鍋爐煙氣余熱利用研究與應用

史佳賓+練純青+鄭秀平+趙三文

摘 要：本文以某燃煤電廠的循環流化床鍋爐的節能改造為背景，研究了以相變換熱器為核心部件的鍋爐煙氣余熱利用系統。該系統在鍋爐除塵器煙道內安裝相變換熱器用以吸收煙氣余熱，構建余熱利用系統，用凝結水為介質，在余熱汽包中吸收熱量，回收的熱量采用兩種方式利用。分析表明，直接加熱凝結水的方式節能效益更為顯著。

關鍵詞：相變換熱；余熱回收：凝結水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.245

0 前言

鍋爐的低溫煙氣余熱，受到煙氣酸露點的制約，始終無法充分的回收，造成了大量的能源浪費和鍋爐效率的損失。如何能夠在不發生酸露腐蝕的條件下降低排煙溫度，已成為一個行業內公認的難題[1]。而相變換熱技術是利用相變過程中水的汽化潛熱進行熱量傳遞的強化換熱技術，在換熱器的管束內，工質始終處于相變臨界狀態。將相變換熱技術應用到鍋爐的低溫煙氣余熱回收中，是本文研究的主要內容。

1 相變換熱器

相變換熱器由借鑒常規的間壁式換熱器，引入相變介質進行換熱的理念創新而成，其核心是借助相變潛熱實現換熱[3]。相變換熱器技術的關鍵在于介質在相變過程中吸熱放熱而溫度始終保持不變的特點，實現了換熱器的整體壁面溫度保持一致。

相變換熱器的主要結構包括：蒸發吸熱區、凝結放熱區、上升管、下降管、汽水分離裝置等。在蒸發吸熱區內部，介質為液態水，通過吸收煙氣的熱量，蒸發變成汽水混合物，隨后靠著浮力的作用上升至汽水分離裝置，經過分離后，汽態介質繼續上升至凝結放熱區，在凝結放熱區內凝結放熱，加熱外部的水。隨后凝結后的水下降至汽水分離裝置。介質在換熱器內靠不同相態下的密度差，形成了自然的上下循環輸運。在不斷的蒸發凝結過程中往復循環，實現了把熱能從高溫煙氣傳向低端冷源的高效傳輸。并且整體壁溫保持一致可調，圖中壁溫設置為115℃。

2 余熱回收系統設計

2.1 系統概述

該循環流化床鍋爐共5個煙道，在每個煙道內設計2臺相變換熱器，2臺汽包。系統流程為：從7號低加入口取凝結水，通過旁路管道分別進入10臺汽包加熱。冷卻系統為兩種運行方式：（1）通過汽包加熱后的凝結水匯總后依次通過水水換熱器、二次風暖風器后回到汽包，此為一個循環（適用于冬季工況）。（2）通過汽包加熱后的凝結水匯總后直接進入6號低加，進入除氧器（適用于夏季工況）。

2.2 系統設計

依據上述主要原理，對系統的運行參數進行了設計、收集和整理。通過設計計算，得到凝結水流量等參數的設計值。主要計算過程如下。

相變換熱器總回收熱量（kW）：

式中：——煙氣流量，單位Nm3/h；

——煙氣密度，取1.31 kg/Nm3；

——煙氣比熱，取1.12kJ/（kg.℃）；

——相變換熱器前、后煙氣溫差，單位℃；

——保熱系數，取0.95；

加熱凝結水流量t/h：

式中：——總回收熱量，單位kW；

——凝結水比熱，取4.2kJ/（kg.℃）；

——凝結水進出口溫差，單位℃；

2.3 節能效益分析

方案一：冬季系統自循環，夏季系統加熱凝結水后直接進入6號低加，節約經濟效益如表1所示。

方案二：全年加熱凝結水后直接進入6號低加，節約經濟效益如表2所示。

3 結 論

本課題針對某300MW循環流化床鍋爐，設計了以相變換熱裝置為核心的煙氣余熱回收系統。在原系統的每個煙道內設計加裝了2臺相變換熱器，2臺汽包。

本系統可以在自循環和直接加熱凝結水兩種運行方式下進行自由切換，共設計兩張運行方案，方案一為冬季系統自循環，夏季系統加熱凝結水。方案二為全年加熱凝結水后直接并入6號低加。本課題對兩種運行方案的節能效益進行了計算分析，結果顯示，方案一自循環系統中的凝結水加熱二次風和采暖水，附加的引風機和送風機能耗略高，年節標煤量約為5778噸，年節能經濟效益約為117.01萬元。方案二年節標煤量約為6604噸，年節能經濟效益約約為140.79萬元。方案二的換熱效率更高。

參考文獻：

[1]中國電力企業聯合會.中國燃煤電廠大氣污染物控制現狀[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]胡深亞，潘衛國，姜未汀，王文歡，章玲，周曰.中低溫煙氣余熱利用中防腐措施及利用方式的探討[J].上海節能，2011，17（01）：30-34.

[3]王炎.復合相變換熱器技術與裝置[J].上海節能，2008，1（02）：21-24.