李 慶

（山西瑞光熱電有限責(zé)任公司，山西晉中 030600）

0 引言

隨著能源價格的不斷上漲，國內(nèi)的煤炭價格也大幅攀升，節(jié)約能源、降低企業(yè)發(fā)電成本成為火力發(fā)電廠最為緊迫的任務(wù)?；痣姀S的電站鍋爐和絕大多數(shù)的工業(yè)鍋爐都配備有除氧器，除氧器在運行中會產(chǎn)生并向外排放大量的閃蒸汽（乏汽）和低壓蒸汽，造成極大的能源損失及浪費[1-2]。若將這些乏汽進行合理的回收利用，對于提高火電廠的社會綜合經(jīng)濟效益將起到十分重要的作用。

目前已有不少單位和相關(guān)人員進行了此方面的研究。內(nèi)蒙古京泰發(fā)電有限責(zé)任公司1號、2號機組進行了除氧器排氧系統(tǒng)乏汽回收改造，將除氧器原來外排的乏汽回收至主機排汽裝置，改造后除氧器的節(jié)能效果明顯[3]。國華綏中發(fā)電有限責(zé)任公司自主研發(fā)了除氧器排汽回收系統(tǒng)，實現(xiàn)了工質(zhì)的循環(huán)再利用，并解決了廠房漏汽造成的蒸汽污染問題[4]。范煥霞、劉會波等[5-6]通過對除氧器排氧系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)外排乏汽的回收利用，既可以避免水資源的浪費，又降低了生產(chǎn)成本。崔修強[7]采用當(dāng)今先進的蒸汽噴射熱泵技術(shù)，在自動排氧的前提下，對除氧器排汽進行自動回收，有效實現(xiàn)了除氧器廢汽回收再利用。但以上的研究和技術(shù)改造僅僅回收了除氧的乏汽工質(zhì)，乏汽工質(zhì)所具有的熱量卻被機組的循環(huán)冷卻水帶走，沒有得到有效的回收。

本文研究了一種除氧器排氧廢熱利用改造系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要利用除氧器排氧蒸汽熱源加熱生活水，同時凝結(jié)疏水回收至排汽裝置（或凝汽器）。利用排氧蒸汽的余熱資源，有效減少了機組運行中的余熱損失，從而較好地達到了回收余熱和節(jié)能創(chuàng)效的目的。

1 除氧器排氧廢熱利用系統(tǒng)改造

1.1 系統(tǒng)組成及工作流程

為了排除鍋爐給水中的溶解氧，受熱力除氧工藝限制的除氧器在運行中不可避免地要對空排汽，浪費了較多的工質(zhì)和熱量。本文設(shè)計開發(fā)的排氧廢熱利用系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)包括蓄水箱、補水系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、高效換熱器和灌裝水系統(tǒng)。蓄水箱選擇不銹鋼材質(zhì)，制作2個，單個水箱容積120 m3。工作流程是：生活水通過軟水器處理后補至蓄水箱，利用循環(huán)泵不斷地將蓄水箱的水送至換熱器，換熱器利用除氧器排氧廢熱循環(huán)加熱蓄水箱送來的水，直到蓄水箱內(nèi)水被加熱至80℃時，通過灌裝泵送至水車，運至熱用戶使用，同時除氧器的排氧乏汽在放出熱量后，凝結(jié)為疏水回收至排汽裝置。

圖1 除氧器排氧廢熱利用系統(tǒng)示意圖

1.2 換熱器

換熱器（又稱熱交換器）是排氧廢熱利用系統(tǒng)的核心設(shè)備，也是使蓄熱水溫度達到工藝流程規(guī)定指標(biāo)的重要熱交換設(shè)備。正確選擇換熱器的類型是排氧廢熱利用系統(tǒng)運行的關(guān)鍵技術(shù)之一。由于換熱器長期運行在氧腐蝕環(huán)境下，所以要求其運行維護成本低，使用壽命長。一般普通的板式換熱器，由于其一次、二次熱媒流程短，流道狹小，阻力大，流速相同，加上沖壓時的機械損傷，鈣鎂離子等具有腐蝕性的物質(zhì)非常容易附著且形成聚集，進行雙向腐蝕，使用壽命一般為2～3 a，且每年都要拆洗，維修成本高。其他管殼式換熱器，由于其一次、二次熱媒?jīng)]有分腔，流速低，結(jié)垢率高，鈣鎂離子等具有腐蝕性的物質(zhì)也非常容易在同一位置附著，其使用壽命也只有3～4 a，且每年都要拆洗，維修成本高，浪費財力物力。

在綜合考慮之后，本系統(tǒng)采用了一種新型的節(jié)能模塊腔式換熱器（如圖2所示）。該換熱器一次、二次熱媒分腔式，多導(dǎo)流，全逆流，錯流，旋流的換熱方式，每個管程、殼程的流道不一樣大，有4個大小不同的腔室和8個逐漸減少的換熱管，因此每根換熱管內(nèi)、腔室內(nèi)的流速都不一樣，并且阻力非常小，即使在流速很低的情況下，換熱管的周圍仍然能夠形成強烈的旋流，鈣鎂離子等具有腐蝕性的物質(zhì)不容易附著，該換熱器的使用壽命可達8～10 a，即使水質(zhì)極差的情況下，使用壽命仍然是板式換熱器及其他換熱器的3～4倍，且可以排污反洗，5～7 a內(nèi)免維護，節(jié)省了大量的維修保養(yǎng)費用。

