火電廠鍋爐余熱回收的相變換熱器技術方案探討

火電廠鍋爐余熱回收的相變換熱器技術方案探討

鍋爐是我國重要的能源轉化裝置，具有廣泛的適用性。只有火電工具的煤炭消耗占總煤炭消耗的55%。鍋爐的主要熱量是通過排放輸送的熱量，排放損失占所有鍋爐熱損失的65%以上。因此，提高鍋爐的效率和能源設備廠的綜合工作效率對節(jié)能減排非常重要。本文就利用復合相變換熱器回收利用電廠鍋爐尾部煙道余熱進行分析探討。1相變換熱技術的主要特點復合相變換熱技術與熱管換熱等節(jié)能技術都不同,該技術將換熱器最低金屬壁面溫度定義為“第一設計要素”,將對產生煙氣低溫結露和腐蝕具有關鍵性影響的最低壁面溫度置于“可控可調狀態(tài)”。該技術的核心在于“相變”,即通過“相變換熱器”的設置,并利用不同“強化傳熱技術”與不同“控制技術”的合理配置,借助于優(yōu)化設計,改變換熱器壁面溫度分布的“函數(shù)”特征,在始終保證金屬壁面溫度處于酸露點以上的同時,為大幅度回收煙氣低溫余熱提供了可能。復合相變換熱器將原熱管換熱器中相互獨立的部分,通過優(yōu)化設計構造成一個相互關聯(lián)的整體?！跋嘧儞Q熱”與“煙氣橫掠管束”相比,其換熱能力具有“量級性(102以上)提高”的傳熱特性,實現(xiàn)“相變換熱器”金屬壁面整體溫度分布均勻、與煙氣溫度保持“較小梯度溫降(溫差10~20℃)”以及原則上“獨立于被加熱工質溫度”的特殊功能。與此同時,利用“相變換熱器”的這一性能,預熱進入前一級換熱器(如末級空預器)工質,提高其入口溫度,保證整個設備同樣免受低溫腐蝕。此外,通過“相變換熱器”或者其他增設部件換熱量的調節(jié),實現(xiàn)對整個設備可能出現(xiàn)的不同最低壁面溫度的閉環(huán)控制,保證壁面溫度恒定或可控可調,以適應燃料種類以及工況的變化。這樣,在保證設備安全運行的前提下,達到大幅度回收煙氣余熱的節(jié)能目的。復合相變換熱技術的主要特點為:(1)能夠在鍋爐的設計和改造中,大幅度降低排煙溫度,使大量中低溫熱能被有效回收,產生十分可觀的經(jīng)濟效益;(2)降低排煙溫度的同時,保持金屬受熱面壁面溫度遠離酸露點,從根本上避免了結露腐蝕和堵灰,大幅度降低設備的維護成本;(3)相變換熱器具有相當幅度的調節(jié)能力,能使換熱器金屬受熱面最低壁面溫度處于可控可調狀態(tài),并保持排煙溫度和壁面溫度相對穩(wěn)定,能適應鍋爐的燃料品種以及負荷的變化;(4)在保留熱管換熱器具有高效傳熱特性的同時,通過適時排放不凝氣體有效解決相變換熱器可能出現(xiàn)的老化問題,大大延長設備的使用壽命。2實例分析揚州某發(fā)電有限公司的2#爐安裝了相變換熱器進行鍋爐尾氣余熱回收,以該技改實例進行節(jié)能效果分析。2.1m型直流鍋爐1#、2#鍋爐為HG1956/25.4-YM型直流鍋爐,設計和運行參數(shù)見表1。根據(jù)鍋爐燃料工業(yè)分析和經(jīng)驗公式,計算得到煙氣酸露點為78.06℃。設計的相變換熱器的參數(shù)見表2。2.2蒸汽回收余熱在空預器后的水平煙道上安裝復合相變換熱裝置,(蒸發(fā)段)煙道內的相變換熱器吸收煙氣熱量,使換熱器內部介質處于相變狀態(tài);(冷凝段)蒸汽沿上升管進入汽包,在汽包中蒸汽與流經(jīng)汽包的來自8#低加的低溫凝結水換熱,蒸汽被冷凝成液體,并沿下降管回到換熱器下段,凝結水被加熱后進入7#低加。