(山西漳電大唐塔山發(fā)電公司，大同 037001)

0 引 言

生產(chǎn)和生活所用電能的來源均為火力發(fā)電廠，在強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排的當(dāng)下，火電廠尚未實(shí)現(xiàn)完全利用燃煤熱能的目標(biāo)，這也是其前進(jìn)腳步放緩的主要原因，如何使鍋爐余熱得當(dāng)充分利用，現(xiàn)已成為亟待解決的問題，圍繞其所展開討論也變得更加深入。事實(shí)證明，只有以火電廠實(shí)際訴求為依據(jù)，對(duì)現(xiàn)有利用方案加以選擇并利用，才能使上述問題迎刃而解，對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探究自然很有必要。

1 煙氣余熱利用價(jià)值

在離開鍋爐時(shí)，煙氣普遍有較高溫度，對(duì)高溫?zé)煔膺M(jìn)行排放，通常會(huì)造成嚴(yán)重的熱損失。圍繞排煙熱損失展開討論的背景，主要是在火電廠熱損中排煙熱損失占比逐年加大，研究表明，熱損失和排煙溫度的關(guān)系為正相關(guān)，這也表明煙氣溫度越高，排煙熱損失越大，只有對(duì)余熱利用率進(jìn)行提高，才能使上述問題得到解決，火電廠機(jī)組自然能夠擁有更為理想的運(yùn)行效率[1]。

這里要明確一點(diǎn)，雖然對(duì)排煙溫度進(jìn)行降低，可使能源利用率得到顯著提升，如果以傳熱學(xué)視角為切入點(diǎn)加以分析，傳熱溫差減少極易使熱交換效率大幅降低，基于此，將傳熱面積與煙道面積進(jìn)行擴(kuò)大很有必要。然而，從經(jīng)濟(jì)學(xué)視角來看，這樣做必然會(huì)增加火電廠用于前期建設(shè)和日常維護(hù)的成本，在此背景下，技術(shù)人員以均衡二者效益為前提，提出對(duì)排煙溫度加以調(diào)整的方案，希望能給火電廠帶來更為可觀的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

2 煙氣余熱利用原理與策略

2.1 實(shí)際應(yīng)用案例

某火電廠鍋爐參數(shù)如下：首先，煤種為褐煤；其次，機(jī)組容量為2×600 MW；再次，爐膛出口煙溫375 ℃，流量為915 kg/s；最后，引風(fēng)機(jī)入口煙溫約為105 ℃。

技術(shù)人員決定對(duì)回收換熱器加以調(diào)整，而擬定方案將余熱利用技術(shù)明確分為一級(jí)系統(tǒng)(如圖1所示)和二級(jí)系統(tǒng)(如圖2所示)。前者強(qiáng)調(diào)利用出口所抽取煙氣加熱凝結(jié)水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這樣做可對(duì)煙氣中約35 MW的熱量進(jìn)行有效回收，在進(jìn)口煙溫與旁路煙氣、出口煙溫與二級(jí)系統(tǒng)出口煙溫對(duì)應(yīng)比例不存在明顯變化的前提下，鍋爐效率能夠達(dá)到93%至94%。后者則選擇對(duì)除鹽水加以利用，通過加熱一次風(fēng)和二次風(fēng)的方式，確保預(yù)熱器壁溫及氣溫同步升高，這樣做可有效解決低溫腐蝕問題，鍋爐排煙所造成熱損失也能夠被控制在合理范圍內(nèi)[2]。

圖1 一級(jí)系統(tǒng)

圖2 二級(jí)系統(tǒng)

事實(shí)證明，加裝換熱器能夠使耗煤量、耗水量得到顯著減少，其中，耗煤量減少了約2 g/kWh，耗水量則減少了大概35 t/h，該火電廠針對(duì)凈效率所設(shè)定目標(biāo)超額完成。

2.2 余熱利用原理

余熱利用技術(shù)強(qiáng)調(diào)以螺旋動(dòng)力機(jī)為依托，經(jīng)由煙道將煤炭所釋放煙氣向余熱鍋爐進(jìn)行運(yùn)輸，在經(jīng)過蒸發(fā)器、省煤器與過熱器的處理后，通過煙囪排放到外界，使火電廠原有熱力循環(huán)能夠被賦予更高的運(yùn)行質(zhì)效。下文著重介紹了該技術(shù)所用原理，供相關(guān)人員參考：