圖2 節(jié)能模塊腔式換熱器示意圖（mm）

1.3 換熱管

換熱器中換熱管的選擇也很重要。若采用波紋管，則會使原有的管壁厚度延展拉伸，導(dǎo)致局部變薄，并且波紋管換熱器運行時噪聲大，不容易清洗，難維修，使用壽命較短。螺紋管的內(nèi)部有類似于螺栓螺紋的凹紋，這種凹紋對換熱管的金屬膜表面進行了破壞，加工時的機械損傷更讓換熱管失去了膨脹收縮的能力，不僅在壓力和溫度較高或者流量較大時容易造成爆管，而且在凹紋處的內(nèi)外表面都容易造成結(jié)垢，直接導(dǎo)致設(shè)備的運行阻力越來越大，換熱效果逐漸下降，使換熱管的使用壽命大大縮短。

綜合考慮后，本系統(tǒng)采用了來復(fù)線管。這種換熱管內(nèi)壁的軸線由一定傾斜角的若干條螺旋狀凹凸溝槽組成，就像是槍膛、炮膛內(nèi)的來復(fù)線，換熱管內(nèi)壁既有凹紋也有凸紋，8根凹凸紋來復(fù)線在換熱管內(nèi)壁整體旋轉(zhuǎn)，使得一次熱媒在換熱管內(nèi)流動時，分解成8股離心流束，產(chǎn)生推動水流的動力，即使應(yīng)用在流速非常低的U型管上，仍然能夠形成強烈的逆流、錯流。高速的旋流旋轉(zhuǎn)沖刷管子的內(nèi)外管壁，讓所有容易結(jié)垢的晶體無法附著，換熱管內(nèi)永遠保持潔凈。來復(fù)線同樣使得換熱管外的二次熱媒更加強烈地沖刷換熱管外表面，來復(fù)線管的換熱效率比波紋管提高了25%～30%，比螺紋管提高了20%～25%，強烈的沖刷也使得換熱管外鈣鎂離子、Cl-離子、電導(dǎo)、氧等一系列附著物難以沉積，換熱管越用越干凈。來復(fù)線換熱管的阻力非常小，降低了系統(tǒng)循環(huán)泵的電耗，使系統(tǒng)循環(huán)更流暢，換熱管的使用壽命更長，同等厚度的來復(fù)管比波紋管的使用壽命提高了15%～25%，比螺紋管使用壽命提高了20%～25%。

通過上述對換熱器性能和換熱管性能的對比分析，不難發(fā)現(xiàn)，排氧廢熱利用系統(tǒng)選用來復(fù)線管的節(jié)能模塊腔式換熱器不僅換熱效果好，不易腐蝕，而且維護成本低。這同時也是一次換熱器結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新和改進。

2 除氧器排氧廢熱利用系統(tǒng)的運行

生活水通過軟水器處理后，硬度一般可降至0.03 mmol/L，保證換熱器管束不結(jié)垢，將水補至冷水箱（蓄水箱），通過循環(huán)泵將水打至換熱器加熱后回至熱水箱（蓄水箱），除氧器排氧蒸汽通過換熱器凝結(jié)下的疏水回至排汽裝置，其余不凝結(jié)氣體通過換熱器上排空門定時開啟排出。由于除氧器排氧汽量較小，一次加熱水溫升為30℃左右，當(dāng)熱水箱到達規(guī)定水位時，將循環(huán)泵入口由冷水箱切至熱水箱，讓熱水箱水通過換熱器多次循環(huán)加熱，使水溫達到80℃。通過灌裝泵將熱水送至用戶拉水車，熱水箱下降至一定水位后，通過循環(huán)泵將冷水補至熱水箱。通過這樣循環(huán)加熱，充分利用除氧器排氧熱量，使得效益達到最大化。

3 改造效果

3.1 項目經(jīng)濟效益

除氧器排氧利用系統(tǒng)改造完成后，回收凝結(jié)水約1 t/h，回收的除鹽水按成本價5元/t計算，每年回收的除鹽水折合人民幣約為1×5×5 000=2.5萬元。每天制熱水量在200 t左右，按售價20元/t計，每年可創(chuàng)造利潤200×20×（5 000/24）=83.3萬元。同時由于節(jié)能而減少了能源的消耗，也間接減少了向大氣排放煙塵和硫化物的數(shù)量，并可大大降低排汽噪聲，起到了環(huán)保的作用，社會綜合經(jīng)濟效益極為可觀。

3.2 項目綜合效益

除氧器排氧廢熱利用系統(tǒng)投入運行后，除了能夠收到可觀的經(jīng)濟效益外，還可降低除氧器的溶解氧，大大提高了熱力系統(tǒng)的安全性。改造后除氧器排氧系統(tǒng)實現(xiàn)了乏汽全部回收，排汽管道冒汽現(xiàn)象減少甚至消失。

最近幾年城市霧霾嚴(yán)重，空氣質(zhì)量嚴(yán)重不達標(biāo)，為改善空氣環(huán)境質(zhì)量，根據(jù)國家及山西省相關(guān)政策，將逐步關(guān)停市區(qū)小型燃煤鍋爐，這樣會造成大量的熱水需求缺口。此次改造不僅能利用機組排出廢熱為用戶提供熱水，為公司創(chuàng)造盈利，還有利于改善大氣環(huán)境質(zhì)量，改善城鄉(xiāng)用能結(jié)構(gòu)和人居環(huán)境。建議該改造方案在同類型機組中推廣應(yīng)用。