來是業內的一大難題。

文章對新型相變換熱鍋爐煙氣余熱回收技術進行了分析，并通過與傳統技術比較，得到其性能及可行性等的相關結論，供有關技術人員參考。

1 傳統的設計方法

保證鍋爐尾部受熱面不發生低溫腐蝕的核心是控制換熱器最低壁面溫度高于煙氣酸露點的溫度。

在傳統的設計方法中，最低壁面溫度取決于煙氣酸露點的溫度和預熱空氣的最低溫度。例如，一臺鍋爐的空氣預熱器是末級受熱面，空氣側進口溫度為25℃，排煙溫度為150℃，根據空氣側和煙氣側對流換熱系數可以算出則空氣預熱器最低壁面溫度70℃。一般地，在冷空氣溫度一定的情況下，設計排煙溫度大約是最低壁面溫度的2倍。

2 相變換熱技術原理

相變換熱煙氣余熱回收系統由傳統的間壁式換熱器和相變換熱器組合而成，其核心是相變換熱器。相變換熱器利用介質相變過程中溫度不變的特性，具有在整個換熱器沿程壁面溫度恒定的優良特性。相變換熱器分為蒸發換熱面、冷凝換熱面、上升管、下降管、汽水分離裝置兩部分。蒸發換熱面內部的液態介質吸收煙氣熱量而變成汽水混合物上升，經過汽水分離裝置后，汽體上升進入冷凝換熱面，在其中放熱加熱外部的冷空氣后凝結后匯集到汽水分離裝置。介質在相變換熱器內部依靠密度差形成自然循環。

相變換熱器技術通過改變鍋爐排煙溫度和最低壁面溫度的函數關系，巧妙地化解了降低鍋爐排煙溫度與酸露點腐蝕的矛盾，較好地解決了鍋爐排煙溫度難以降低的難題。實現了在保證鍋爐尾部受熱面不結露的情況下，將排煙溫度降至極限，從而大大提高了鍋爐效率。

相變換熱器能夠實現排煙溫度僅比最低壁面溫度高15℃。相比傳統設計方法，能夠將鍋爐排煙溫度穩定降低30～100℃，回收的熱量可用于鍋爐送風預熱，也可加熱鍋爐凝結水，冬季也可用于加熱冬季廠區供暖水系統。可實現鍋爐效率提高2%～7%。而且對于越是排煙溫度高的鍋爐的節能效果越顯著。

相變換熱器可以通過調節系統冷源的流量，調節換熱器金屬受熱面最低壁面溫度，使其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變化。

3 結束語

相變換熱器最低壁面溫度整體可控可調，并可在保證受熱面不結露的前提下降低排煙溫度，有效提高設備熱效率和防腐能力。可廣泛適用于電力、石油、化工、冶金、石化、紡織、醫藥等行業的各種燃煤、燃油、燃氣鍋爐、窯爐、注汽爐、加熱爐及各種換熱設備之中。應用前景廣泛，推廣潛力巨大，尤其適合燃用高硫分燃料，排煙溫度較高，尾部受熱面腐蝕嚴重的鍋爐。

參考文獻

[1]翅片管換熱器的原理與設計[M].哈爾濱工業大學出版社，2013.

[2]熱管節能減排換熱器設計與應用[M].化學工業出版社，2013.