淺談煙氣余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用

金正風(fēng)，馮福筍，蔣玲花

（1.江蘇巴威工程技術(shù)股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212215；2.江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

淺談煙氣余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用

金正風(fēng)1，馮福筍2，蔣玲花2

（1.江蘇巴威工程技術(shù)股份有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212215；2.江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

通過對煙氣回收中存在的問題進(jìn)行分析，提出了采用熱管換熱器解決低溫露點腐蝕的方法，并列舉工程設(shè)計方案及其達(dá)到的節(jié)能效果。

余熱回收裝置；熱管換熱器；低溫腐蝕；節(jié)能

煙氣余熱回收系統(tǒng)可將鍋爐煙氣中大部分的熱量回收，用以加熱凝結(jié)水、熱網(wǎng)水或其他介質(zhì)，可減少汽輪機(jī)抽汽量及汽輪機(jī)額定工況的進(jìn)汽量，降低機(jī)組熱耗，最終降低機(jī)組燃煤量，減少SO2、CO2排放量，從而實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，降耗減排。

一、鍋爐煙氣余熱問題分析

大型鍋爐都安裝有鑄鐵管或不銹鋼式省煤器，用來助燃空氣或預(yù)熱鍋爐給水，但是由于石油、煤、天然氣燃料中均含有硫，在燃燒時產(chǎn)生的硫氧化物與水蒸汽結(jié)合后即形成硫酸蒸汽。當(dāng)鍋爐尾部受熱面的金屬壁面溫度低于硫酸蒸汽的凝結(jié)點，就會在其表面結(jié)露，引起腐蝕，嚴(yán)重影響了鍋爐的運行安全。目前，鍋爐都是通過提高排煙溫度來緩解結(jié)露的產(chǎn)生，致使鍋爐煙氣溫度過高，導(dǎo)致大量熱能損失及環(huán)境污染。

一般工業(yè)鍋爐的熱效率約為60%～70%，排煙溫度250～350℃，而導(dǎo)熱油爐，排煙溫度更是達(dá)到280℃以上，大量余熱未充分利用，節(jié)能空間很大。

為了進(jìn)一步降低排煙溫度和提高熱效率，因此要從酸露點確定、設(shè)計選材和正確操作等方面采取措施，來避免低溫露點腐蝕。

1.稍高于煙氣露點溫度

露點是衡量低溫腐蝕的重要參數(shù)。露點防腐蝕的一般方法是通過精心的設(shè)計，在效率降低不多的情況下，提高換熱面的壁溫，使之稍高于煙氣露點溫度。其具體溫度可依下式計算：

式中：tDP—換熱器傳熱面壁溫，℃；

2.選用耐腐蝕材料

在進(jìn)行煙氣余熱回收時，由于受到換熱器傳熱面所能承受的最高溫度限制，使余熱得不到充分回收。不

同的材料允許的最高使用溫度不盡相同，因此，在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)換熱器的壁溫選擇合適的材質(zhì)。比如，可以用ND鋼(09CrCuSb)，因為它具有較高的抵抗低溫腐蝕能力，不但能抗硫酸腐蝕，而且在負(fù)氯離子中也具有較高的耐蝕性，而它的力學(xué)性能與碳鋼相當(dāng)。

3.正確操作

鍋爐上安裝的預(yù)熱器經(jīng)常由于操作不當(dāng)帶來不利影響。如加熱爐的頻繁啟停有可能造成預(yù)熱器的低溫腐蝕。因此，在加熱爐的操作規(guī)程中，也應(yīng)列入保護(hù)換熱器正常工作的規(guī)定。

通過利用熱管式換熱器的余熱回收裝置能將煙氣中的高品位余熱進(jìn)行回收，可使工業(yè)爐效率提高8%～10%。它是把傳統(tǒng)工業(yè)鍋爐排出的廢氣，用于提高鍋爐軟水溫度，或用鍋爐排出的廢煙氣，加熱鍋爐助燃空氣提高送風(fēng)溫度，實現(xiàn)節(jié)能，這個裝置的使用對鍋爐效率的提高具有重大意義。