2.2.1 凝結(jié)水的預(yù)熱

該項(xiàng)技術(shù)強(qiáng)調(diào)以排煙余熱為依托，通過加熱凝結(jié)水的方式，使其溫度接近給水初溫。目前，可被用來對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行加熱的方式，主要為直接加熱和間接加熱，前者是通過安裝加熱器的方式，使煙氣、凝結(jié)水擁有熱交換的直接渠道，而后者既要安裝加熱器，同時(shí)還需要安裝換熱器，目的是確保換熱過程發(fā)生在閉合環(huán)境下，這樣做既能夠避免低壓缸被大量抽汽，還可使汽輪機(jī)內(nèi)效率得到顯著提高，與能源階梯利用所制定原則不謀而合。

2.2.2 干燥褐煤的預(yù)熱

作為熱量值較低的一種煤炭，褐煤含水量往往能夠達(dá)到65%，這也決定其具有明顯的燃燒不完全性。目前，大部分火電廠均選擇對(duì)介于泥炭與煤炭間的褐煤加以應(yīng)用，旨在對(duì)發(fā)電效率進(jìn)行提高。而借助煙氣余熱對(duì)褐煤做干燥處理的原理為：以傾斜角度固定的圓筒為載體，在上部放置濕物料，確保物料與熱煙氣充分接觸，當(dāng)物料完全干燥后，再在下部對(duì)其進(jìn)行收集[3]。事實(shí)證明，這樣做可使出口煙溫得到顯著降低。

2.2.3 一次風(fēng)和二次風(fēng)的預(yù)熱

預(yù)熱一次風(fēng)和二次風(fēng)的目的，主要是確保進(jìn)風(fēng)溫度能夠達(dá)到預(yù)期，為鍋爐效率的提高提供支持。在實(shí)際操作時(shí)，第一步是利用傳熱介質(zhì)對(duì)進(jìn)口煙溫進(jìn)行降低，這里所用傳熱介質(zhì)通常為除鹽水，第二步是利用除鹽水所吸收熱量，先后加熱一次風(fēng)和二次風(fēng)，在降低輔助蒸汽實(shí)際含量的基礎(chǔ)上，利用剩余蒸汽為機(jī)組發(fā)電助力。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

其一，技術(shù)人員考慮到煙道系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行環(huán)境所提出要求較為嚴(yán)格，遂決定對(duì)脫硫與除塵裝置進(jìn)行加設(shè)，此外，為確保煙囪能夠長(zhǎng)期處于正常運(yùn)行狀態(tài)，在綜合考慮多方因素后，將排煙溫度設(shè)置如下：引風(fēng)機(jī)入口煙溫約為105 ℃；脫硫煙溫應(yīng)在50 ℃左右。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)煙囪運(yùn)行情況決定是否需要對(duì)煙氣進(jìn)行GGH處理，以確保利用效率達(dá)到預(yù)期。

其二，如果出口煙溫過低，極易出現(xiàn)換熱器壁溫沒有達(dá)到硫酸蒸汽凝結(jié)臨界點(diǎn)的情況，大大增加了受熱面被腐蝕的幾率。要想使該問題得到解決，關(guān)鍵是對(duì)低溫省煤器加以應(yīng)用，但由于低溫省煤器對(duì)排煙余熱加以利用的效率較低，在條件允許的情況下，技術(shù)人員可酌情引入聚四氟乙烯等聚合材料，從源頭規(guī)避金屬被腐蝕問題的出現(xiàn)。

2.4 現(xiàn)有方案分析

2.4.1 相變換熱器

相變換熱器是對(duì)熱管換熱器進(jìn)行相變所得，通過對(duì)控制壁面溫度所依托機(jī)理加以細(xì)化的方式，確保低溫腐蝕情況始終處于可控范圍。而相變模塊所指代內(nèi)容，主要是整體優(yōu)化熱管換熱器，在縮小溫度梯度差的前提下，對(duì)水量參數(shù)調(diào)節(jié)進(jìn)行集合，從而使壁面溫度得到可續(xù)控制。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)將管式換熱器與汽水分離裝置進(jìn)行連接，確保下端蒸發(fā)段可將煙氣余熱盡數(shù)吸收，當(dāng)介質(zhì)呈現(xiàn)出相變狀態(tài)后，先進(jìn)入分離裝置，隨后，蒸汽進(jìn)入冷凝段，狀態(tài)過渡到液態(tài)后，再沿管壁進(jìn)入相應(yīng)裝置，達(dá)到吸熱并放熱的目的。在此過程中，介質(zhì)工況及質(zhì)量均有調(diào)節(jié)量的作用，技術(shù)人員可通過對(duì)其加以應(yīng)用的方式，確保壁溫能夠獲得理想控制。

