李一君

煙氣余熱利用新技術(shù)

李一君

（貴州盤江煤層氣開發(fā)利用有限責(zé)任公司 貴州貴陽 550000）

當(dāng)前，我國能源利用存在著利用效率低、經(jīng)濟(jì)效益差的主要問題。2007年11月，財政部下發(fā)的《節(jié)能技術(shù)改造財政獎勵資金管理暫行辦法》中規(guī)定：對完成節(jié)能量目標(biāo)的項目承擔(dān)企業(yè)給予獎勵，其中余熱余壓項目屬于財政獎勵的節(jié)能技術(shù)改造項目之一。提高能源綜合利用率作為能源發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的重要內(nèi)容，是解決我國能源問題的根本途徑。大部分熱機(jī)會有煙氣或熱氣排出，采用渦輪增壓等方式能利用煙氣高品位的能量，而低品位的煙氣熱能常通過余熱鍋爐生產(chǎn)熱水。本文以筆者從事的清潔能源利用行業(yè)為例，介紹一系列煙氣余熱利用新應(yīng)用。該系列應(yīng)用的技術(shù)獲國家4項專利授權(quán)。

煙氣；余熱利用；新技術(shù)

瓦斯發(fā)電是清潔能源利用的標(biāo)桿之一。瓦斯發(fā)電機(jī)組的煙氣，未經(jīng)利用排出溫度有450℃。煙氣如不加以利用，會帶走大量的熱能排放大氣。目前利用余熱鍋爐通過水循環(huán)，把熱量帶入熱水池，產(chǎn)出熱水。使用上述傳統(tǒng)的余熱利用辦法，水在高溫易結(jié)垢，如果水質(zhì)差則結(jié)垢嚴(yán)重，易堵死報銷換熱設(shè)備。如果對水進(jìn)行軟化又存在兩個缺點：成本高，所產(chǎn)熱水殘留軟化劑。

熱力機(jī)組一般有多臺。新應(yīng)用，把機(jī)組的煙管匯總，用一根總煙管把煙氣導(dǎo)入熱水池中的高效換熱管。煙氣總管采用不銹鋼材質(zhì)，帶保溫陶瓷內(nèi)膽或采泡水泥管。換熱管外采用業(yè)內(nèi)常用的技術(shù)——加肋增加外換熱面積，管內(nèi)采用加葉柵來增加內(nèi)換熱面積。考慮延長煙管并匯總對煙氣產(chǎn)生的沿程壓力損失，煙氣換熱后，在熱水池排煙管增加特有的耐熱軸流風(fēng)機(jī)以補(bǔ)償熱機(jī)排煙背壓。為使軸流風(fēng)機(jī)的功率不影響機(jī)組運(yùn)行，同時節(jié)約能耗，在管道設(shè)煙氣壓力探頭，反饋調(diào)節(jié)控制電機(jī)功率。同時，也可在管道上三通接入壓力下限檢測放散裝置。以下為對新應(yīng)用的要點詳細(xì)敘述。

以圖1所示，這種煙氣余熱利用裝置，包括機(jī)組、煙氣總管、水池、換熱管、軸流風(fēng)機(jī)、排煙管和應(yīng)急放散管，其特征在于，將各機(jī)組的尾氣管匯引到一根煙氣總管上，煙氣總管延伸到水池內(nèi)，煙氣總管的另一端與換熱管相連，煙氣總管上設(shè)有應(yīng)急放散管，換熱管穿出水池再接軸流風(fēng)機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)為整個系統(tǒng)氣體提供動力，以便機(jī)組排氣，軸流風(fēng)機(jī)接排煙管。

圖1

（1）余熱利用對象煙氣為高溫工質(zhì)，如燃?xì)獍l(fā)電機(jī)，排煙溫度為450℃，因此要求傳輸煙氣的管道耐高溫且保溫。新應(yīng)用可可采用現(xiàn)場倒制發(fā)泡水泥管，內(nèi)含鋼筋，管型考慮施工方便可為方管。發(fā)泡水泥是土建上常用的保暖材料，由水泥添加發(fā)泡劑、雙氧水制成。發(fā)泡水泥富含細(xì)小空腔，形成接觸熱阻，降低了導(dǎo)熱系數(shù)而擁有隔熱功能。相比碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)45W/m·K，此種材料的導(dǎo)熱系數(shù)可在5W/m·K以下。普通水泥是不耐高溫的，需要選用耐高溫礦渣水泥、耐高溫石墨水泥等。加入石英砂，加入鋁酸鹽可以提高水泥抗高溫性能。加入研細(xì)的石英砂，如在G級水泥中加入石英砂含量高達(dá)30%時，抗高溫性可達(dá)328℃。在水泥中加入鋁酸三鈣時，抗高溫性能極大加強(qiáng)，當(dāng)鋁酸三鈣含量達(dá)到30%，抗高溫性可達(dá)500℃。本應(yīng)用也可在常規(guī)不銹鋼管內(nèi)加入保溫陶瓷內(nèi)管。

