煙氣余熱利用新技術

李一君

煙氣余熱利用新技術

李一君

（貴州盤江煤層氣開發利用有限責任公司 貴州貴陽 550000）

當前，我國能源利用存在著利用效率低、經濟效益差的主要問題。2007年11月，財政部下發的《節能技術改造財政獎勵資金管理暫行辦法》中規定：對完成節能量目標的項目承擔企業給予獎勵，其中余熱余壓項目屬于財政獎勵的節能技術改造項目之一。提高能源綜合利用率作為能源發展戰略規劃的重要內容，是解決我國能源問題的根本途徑。大部分熱機會有煙氣或熱氣排出，采用渦輪增壓等方式能利用煙氣高品位的能量，而低品位的煙氣熱能常通過余熱鍋爐生產熱水。本文以筆者從事的清潔能源利用行業為例，介紹一系列煙氣余熱利用新應用。該系列應用的技術獲國家4項專利授權。

煙氣；余熱利用；新技術

瓦斯發電是清潔能源利用的標桿之一。瓦斯發電機組的煙氣，未經利用排出溫度有450℃。煙氣如不加以利用，會帶走大量的熱能排放大氣。目前利用余熱鍋爐通過水循環，把熱量帶入熱水池，產出熱水。使用上述傳統的余熱利用辦法，水在高溫易結垢，如果水質差則結垢嚴重，易堵死報銷換熱設備。如果對水進行軟化又存在兩個缺點：成本高，所產熱水殘留軟化劑。

熱力機組一般有多臺。新應用，把機組的煙管匯總，用一根總煙管把煙氣導入熱水池中的高效換熱管。煙氣總管采用不銹鋼材質，帶保溫陶瓷內膽或采泡水泥管。換熱管外采用業內常用的技術——加肋增加外換熱面積，管內采用加葉柵來增加內換熱面積。考慮延長煙管并匯總對煙氣產生的沿程壓力損失，煙氣換熱后，在熱水池排煙管增加特有的耐熱軸流風機以補償熱機排煙背壓。為使軸流風機的功率不影響機組運行，同時節約能耗，在管道設煙氣壓力探頭，反饋調節控制電機功率。同時，也可在管道上三通接入壓力下限檢測放散裝置。以下為對新應用的要點詳細敘述。

以圖1所示，這種煙氣余熱利用裝置，包括機組、煙氣總管、水池、換熱管、軸流風機、排煙管和應急放散管，其特征在于，將各機組的尾氣管匯引到一根煙氣總管上，煙氣總管延伸到水池內，煙氣總管的另一端與換熱管相連，煙氣總管上設有應急放散管，換熱管穿出水池再接軸流風機，軸流風機為整個系統氣體提供動力，以便機組排氣，軸流風機接排煙管。

圖1

（1）余熱利用對象煙氣為高溫工質，如燃氣發電機，排煙溫度為450℃，因此要求傳輸煙氣的管道耐高溫且保溫。新應用可可采用現場倒制發泡水泥管，內含鋼筋，管型考慮施工方便可為方管。發泡水泥是土建上常用的保暖材料，由水泥添加發泡劑、雙氧水制成。發泡水泥富含細小空腔，形成接觸熱阻，降低了導熱系數而擁有隔熱功能。相比碳鋼的導熱系數45W/m·K，此種材料的導熱系數可在5W/m·K以下。普通水泥是不耐高溫的，需要選用耐高溫礦渣水泥、耐高溫石墨水泥等。加入石英砂，加入鋁酸鹽可以提高水泥抗高溫性能。加入研細的石英砂，如在G級水泥中加入石英砂含量高達30%時，抗高溫性可達328℃。在水泥中加入鋁酸三鈣時，抗高溫性能極大加強，當鋁酸三鈣含量達到30%，抗高溫性可達500℃。本應用也可在常規不銹鋼管內加入保溫陶瓷內管。

