李永華

(安徽國(guó)幀生物質(zhì)發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 隼陽(yáng) 232023)

應(yīng)用相變換熱技術(shù)對(duì)65 t/h 循環(huán)流化床鍋爐節(jié)能改造

李永華

(安徽國(guó)幀生物質(zhì)發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 隼陽(yáng) 232023)

為了解決安徽國(guó)禎生物質(zhì)發(fā)電有限責(zé)任公司65 t/h 循環(huán)流化床鍋爐由于安裝運(yùn)行使用時(shí)間較長(zhǎng)，造成的受熱面?zhèn)鳠嵝式档?，?shí)際排煙溫度高達(dá)160℃，鍋爐排煙損失增加和引風(fēng)機(jī)電耗增加等問題。根據(jù)用戶要求和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件并結(jié)合該鍋爐自身的特點(diǎn)，提出了在鍋爐尾部安裝相變換熱系統(tǒng)的改造方案，使排煙溫度降低至120℃，增加了受熱面的傳熱效率，降低了鍋爐的排煙損失。在避免受熱面低溫腐蝕的同時(shí)保證低溫?zé)煔庥酂岬玫接行А踩幕厥铡?/p>

排煙溫度;相變換熱;余熱回收;改造;低溫腐蝕

0 引言

煤炭等含硫燃料在鍋爐中燃燒會(huì)產(chǎn)生二氧化硫，其中一部分會(huì)轉(zhuǎn)化成三氧化硫，與煙氣中的水蒸氣結(jié)合生成硫酸蒸汽，從而顯著地提高煙氣的露點(diǎn)溫度，容易在低溫受熱面上凝結(jié)形成硫酸溶液與堿性灰及金屬反應(yīng)，導(dǎo)致低溫腐蝕和堵灰，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行危害性極大［1－4］。為了避免這一現(xiàn)象，鍋爐設(shè)計(jì)通常采用提高排煙溫度的辦法，因而導(dǎo)致煙氣余熱浪費(fèi)嚴(yán)重，不符合節(jié)能要求。

相變換熱技術(shù)的提出有助于解決上述問題［5］。利用相變換熱技術(shù)對(duì)現(xiàn)有鍋爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在鍋爐空氣預(yù)熱器之后的尾部煙道設(shè)置換熱器(即具有特殊形狀的不銹鋼換熱管組)，煙氣加熱換熱管組中的飽和水，使其成為相同溫度下的汽水混合物，上升進(jìn)入汽包，遇到位于汽包上部的低溫?fù)Q熱管外壁，釋放大量汽化潛熱，加熱低溫?fù)Q熱管內(nèi)的水。水蒸氣放熱后由氣相變?yōu)橐合?，形成冷凝水，回落至換熱器底部，再次被加熱蒸發(fā)，如此反復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)相變系統(tǒng)自然封閉循環(huán)［6］，從而在保證避免受熱面低溫腐蝕的同時(shí)使低溫?zé)煔庥酂岬玫接行А踩厥铡?/p>

1 節(jié)能需求

安徽國(guó)禎生物質(zhì)發(fā)電有限責(zé)任公司的65 t/h循環(huán)流化床鍋爐，由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，受熱面的傳熱效率較新鍋爐有所降低，在實(shí)際運(yùn)行中鍋爐排煙溫度高達(dá)160℃，造成鍋爐排煙損失增加，引風(fēng)機(jī)電耗增加等問題。為了在避免受熱面低溫腐蝕的同時(shí)有效回收低溫?zé)煔庥酂?，在鍋爐尾部安裝相變換熱系統(tǒng)，符合當(dāng)前經(jīng)濟(jì)形勢(shì)和國(guó)家節(jié)能政策。

表1 實(shí)用煤質(zhì)分析資料

根據(jù)煤質(zhì)分析資料(見表1)，采用馮俊凱等推薦的經(jīng)驗(yàn)公式［7］，煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算如下

式中 tsld——煙氣的酸露點(diǎn)/℃;

tld——煙氣的水蒸氣露點(diǎn)/℃;