二、余熱回收裝置的使用

目前，國內(nèi)外煙氣余熱回收系統(tǒng)中的換熱器，主要有回轉(zhuǎn)式換熱器、焊接板(管)式換熱器、熱管換熱器及熱媒式換熱器，其中以熱媒式和熱管式為主。熱媒式換熱器由于運轉(zhuǎn)設(shè)備多，設(shè)備維護(hù)和運轉(zhuǎn)費用高，對系統(tǒng)的要求十分苛刻，在國內(nèi)應(yīng)用較少。熱管是一種新型、高效的傳熱元件，其內(nèi)部靠工質(zhì)循環(huán)實現(xiàn)熱量傳遞，當(dāng)量熱導(dǎo)率可達(dá)金屬的103～104倍。以熱管為主要傳熱元件的熱管換熱器較其他型式換熱器具有獨特的優(yōu)點，在利用熱能、回收廢熱、節(jié)約原料、降低成本等方面，特別適用于中低溫的余熱回收，廣泛應(yīng)用于鍋爐余熱回收，取得了明顯的節(jié)能效果。

熱管換熱器可通過不同形式的組合，回收鍋爐煙氣余熱，如預(yù)熱鍋爐助燃空氣的空預(yù)器、預(yù)熱鍋爐給水的省煤器、生產(chǎn)熱水的水加熱器及生產(chǎn)蒸汽的余熱鍋爐。熱管換熱器能夠?qū)⑷細(xì)忮仩t煙氣溫度降低至80℃左右，燃柴油鍋爐煙氣溫度降低至100℃左右，這是鑄鐵管或不銹鋼式省煤器或空氣預(yù)熱器無法做到的。

圖1 吸液芯型熱管的工作原理示意圖

圖1 為吸液芯型熱管的工作原理示意圖。熱管主要由3個基本部分組成：一是兩端密封的容器，多數(shù)做成圓管狀；二是由多孔材料(金屬網(wǎng)、金屬纖維等)構(gòu)成吸液芯，覆蓋在管壁的內(nèi)表面；三是容器內(nèi)充有一定數(shù)量的工質(zhì)及其蒸氣。

熱管的一端與熱流體接觸，管內(nèi)的工質(zhì)受熱后蒸發(fā)，變成蒸氣，管內(nèi)對應(yīng)的飽和蒸氣壓力也相應(yīng)提高。這一受熱區(qū)段稱為蒸發(fā)段。產(chǎn)生的蒸氣靠空間內(nèi)微小的壓差，經(jīng)過中間的傳輸段(不受熱的絕熱段)流向另一端的冷凝段。在冷凝段，工質(zhì)向冷流體放出熱量而使管內(nèi)的蒸氣又冷凝成液體。吸液芯型熱管中冷凝的液體工質(zhì)靠吸液芯的毛細(xì)管作用又回流到蒸發(fā)段，繼續(xù)重復(fù)上述過程。而重力式熱管則不需要管芯，只需將冷凝段布置在上部，蒸發(fā)段在下部，工作液就可以靠重力作用回流到蒸發(fā)段。

2.熱管換熱器性能特點

熱管是敏度極高的換熱元件，它是在真空管內(nèi)液體之間相互傳遞熱量，真空內(nèi)部熱阻小，具有良好的等溫性能等特點，具體表現(xiàn)如下。

(1)體積小，傳熱效率高

熱管可以相變傳熱，還可以對熱管肋化，強化其傳熱效果。相同熱負(fù)荷下，可減少管數(shù)、擴(kuò)大流通面積、降低流速、減輕磨損，延長換熱器的使用壽命。