（2）國內換熱管應用廣泛，換熱管一般在外表面增加針肋、環肋或者采用板式來增加換熱管的換熱面積，進而達到增強傳熱的目的新應用的換熱管增加了外部換熱面積.但是管內換熱面積即為換熱管管內面積，為使管內流體和管壁換熱這一環節的換熱效果理想，采用圖2所示的內芯。內芯，包括半圓管載體，下部鋼板，中部鋼板和上部鋼板，其特征在于，采用截開的鋼管做半圓管載體，在半圓管載體的內管壁均勻等分焊接下部鋼板，下部鋼板相交于半圓管載體的圓心線上，中部鋼板焊接在圓心線上，在圓心線上焊接和下部鋼板對稱的上部鋼板。所述半圓管載體，下部鋼板，中部鋼板和上部鋼板等長。

此內芯增加換熱管的內部換熱面積，進而提升整個系統的換熱效率。增加換熱面積同時，此內芯不占用多余空間，換熱效率和材料用量衡量之間的性價比更高。此內芯制作也簡單，安裝便捷。

圖2

（3）該應用技術會給原有熱機排煙造成阻力，煙氣排放終點增加風機以抵消阻力。典型常用的風機有離心式風機和軸流風機。軸流風機相對離心式風機，安裝方便，通風換氣效果明顯，安全，可以接風筒把風送到指定的區域，常使用在要求不改變管內流體向的管道中。軸流風機的電機在風機內。當流體溫度過高，如高溫氣體，或者流體為液體，軸流風機往往被局限。本應用通過齒輪變換轉動傳向，實現風機的電機和葉片分離。

如圖3所示，葉片在煙氣管道內，電機在外，電機被隔離出管道流體外，能傳輸高溫氣體；整個系統密封，在增加管道氣壓和流體流速的同時，無氣密性影響，能適應一定的氣壓。風機包括葉輪、錐形齒輪組合、電機、傳動軸、電機殼、陶瓷管、管型載體、法蘭接口和水冷器，其特征在于，在電機和葉輪之間采用錐形齒輪組合和兩個傳動軸使傳動方向改變90°，管型載體承載葉輪和錐形齒輪組合，電機在管型載體外面處于密封狀態，穿入電機殼的陶瓷管支撐電機，電機殼和管型載體焊接，電機的外側設有水冷器，動能電纜、控制電纜通過陶瓷管連入電機。

圖3

（4）為安全考慮，可以在管理上附帶一種新的設備和管路氣壓下限檢測保護裝置。工程上常用水封來防止設備或者管路氣壓過高所造成的安全事故。氣壓超壓，氣體會沖開水壓，從排放管排放并泄壓。而有些工況下，設備和管路中氣壓小于某些特定值，也會造成安全事故。如燃氣發電機排煙受阻，會造成燒氣門、壞缸甚至更嚴重的事故。對于氣壓過低的預防，工業上往往采用探頭探測傳輸電信號報警或反饋控制。這種預防投入高，有電路系統易故障，電子設備受溫度氣壓等局限。這種新的裝置類似壓力管道常用的常溫濕式放散閥，不過原理相反。常溫濕式放散閥是過高壓力保護，而此裝置是保護壓力不至于過低，采用重錘的重力抵消壓力的原理，利用重力和氣壓壓力來達到檢測、排放目的。通過此方法，裝置結構簡單，故障少；相對電子探測系統，無需常調校；相對電動閥門控制，節省電力資源；對高溫高壓流體工作環境可用性更廣。

結束語：

該系列技術目前正在貴州地區瓦斯電站實驗。使用中，換熱管管內不會結垢，管外部結垢便于浸泡除垢劑洗刷；煙氣傳導熱量和水換熱，所生產的熱水溫度更高；節約了鍋爐、循環水泵設施投入；減少了鍋爐管段的熱量散失。

TK229.16

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1004-7344（2016）31-0293-02

2016-10-16