β——與過量空氣系數(shù)有關(guān)的常數(shù)，當(dāng)α″l=1．4 ～1． 5 時(shí)，β =129;當(dāng)α″l=1． 2 時(shí)，β =121;

Szasr、

Azasr——收到基折算(每1000 kJ 的折算值)硫分及灰分/g·MJ－1;

αfh——飛灰占總灰分的份額。

因此本方案中所述相變換熱系統(tǒng)的最低壁面溫度控制在110℃以上、排煙溫度125 ～130℃。該溫度是針對(duì)用戶燃料分析而設(shè)置的，實(shí)際運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)用戶所使用燃料的煙氣酸露點(diǎn)調(diào)整換熱器壁溫，例如，當(dāng)用戶實(shí)際煙氣酸露點(diǎn)比較高時(shí)，可以通過自控裝置來(lái)改變換熱器最低壁溫，這樣就能保證在受熱面安全(不結(jié)露)的前提下回收效益的最大化。

圖1 相變換熱系統(tǒng)示意圖

2 改造方案

在尾部煙道布置相變換熱系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)相當(dāng)于一個(gè)相變鍋爐(如圖1)。具體實(shí)施方案為:在現(xiàn)有的空氣預(yù)熱器后布置煙氣冷卻器，該煙氣冷卻器由8 排立式螺紋煙管組成，并在前三排螺紋煙管加裝防磨蓋板，為了控制積灰采用燃?xì)饷}沖吹灰器定期吹灰。尾部煙氣加熱螺紋煙管內(nèi)系統(tǒng)壓力下的飽和水，將其轉(zhuǎn)化為汽水混合物后進(jìn)入汽包，實(shí)現(xiàn)汽水分離。蒸汽與汽包內(nèi)上部布置的換熱管進(jìn)行凝結(jié)換熱，將管內(nèi)30℃的水加熱到90℃左右，對(duì)外供熱水或者供熱;換熱后的蒸汽變成凝結(jié)水，即汽包壓力下的飽和水，通過下降管返回到尾部煙氣冷卻器下集箱，重新吸收煙氣熱量，將煙氣溫度從160℃降到125 ～130℃，從而降低排煙溫度，提高系統(tǒng)熱效率。

不凝結(jié)氣體會(huì)顯著降低傳熱系數(shù)［8－9］，對(duì)相變換熱產(chǎn)生十分有害的影響，因此需要在相變系統(tǒng)運(yùn)行前向汽包充滿飽和蒸汽，使不凝結(jié)氣體從汽包的排氣閥排出;運(yùn)行時(shí)，相變系統(tǒng)的壓力為0．12 MPa，正壓運(yùn)行，從而避免不凝結(jié)氣體從外界進(jìn)入汽包。

表2 相變換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

3 改造后的運(yùn)行情況及效益分析

3．1 運(yùn)行情況

經(jīng)改造，相變換熱系統(tǒng)的吸熱段進(jìn)口煙氣溫度為160℃，換熱器尾部排煙溫度小于130℃，此區(qū)間煙氣降溫幅度為30℃。具體運(yùn)行情況見表3。

表3 改造后鍋爐運(yùn)行情況

3．2 效益分析

3．2．1 回收熱量Q

鍋爐實(shí)際運(yùn)行時(shí)的平均回收熱量(按平均負(fù)荷為53．5 t/h 計(jì))為

式中 q——加熱水平均流量/kg·h－1;

Δt——相變進(jìn)出口溫差/℃;

cp——水的比熱容/kJ·kg－1·℃－1。若滿負(fù)荷運(yùn)行，則估計(jì)回收熱量為

3．2．2 年節(jié)約標(biāo)煤量Gc

=1091 t/年

式中 Q——回收熱量的千瓦數(shù)/kW;Qp——為標(biāo)煤的發(fā)熱量/kJ·kg－1;ηk——鍋爐效率;

3600——單位轉(zhuǎn)換系數(shù)/kJ·(kW·h)－1;

HR——設(shè)備每年折算滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)數(shù)，取6800 h。