相變換熱器的最低壁面溫度設定在100℃,高于煙氣酸露點78.06℃;將排煙溫度從149.78℃降低到125℃,回收熱量用于加熱汽機凝結水,替代一部分低加抽汽,降低汽輪機熱耗,提供機組效率。系統(tǒng)流程見圖1。2.3節(jié)能效率2.3.1標準煤/h相變換熱器總回收熱量:Q=VgρgCpgΔt=1820000×1.295×1.12×(145-115)=79191840kJ/h=2.702t標準煤/h,式中:Vg為煙氣流量,Nm3/h;ρg為煙氣密度,取1.295kg/Nm3;Cpg為煙氣比熱,取1.12kJ/(kg.℃);Δt為相變換熱器前、后排煙溫度溫差,℃;Q為相變換熱器回收熱量,kJ/h。設計計算和運行經(jīng)驗表明,相變換熱器回收的熱量能滿足7#、8#低加凝結水吸熱量。2.3.2凝結水在8#低加中的抽汽量計算回收熱量用于加熱汽機回熱系統(tǒng)冷凝水,可以減少7#、8#低加的抽汽量。7#、8#低加原進口水溫分別為72.2℃、35.8℃,經(jīng)余熱利用裝置改造后加熱至95℃。分別計算凝結水在7#、8#低加中吸收的熱量為:(1)凝結水在7#低加中吸熱量Q7=cp×Dn×△t7=4.1868×303×103×(95-72.2)=28924089kJ/h。低加蒸汽焓h7=2685.53kJ/kg,蒸汽凝結水焓h70=405.3kJ/kg,將以上吸熱量折算為7#低加耗用的抽汽量:D7=Q7/(h7-h70)=28924049/(2685.53-405.3)=12684.71kg/h。(2)凝結水在8#低加中吸熱量Q8=cp×Dn×△t8=4.1868×303×103×(72.2-35.8)=46177055kJ/h。低加蒸汽焓h8=2639.33kJ/kg,蒸汽凝結水焓h80=304.3kJ/kg,折算為8#低加耗用的抽汽量:D8=Q8/(h8-h80)=46177055/(2639.33-304.3)=19775.79kg/h。汽輪機出口排汽焓值為2299.3kJ/kg,如果節(jié)省的7#、8#低加抽汽用于發(fā)電,則產生的電力為:式中:h7為7#低加抽汽熱焓,kJ/kg;h8為8#低加抽汽熱焓,kJ/kg;hc為汽輪機出口蒸汽熱焓,kJ/kg。按照年運行7500h計算,相變換熱器回收余熱可以多發(fā)電量:發(fā)電煤耗按照330g/kW·h計算,年節(jié)能量:23496525×330×10-6=7753.85t標準煤。2.3.3按水泵培育參數(shù)計算泵的能耗由于在煙道內加裝了相變換熱器,增加了系統(tǒng)的阻力,必然會增加引風機的電耗,同時需要將凝結水輸送到換熱器又增加了水泵的動力消耗。增加的引風機和凝結水泵的耗電量計算如下:(1)引風機增加的功率式中:Vg為煙氣流量,Nm3/h;t為引風機進口煙氣溫度,℃;△H為相變換熱器增加的煙道阻力,Pa;ηy為引風機效率,取75%。(2)水泵增加的功率式中:q為水流量,kg/s;t為水泵揚程,m;ηb為水泵效率,取(3)增加耗電量按照年運行7500h計算,發(fā)電煤耗330g/kW·h,增加耗電量:7500×(431.1+33.0)=3480750k·Wh=1148.65t標準煤2.3.4u3000t標準煤/a該項