（2）國內(nèi)換熱管應(yīng)用廣泛，換熱管一般在外表面增加針肋、環(huán)肋或者采用板式來增加換熱管的換熱面積，進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)傳熱的目的新應(yīng)用的換熱管增加了外部換熱面積.但是管內(nèi)換熱面積即為換熱管管內(nèi)面積，為使管內(nèi)流體和管壁換熱這一環(huán)節(jié)的換熱效果理想，采用圖2所示的內(nèi)芯。內(nèi)芯，包括半圓管載體，下部鋼板，中部鋼板和上部鋼板，其特征在于，采用截開的鋼管做半圓管載體，在半圓管載體的內(nèi)管壁均勻等分焊接下部鋼板，下部鋼板相交于半圓管載體的圓心線上，中部鋼板焊接在圓心線上，在圓心線上焊接和下部鋼板對稱的上部鋼板。所述半圓管載體，下部鋼板，中部鋼板和上部鋼板等長。

此內(nèi)芯增加換熱管的內(nèi)部換熱面積，進(jìn)而提升整個系統(tǒng)的換熱效率。增加換熱面積同時，此內(nèi)芯不占用多余空間，換熱效率和材料用量衡量之間的性價比更高。此內(nèi)芯制作也簡單，安裝便捷。

圖2

（3）該應(yīng)用技術(shù)會給原有熱機(jī)排煙造成阻力，煙氣排放終點增加風(fēng)機(jī)以抵消阻力。典型常用的風(fēng)機(jī)有離心式風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)。軸流風(fēng)機(jī)相對離心式風(fēng)機(jī)，安裝方便，通風(fēng)換氣效果明顯，安全，可以接風(fēng)筒把風(fēng)送到指定的區(qū)域，常使用在要求不改變管內(nèi)流體向的管道中。軸流風(fēng)機(jī)的電機(jī)在風(fēng)機(jī)內(nèi)。當(dāng)流體溫度過高，如高溫氣體，或者流體為液體，軸流風(fēng)機(jī)往往被局限。本應(yīng)用通過齒輪變換轉(zhuǎn)動傳向，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的電機(jī)和葉片分離。

如圖3所示，葉片在煙氣管道內(nèi)，電機(jī)在外，電機(jī)被隔離出管道流體外，能傳輸高溫氣體；整個系統(tǒng)密封，在增加管道氣壓和流體流速的同時，無氣密性影響，能適應(yīng)一定的氣壓。風(fēng)機(jī)包括葉輪、錐形齒輪組合、電機(jī)、傳動軸、電機(jī)殼、陶瓷管、管型載體、法蘭接口和水冷器，其特征在于，在電機(jī)和葉輪之間采用錐形齒輪組合和兩個傳動軸使傳動方向改變90°，管型載體承載葉輪和錐形齒輪組合，電機(jī)在管型載體外面處于密封狀態(tài)，穿入電機(jī)殼的陶瓷管支撐電機(jī)，電機(jī)殼和管型載體焊接，電機(jī)的外側(cè)設(shè)有水冷器，動能電纜、控制電纜通過陶瓷管連入電機(jī)。

圖3

（4）為安全考慮，可以在管理上附帶一種新的設(shè)備和管路氣壓下限檢測保護(hù)裝置。工程上常用水封來防止設(shè)備或者管路氣壓過高所造成的安全事故。氣壓超壓，氣體會沖開水壓，從排放管排放并泄壓。而有些工況下，設(shè)備和管路中氣壓小于某些特定值，也會造成安全事故。如燃?xì)獍l(fā)電機(jī)排煙受阻，會造成燒氣門、壞缸甚至更嚴(yán)重的事故。對于氣壓過低的預(yù)防，工業(yè)上往往采用探頭探測傳輸電信號報警或反饋控制。這種預(yù)防投入高，有電路系統(tǒng)易故障，電子設(shè)備受溫度氣壓等局限。這種新的裝置類似壓力管道常用的常溫濕式放散閥，不過原理相反。常溫濕式放散閥是過高壓力保護(hù)，而此裝置是保護(hù)壓力不至于過低，采用重錘的重力抵消壓力的原理，利用重力和氣壓壓力來達(dá)到檢測、排放目的。通過此方法，裝置結(jié)構(gòu)簡單，故障少；相對電子探測系統(tǒng)，無需常調(diào)校；相對電動閥門控制，節(jié)省電力資源；對高溫高壓流體工作環(huán)境可用性更廣。

結(jié)束語：

該系列技術(shù)目前正在貴州地區(qū)瓦斯電站實驗。使用中，換熱管管內(nèi)不會結(jié)垢，管外部結(jié)垢便于浸泡除垢劑洗刷；煙氣傳導(dǎo)熱量和水換熱，所生產(chǎn)的熱水溫度更高；節(jié)約了鍋爐、循環(huán)水泵設(shè)施投入；減少了鍋爐管段的熱量散失。

TK229.16

A

1004-7344（2016）31-0293-02

2016-10-16