該方案的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下方面：首先，余熱回收有良好的適應(yīng)性，其構(gòu)造能夠使排煙溫度得到大幅降低，在確保余熱被盡數(shù)回收的前提下，通過減少能源消耗的方式，為火電廠謀取更為可觀的利益。其次，可使低溫腐蝕得到精確規(guī)避，對(duì)參數(shù)加以控制的主體為水量，無形中提升了壁面溫度所受控制的精確性，低溫腐蝕所帶來問題，通常能夠得到有效解決。再次，相變換熱器對(duì)獨(dú)立部分進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使其成為一個(gè)整體，不僅結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔，其一體化水平也有所提高。最后，相變換熱器對(duì)不凝結(jié)氣體所帶來危害進(jìn)行了有效規(guī)避，隨著耐用性的增強(qiáng)，材料使用壽命自然更加靠近理想狀態(tài)[4]。

2.4.2 熱管換熱器

熱管換熱器的主體是管體。作為高效傳熱元件的代表，諸多火電廠均已引入熱管，其應(yīng)用價(jià)值也有目共睹。在日常工作中，熱管往往憑借工質(zhì)循環(huán)，確保熱量能夠得到有效傳遞，而導(dǎo)熱能力方面的優(yōu)勢(shì)，賦予了熱管良好的節(jié)能性，現(xiàn)將熱管換熱器的運(yùn)行原則歸納如下：在吸熱段由熱源處獲取熱量時(shí)，熱管內(nèi)部低沸點(diǎn)液體由于吸熱而出現(xiàn)汽化情況，受壓力影響，汽化工質(zhì)沿管進(jìn)入放熱段，通過釋放熱量的方式，從蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)槔淠后w。在此過程中，對(duì)節(jié)流閥角色進(jìn)行“扮演”的是毛細(xì)液芯，而強(qiáng)調(diào)由高品位能量過渡為低品位能量的該循環(huán)，與熱力學(xué)定律所強(qiáng)調(diào)內(nèi)容十分契合。

實(shí)踐所得經(jīng)驗(yàn)表明，該方案具有較多優(yōu)勢(shì)，例如：其一，確保工作管體導(dǎo)熱性良好，可充分發(fā)揮出應(yīng)有作用。其二，由于該換熱器具有控制壁溫的功能，因此，技術(shù)人員可利用其對(duì)壁面溫度進(jìn)行提高，從而達(dá)到避免低溫腐蝕問題出現(xiàn)的目的。其三，裝配和操作難度較小，可有效解決操作不當(dāng)帶來不必要麻煩的情況。其四，技術(shù)人員能夠在固定范圍內(nèi)，對(duì)熱流密度進(jìn)行調(diào)節(jié)，借助熱管對(duì)熱流走向加以操控，根據(jù)實(shí)際需求，判斷是否需要將熱流集中或分散。其五，傳熱方向可逆，在零重力場(chǎng)對(duì)吸液芯熱管進(jìn)行水平放置，受熱一端便是蒸發(fā)段，與蒸發(fā)段相對(duì)的則是凝結(jié)段，并且傳熱方向可逆。

3 結(jié)束語

通過上文的分析能夠看出，在強(qiáng)調(diào)環(huán)境友好和資源節(jié)約的當(dāng)今社會(huì)，對(duì)可使煙氣余熱得到充分利用的技術(shù)進(jìn)行推廣是大勢(shì)所趨，這樣做一方面可以增加火電廠的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，另一方面能夠使持續(xù)發(fā)展與節(jié)能減排得到整合，為經(jīng)濟(jì)水平提高助力。在落實(shí)相關(guān)工作時(shí)，技術(shù)人員需要考慮到該技術(shù)被引入火電廠的時(shí)間較短，仍然存在亟待解決的問題，不斷對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和完善很有必要。