锅炉烟气余热利用研究与应用

史佳宾+练纯青+郑秀平+赵三文

摘 要：本文以某燃煤电厂的循环流化床锅炉的节能改造为背景，研究了以相变换热器为核心部件的锅炉烟气余热利用系统。该系统在锅炉除尘器烟道内安装相变换热器用以吸收烟气余热，构建余热利用系统，用凝结水为介质，在余热汽包中吸收热量，回收的热量采用两种方式利用。分析表明，直接加热凝结水的方式节能效益更为显著。

关键词：相变换热；余热回收：凝结水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.245

0 前言

锅炉的低温烟气余热，受到烟气酸露点的制约，始终无法充分的回收，造成了大量的能源浪费和锅炉效率的损失。如何能够在不发生酸露腐蚀的条件下降低排烟温度，已成为一个行业内公认的难题[1]。而相变换热技术是利用相变过程中水的汽化潜热进行热量传递的强化换热技术，在换热器的管束内，工质始终处于相变临界状态。将相变换热技术应用到锅炉的低温烟气余热回收中，是本文研究的主要内容。

1 相变换热器

相变换热器由借鉴常规的间壁式换热器，引入相变介质进行换热的理念创新而成，其核心是借助相变潜热实现换热[3]。相变换热器技术的关键在于介质在相变过程中吸热放热而温度始终保持不变的特点，实现了换热器的整体壁面温度保持一致。

相变换热器的主要结构包括：蒸发吸热区、凝结放热区、上升管、下降管、汽水分离装置等。在蒸发吸热区内部，介质为液态水，通过吸收烟气的热量，蒸发变成汽水混合物，随后靠着浮力的作用上升至汽水分离装置，经过分离后，汽态介质继续上升至凝结放热区，在凝结放热区内凝结放热，加热外部的水。随后凝结后的水下降至汽水分离装置。介质在换热器内靠不同相态下的密度差，形成了自然的上下循环输运。在不断的蒸发凝结过程中往复循环，实现了把热能从高温烟气传向低端冷源的高效传输。并且整体壁温保持一致可调，图中壁温设置为115℃。

2 余热回收系统设计

2.1 系统概述

该循环流化床锅炉共5个烟道，在每个烟道内设计2台相变换热器，2台汽包。系统流程为：从7號低加入口取凝结水，通过旁路管道分别进入10台汽包加热。冷却系统为两种运行方式：（1）通过汽包加热后的凝结水汇总后依次通过水水换热器、二次风暖风器后回到汽包，此为一个循环（适用于冬季工况）。（2）通过汽包加热后的凝结水汇总后直接进入6号低加，进入除氧器（适用于夏季工况）。

2.2 系统设计

依据上述主要原理，对系统的运行参数进行了设计、收集和整理。通过设计计算，得到凝结水流量等参数的设计值。主要计算过程如下。

相变换热器总回收热量（kW）：

式中：——烟气流量，单位Nm3/h；

——烟气密度，取1.31 kg/Nm3；

——烟气比热，取1.12kJ/（kg.℃）；

——相变换热器前、后烟气温差，单位℃；

——保热系数，取0.95；

加热凝结水流量t/h：

式中：——总回收热量，单位kW；

——凝结水比热，取4.2kJ/（kg.℃）；

——凝结水进出口温差，单位℃；

2.3 节能效益分析

方案一：冬季系统自循环，夏季系统加热凝结水后直接进入6号低加，节约经济效益如表1所示。

方案二：全年加热凝结水后直接进入6号低加，节约经济效益如表2所示。

3 结 论

本课题针对某300MW循环流化床锅炉，设计了以相变换热装置为核心的烟气余热回收系统。在原系统的每个烟道内设计加装了2台相变换热器，2台汽包。

本系统可以在自循环和直接加热凝结水两种运行方式下进行自由切换，共设计两张运行方案，方案一为冬季系统自循环，夏季系统加热凝结水。方案二为全年加热凝结水后直接并入6号低加。本课题对两种运行方案的节能效益进行了计算分析，结果显示，方案一自循环系统中的凝结水加热二次风和采暖水，附加的引风机和送风机能耗略高，年节标煤量约为5778吨，年节能经济效益约为117.01万元。方案二年节标煤量约为6604吨，年节能经济效益约约为140.79万元。方案二的换热效率更高。

参考文献：

[1]中国电力企业联合会.中国燃煤电厂大气污染物控制现状[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]胡深亚，潘卫国，姜未汀，王文欢，章玲，周曰.中低温烟气余热利用中防腐措施及利用方式的探讨[J].上海节能，2011，17（01）：30-34.

[3]王炎.复合相变换热器技术与装置[J].上海节能，2008，1（02）：21-24.