公司的治理結(jié)構(gòu)作為企業(yè)發(fā)展的重要組成部分，對于企業(yè)的長期發(fā)展而言具有重要影響，一方面，公司的治理結(jié)構(gòu)極大地影響了企業(yè)投資者的回報，對于企業(yè)和投資者的利益起到的平衡的作用?，F(xiàn)代化的企業(yè)制度下，企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營大多都是采取所有權(quán)和經(jīng)營權(quán)分離的模式，這種情況下，由于市場投資者的股權(quán)比較分散，對企業(yè)的控制權(quán)也就很難得到保障，而公司治理結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化就是為了在根本上保障投資者和所有者的權(quán)益。另一方面，公司治理結(jié)構(gòu)的存在也是為了協(xié)調(diào)集團(tuán)內(nèi)眾多的利益群體。不僅可以對企業(yè)的管理者起到積極的激勵作用。同時也會有效地保障企業(yè)經(jīng)營決策的科學(xué)性。

(2)具有極強的抗腐蝕能力

由于傳熱靠真空管內(nèi)液體相變進(jìn)行，而且壁面溫度高、等溫性能好，設(shè)計時應(yīng)該使管壁溫度稍高于煙氣露點溫度，這樣煙氣沖刷熱管時就不會結(jié)露，煙氣中含硫不會溢出，而是隨煙氣排出，所以熱管、管箱和管道不會被腐蝕。

(3)布置靈活

熱管可以作為通用的傳熱元件，對于傳熱量要求不同的換熱器，可以用改變熱管根數(shù)的方法進(jìn)行任意組合。

(4)工作安全可靠

每根熱管是獨立的換熱元件，即使其中1根發(fā)生故障，也不影響整個換熱器的正常工作。在檢修時，可以單獨進(jìn)行更換。

三、工程方案及節(jié)能效果

1.某工程基本資料

2012年4月，某工程建設(shè)2 950t/h超臨界燃煤發(fā)電鍋爐配備煙氣脫硫系統(tǒng)，并于同年12月在脫硫吸收塔前入口處加裝低溫?zé)煔庥酂峄厥障到y(tǒng)吸收排煙余熱，將排煙溫度從125℃ 降低到85℃左右。機(jī)組容量為2×1 000MW超臨界燃煤；煤種選用煙煤；煙氣露點溫度約70℃；引風(fēng)機(jī)入口煙氣溫度約125℃(THA工況)。

2.設(shè)計方案

(1)煙氣余熱回收系統(tǒng)布置

煙氣側(cè)：煙氣通過靜電除塵器后，在引風(fēng)機(jī)和脫硫吸收塔煙氣進(jìn)口間的煙道之前，設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)。根據(jù)初步計算，要求煙氣熱量回收裝置處的煙道截面積為31.85m2(6.5m×4.9m)，換熱器長度約6.45m。

水側(cè)：在機(jī)組運行時，通過低壓加熱器，使進(jìn)水溫度高于60℃，進(jìn)入煙氣余熱回收系統(tǒng)之后，出水溫度達(dá)到80℃。煙氣余熱回收系統(tǒng)出水口與暖風(fēng)器進(jìn)水口相連接，從而實現(xiàn)熱能重復(fù)利用。在送風(fēng)機(jī)出口與空氣預(yù)熱器入口之間，加裝的暖風(fēng)器會使通過的空氣溫度及空氣預(yù)熱器壁溫升高，防止低溫腐蝕。

(2)煙氣余熱回收系統(tǒng)流程圖見圖2。

(3)熱力計算結(jié)果見表1。

3.節(jié)能效果

至2013年年底，該工程脫硫系統(tǒng)設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)，已運行5 500h，煙氣余熱回收系統(tǒng)設(shè)備前后情況對比統(tǒng)計見表2，結(jié)果表明，設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

表1

表2

四、結(jié)語

設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)，可以充分吸收煙氣余熱，節(jié)約煤源，降低脫硫用水，增加發(fā)電量，提高發(fā)電機(jī)組整體效率，值得推廣。當(dāng)然，回收鍋爐煙氣的余熱也要注意不能使排煙溫度過低，防止造成低溫生煤器的腐蝕。如何最大限度地利用余熱，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，建設(shè)節(jié)能環(huán)保型，仍需要不斷的努力。

圖2 系統(tǒng)流程圖

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