加裝相變換熱系統(tǒng)的總費(fèi)用為80 萬(wàn)元，由上述計(jì)算可知，改造后的鍋爐每年運(yùn)行可節(jié)省費(fèi)用92.735 萬(wàn)元(標(biāo)準(zhǔn)煤按850 元/t 計(jì)算)，不到11 個(gè)月內(nèi)可收回投資。

4 結(jié)語(yǔ)

安徽國(guó)禎生物質(zhì)發(fā)電有限責(zé)任公司的65 t/h循環(huán)流化床鍋爐增加相變換熱系統(tǒng)后，鍋爐的排煙溫度從160℃降至125℃左右，煙氣余熱得以有效、安全地回收，可將熱網(wǎng)循環(huán)水由30℃加熱至90℃，用以供暖或供熱水。實(shí)踐證明，在鍋爐尾部煙道加裝相變換熱系統(tǒng)，安全可靠，熱效率高，投資回收期短，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，具有推廣價(jià)值。

［1］曹艷，馮偉忠． 燃煤鍋爐尾部設(shè)備低溫腐蝕問題分析及防治［J］．華東電力，2014，42(2):391 －395．

［2］李自怡．基于目標(biāo)成本管理的火電廠成本控制體系［J］．電網(wǎng)與清潔能源，2014，30(4):36 －39．

［3］王炎．復(fù)合相變換熱器技術(shù)與裝置［J］． 上海節(jié)能，2008(2):21 －24．

［4］張少軍，王治遠(yuǎn)，馬振林，等． 真空相變鍋爐低排煙溫度設(shè)計(jì)與低溫腐蝕［J］．工業(yè)鍋爐，2005(6):12 －18．

［5］嚴(yán)樂榮．復(fù)合相變換熱器在電廠鍋爐煙氣余熱回收中的應(yīng)用［J］．能源研究與利用，2012(4):44 －46．

［6］黃衛(wèi)瓊．相變換熱器技術(shù)在鍋爐上的應(yīng)用［J］．工業(yè)安全與環(huán)保，2012，38(6):53 －56．

［7］馮俊凱，等．鍋爐原理及計(jì)算［M］．3 版．北京:科學(xué)出版社，1992．

［8］曲建麗，欒濤，王學(xué)棟．凝汽器內(nèi)不凝結(jié)氣體對(duì)汽相流動(dòng)與傳熱性能的影響［J］． 動(dòng)力工程，2007，27(6):931 －935．

［9］程有凱，常琳，張麗，等． 具有不凝結(jié)氣體存在的凝結(jié)換熱研究［J］．制冷學(xué)報(bào)，2006，27(4):41 －44．

Phase Change Technology Used on 65 t/h Circulating Fluidized Bed Energy Conservation Retrofit

LI Yong－h(huán)ua
(Biomass Electricity Generation of Anhui Guozhen Co．，Ltd．，Sunyang 232023，China)

The paper is aimed at solving many problems of 65t/h circulating fluidized bed boiler (CFB)which belongs to Biomass Electricity Generation of Anhui Guozhen Co．，Ltd． due to a longer time of installing，operation and using． Those problems include heating surfaces heat transfer efficiency reduction，actual exhaust temperature reaching up to 160℃，boiler flue gas loss increasing，power consumption of induced draft fan and etc． Therefore combination with the user requirement，the actual condition and the own characteristics of boiler，a transformation plan of installing phase change heat transfer system at the rear of the boiler is put forward． The plan reduces exhaust temperature to 120℃，increases the heat transfer efficiency of heating surfaces and lower the flue gas loss． It avoids low－temperature corrosion of heating surface as well as ensures effective and safe recycle of waste heat from low－temperature flue gas．

exhaust gas temperature;phase change heat transfer;waste heat recovery;transformation;low－temperature corrosion

TK124;TK11+5

A

1002 －6339 (2015)05 －0464 －03

2015 －01 －04修訂稿日期2015 －04 －03

李永華(1969 ～)，男，工學(xué)學(xué)士，工程師，從事電廠的技術(shù)及管理工作。