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(huán)流化床鍋爐的節(jié)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(tǒng)。該系統(tǒng)在鍋爐除塵器煙道內(nèi)安裝相變換熱器用以吸收煙氣余熱，構建余熱利用系統(tǒng)，用凝結水為介質(zhì)，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(jié)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(fā)生酸露腐蝕的條件下降低排煙溫度，已成為一個行業(yè)內(nèi)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(nèi)，工質(zhì)始終處于相變臨界狀態(tài)。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(nèi)容。

1 相變換熱器

相變換熱器由借鑒常規(guī)的間壁式換熱器，引入相變介質(zhì)進行換熱的理念創(chuàng)新而成，其核心是借助相變潛熱實現(xiàn)換熱[3]。相變換熱器技術的關鍵在于介質(zhì)在相變過程中吸熱放熱而溫度始終保持不變的特點，實現(xiàn)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(fā)吸熱區(qū)、凝結放熱區(qū)、上升管、下降管、汽水分離裝置等。在蒸發(fā)吸熱區(qū)內(nèi)部，介質(zhì)為液態(tài)水，通過吸收煙氣的熱量，蒸發(fā)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(jīng)過分離后，汽態(tài)介質(zhì)繼續(xù)上升至凝結放熱區(qū)，在凝結放熱區(qū)內(nèi)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(zhì)在換熱器內(nèi)靠不同相態(tài)下的密度差，形成了自然的上下循環(huán)輸運。在不斷的蒸發(fā)凝結過程中往復循環(huán)，實現(xiàn)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(diào)，圖中壁溫設置為115℃。

2 余熱回收系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)概述

該循環(huán)流化床鍋爐共5個煙道，在每個煙道內(nèi)設計2臺相變換熱器，2臺汽包。系統(tǒng)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(tǒng)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(huán)（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(tǒng)設計

依據(jù)上述主要原理，對系統(tǒng)的運行參數(shù)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(shù)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(shù)，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(jié)能效益分析

方案一：冬季系統(tǒng)自循環(huán)，夏季系統(tǒng)加熱凝結水后直接進入6號低加，節(jié)約經(jīng)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(jié)約經(jīng)濟效益如表2所示。

3 結 論

本課題針對某300MW循環(huán)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(tǒng)。在原系統(tǒng)的每個煙道內(nèi)設計加裝了2臺相變換熱器，2臺汽包。

本系統(tǒng)可以在自循環(huán)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(tǒng)自循環(huán)，夏季系統(tǒng)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(jié)能效益進行了計算分析，結果顯示，方案一自循環(huán)系統(tǒng)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(jié)標煤量約為5778噸，年節(jié)能經(jīng)濟效益約為117.01萬元。方案二年節(jié)標煤量約為6604噸，年節(jié)能經(jīng)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(yè)聯(lián)合會.中國燃煤電廠大氣污染物控制現(xiàn)狀[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]胡深亞，潘衛(wèi)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(jié)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(jié)能，2008，1（02）：21-24.