探究復合相變換熱器在電廠節能改造中的運用

郭振祥

（陜西煤業化工集團有限責任公司，陜西 西安 710077）

1 復合相變換熱器技術原理

復合相變換熱技術與熱管換熱等節能技術，在本質上存在差異性，該技術把換熱器最低金屬壁面溫度設為“第一設計要素”，而把對誘發煙氣低溫結露以及腐蝕的重要影響的壁面溫度最低值設為“可控可調狀態”。復合相變換熱器技術在應用過程中，重點在“相變”方面有所體現，應用安設“相變換熱器”的形式，同時采用對多種“強化傳熱技術”和“控制技術”科學布設的方式，運用調整與完善設計方案的辦法，實現整改換熱器壁面溫度排布的“函數”特征，在確保金屬壁面溫度處于酸露點以上區間的同時，為大規模回收煙氣低溫余熱目標的實現創造諸多優勢條件。

復合相變換熱器利用原熱管換熱器內處于互相獨立運行狀態的構件，采用優化設計的方式，規劃出不同構件間存在密切關聯性的整體。“相變換熱”與“煙氣橫掠管束”相比較，其置換鍋爐余熱的能力顯著提升，多數會＞102，進而確保“相變換熱器”金屬壁面溫度部署的勻稱性，同時和煙氣溫度梯度差不會很大（在10～20℃區間內取值）。從原則上分析，其與被加熱工件質溫度之間存在互為獨立的關系。

另外，采用復合相變換熱器技術“相變換熱器”的這一基本屬性，預熱進入初期末級空預器這類一級換熱器工質，入口溫度會相應增加，進而有效規避了低溫環境對設備外部結構完整性造成的侵擾，降低低溫腐蝕現象的發生率。與此同時，也可采用“相變換熱器”或增設他類構件的形式，實現對設備熱量的有效調整與轉換，但是關于整個設備在運行過程中，可能產生的不同程度壁面溫度閉環控制的現象，復合相變換熱器確保了壁面溫度值的安穩性以及可調控性，進而滿足各種燃料燃燒以及運行模式等主觀需求。由此可見，復合相變換熱器技術的應用，一方面確保鍋爐設備運行的安穩性，另一方面也最大限度的回收煙氣余熱，實現節能減排的目標。

2 復合相變換熱器技術的主要特征

（1）在鍋爐設計與改造的過程中，明顯降低排煙溫度。在上述過程中低溫熱能回收效率大幅度提升，能夠為企業各項業務的運營創造更大的經濟效益與生態效益。

（2）在降低排煙溫度基礎上，拉長金屬受熱面壁面溫度與酸露點間的距離，從很大意義上來講有效規避了結露腐蝕和堵灰問題，此時設備在運行期間維修與養護費用均有不同程度降低。

（3）相變換熱器具備一定調節能力，其作用在于促使換熱器金屬受熱面最低壁面溫度數值長期處于可調控范疇中，同時確保了排煙溫度與壁面溫度變化的安穩性，滿足鍋爐設備中不同類型燃料的燃燒需求，同時有能力承擔設備運行期間多變的負荷量。

（4）在不影響熱管換熱器傳導熱量屬性的基礎上，采用有規律排放不凝氣體的方式，有效彌補了相變換熱器運行期間可能出現結構老化的問題，進而延長了設備的使用年限。

3 調水系統的應用

通過對長期工作經驗的總結，筆者發現電廠鍋爐設備若采用提升熱風溫度的方式去吸收排放的煙氣，溫度下降過程中所釋放出的熱量值是極為有限的，且其間會消耗大量的資金。而將上述過程中產生的熱量輸送至除氧器的補給水中，會有效降低排煙溫度的輸出熱量，繼而實現在熱力循環內部有效吸收熱量的目標。在小型熱電聯產設備內，氧器出口水溫的預設值是104℃，多采用蒸汽設備加熱。以400t/h鍋爐為實例進行分析，若將可調節冷卻水流導入至復合相變換熱器中，設p：復合相變換熱器中空氣吸收熱量的份額，那么在p=0時，就代表所有熱量均被調節水帶走；若P=0.2就代表有1/5的熱量被用于加熱空間。①若將排煙溫度初始值從165℃降至155℃，在P=0時，調水系統的調節水流量為40.9t/h；在P=0.2時，復合相變換熱器出口空間溫度為33.5℃，熱風溫度為290℃，調節水流量為32.7t/h，節能收益（萬元/年）為75萬元；②若排煙溫度降低至145℃，在P=0時，調水系統的調節水流量為75.2t/h；在P=0.2時，復合相變換熱器出口空間溫度為36.7℃，熱風溫度為291℃，調節水流量為60.1t/h，節能收益為152.1萬元；③若排煙溫度降低至125℃，在P=0時，調水系統的調節水流量為144.0t/h；在P=0.2時，復合相變換熱器出口空間溫度為43.4℃，熱風溫度為293℃，調節水流量為115.2t/h，節能收益為305.1萬元。

①上述代表的是復合相變換熱器壁溫最低值T1=110℃時的性能指標。在T1=100℃，P=0時，鍋爐設備運行成本將降低15～20%，P=0.2時設備成本下降為9～12%。由此可見，在排放煙氣酸露點相對較低的情景下，大幅度提升T1，會導致設備在運行期間徒增成本，可行性相對較低。②在調節水的作用下，排煙溫度降低至125℃的目標是可以實現的。③盡管伴隨著排煙溫度的降低，設備運行成本會相應增加，但通過節能獲得的收益是不容小噓的，在P=0時大約經歷4個月就可回收成本；P=0.2時半年以后就可回收成本。④復合相變換熱器出口空間溫度顯著上升，該參數可以結合電廠鍋爐生產作業時的實際需求進行調整與設計。⑤熱風溫度的上升空間受到一定限制，其取決于系統被優化的程度。

4 探討凝汽式汽輪機裝置循環熱效率

采用125MW凝汽式汽輪機裝置的熱力循環為實例進行分析，在分析過程中用到的參數主要有：①JD4（第4級低壓給水加熱器）前的溫度32.4℃；②JD3（第3級低壓給水加熱器）后的水溫為86.3℃。JD4與JD3正是復合相變換熱器進出口水溫的常規值。故此在對熱效率分析過程中，導入一股旁通水量G1（t/h），G1的作用是JD4和JD3的抽汽量數值發生變化期間發揮補給作用，其他參數在原則上不發生變化。

在對鍋爐設備所有參數進行分析時，計算得到新汽和再熱汽從鍋爐吸取的熱量是425.17MW，主凝水帶回的熱量是10.75MW，不同級別抽汽供熱輸出的熱量是117.48MW，計算得出鍋爐實際輸出的熱量Q1=425.17-10.75-117.48=296.94MW，額定電能輸出Q0=124MW，那么若根據電廠生產每度電的熱耗去定義裝置熱效率，ηt=Q0/Q1=124/296.93=0.418。

在有旁通流量G1后，導致兩級抽汽量降低，其是△D3（供給JD3的抽汽減小量）與△D4（供給JD4的抽汽減小量）兩者的總和，該數值和冷凝器前后工質焓差的乘積就是△Q。

經過計算，水調節空預器改造后的鍋爐效率采用ηk'表示，則有ηk' =ηk+（ηk：鍋爐效率；ΔTg：復合相變換熱器改造前后排煙溫度的差值。于是改造后的總效率），此時，改造后的總效率可采用如下公式表示：η'=η'·η'（η'：具有旁通流量G的循環熱效率）。ktt1

在對改造后鍋爐后期運行狀況進行急性整體分析時，發現當排煙溫度下降時，η'數值相應上升，但是從k熱循環效率的角度分析，G的上升又促使η'降低。故此，1t η'對于η而言，是上升還是有降低趨勢，絕不能依照以上的簡單分析去得出相應定論，一定要經過計算過程。

在旁通水量G1與排煙溫度波動性較大情況下，因為η'始終大于η，故此可以推測改造后的電廠在運行期間總能夠獲得正值收益。但是在復合相變換熱器投資降低時（排煙溫度下降幅度也相應減?。顿Y效益的回收周期最短，也就是說年收益額度最低。該種改造方式可以在小規模電廠中應用；而對于規模相對較大的電廠，最好選擇相對較低的排煙溫度，進而獲得相對較高的年收益，與此同時也有助于降低能源耗損量，并優化周邊環境。