煙氣余熱利用相關(guān)技術(shù)的探討
面對我國能源和水資源緊缺、環(huán)境惡化日趨嚴(yán)重等狀況，在熱電廠設(shè)計(jì)改造中，合理地利用電廠的煙氣余熱，提高機(jī)組效率，減少煤耗，是節(jié)能的主要措施之一。研究表明，設(shè)置前置式空預(yù)器與旁路省煤器系統(tǒng)，可提高全廠熱效率，降低煤耗，增加發(fā)電量，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
為了進(jìn)一步利用電站鍋爐的排煙熱量，提出了一種新型旁路省煤器。旁路省煤器可以有效地利用煙氣余熱，消除使用前置式空氣預(yù)熱器造成原空預(yù)器排煙溫度升高這一不利影響。
1引言
3月22日，五部委聯(lián)合印發(fā)《熱電聯(lián)產(chǎn)管理辦法》的通知中明確表示“以熱定電”原則促進(jìn)熱電聯(lián)產(chǎn)快速健康發(fā)展，燃煤機(jī)組鍋爐節(jié)能減排工作迫在眉睫。一直以來，節(jié)能減排都是國家工作的重中之重，國家相繼出臺了一系列嚴(yán)苛的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)以及大力度的節(jié)能減排優(yōu)惠政策。作為耗能、污染大戶，熱電廠的節(jié)能工作勢在必行。
2節(jié)能技術(shù)
鍋爐排煙損失則是電站鍋爐熱損失中最大的一項(xiàng)，約占鍋爐熱損失的70%～80%，有效利用電站鍋爐排煙余熱，可以大幅度的節(jié)約煤耗，降低排放。如何高效的利用煙氣余熱，發(fā)展相應(yīng)的技術(shù)手段，是當(dāng)今學(xué)者們研究的熱門話題。
�。�1）前置式空預(yù)器
前置式空預(yù)器設(shè)置在鍋爐尾部，主空氣預(yù)熱器前。前置式空氣預(yù)熱器的入口煙溫約為150℃左右，通過進(jìn)一步降低排煙溫度獲得一部分熱量來加熱進(jìn)入主空氣預(yù)熱器的低溫空氣，提高低溫空氣的溫度，使主空氣預(yù)熱器避免酸露點(diǎn)溫度，解決了主空氣預(yù)熱器的腐蝕、磨損、積灰等問題，穩(wěn)定了鍋爐燃燒，可以有效的提高鍋爐效率。
因?yàn)榍爸檬娇諝忸A(yù)熱器的位置布置在煙道尾部，所以換熱溫差小，換熱面積較大，腐蝕、磨損、積灰問題比較突出，維護(hù)費(fèi)用高。而且，新增的前置式空氣預(yù)熱器受熱面積大，大大增加了煙道阻力，影響了一、二次風(fēng)的穩(wěn)定性。以上種種問題對于前置式空預(yù)器的設(shè)計(jì)使用提出了更高的要求。目前，前置式空預(yù)器主要分為管殼式、回轉(zhuǎn)式、熱管式、復(fù)合相變式四種類型，本文將依次介紹四類前置式空預(yù)器在熱電廠工作中的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
管殼式和回轉(zhuǎn)式前置空預(yù)器
作為傳統(tǒng)的空預(yù)器，管殼式和回轉(zhuǎn)式空預(yù)器應(yīng)用廣泛，技術(shù)發(fā)展成熟，但作為前置式空氣預(yù)熱器，其也存在著明顯的缺陷。
管殼式前置空氣預(yù)熱器主要由換熱管束排列組成，固定在兩端的管板上，裝入帶封頭的殼體進(jìn)行密封。煙氣和低溫空氣通過管束進(jìn)行換熱，以達(dá)到加熱低溫空氣的目的。
管式空氣預(yù)熱器的優(yōu)點(diǎn)是密封好、傳熱效率高、易于制造和加工。缺點(diǎn)是體積大、鋼管內(nèi)容易堵灰、不易于清理和煙氣進(jìn)口處容易磨損。
回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器是再生式空氣預(yù)熱器最常見的形式，它是利用煙氣和空氣交替地通過金屬受熱面來加熱空氣。回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器按運(yùn)動方式可分為受熱面轉(zhuǎn)動和風(fēng)罩轉(zhuǎn)動兩種。回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器依靠傳熱面的蓄熱作用來實(shí)現(xiàn)冷熱流體間的熱交換。
回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，易于布置，且抗腐蝕磨損性能好，允許有較大的磨損量。但是，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高。漏風(fēng)量大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊戝仩t出力。
熱管式前置空預(yù)器
熱管式前置空預(yù)器作為一種新型的前置式空預(yù)器，主要由熱管作為傳熱元件。熱管是利用密閉管內(nèi)工質(zhì)相變來傳遞熱量的高效傳熱元件。熱管式換熱器的煙氣、低溫空氣均為橫向沖刷，為純逆流換熱，提高了換熱效率，使得換熱面積，金屬用量都大大減少，結(jié)構(gòu)緊湊。同時(shí)，熱管式前置空預(yù)器密閉性能良好，漏風(fēng)率幾乎為零。
盡管熱管式前置空預(yù)器擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是其缺點(diǎn)也是不容忽視的。熱管式前置空預(yù)器造價(jià)較高，可操作彈性小，壽命短，且存在著超溫、爆管等安全問題。
復(fù)合相變式前置空氣預(yù)熱器
復(fù)合相變式前置空氣預(yù)熱器是采用全新理念設(shè)計(jì)制造的一種新型前置空預(yù)器，它綜合發(fā)揮了不同強(qiáng)化傳熱的技術(shù)優(yōu)勢。復(fù)合相變式前置空氣預(yù)熱器使用閉路循環(huán)水系統(tǒng)作為煙氣和低溫空氣的換熱媒介。復(fù)合相變式前置空氣預(yù)熱器一大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了金屬受熱面最低壁面溫度始終處于可調(diào)控范圍。通過調(diào)節(jié)壁面溫度，可以大大降低排煙溫度，高效率的回收煙氣余熱。同時(shí)，從根本上避免了酸露腐蝕和積灰現(xiàn)象的發(fā)生，大幅降低了設(shè)備的維護(hù)成本。適應(yīng)性好，能夠適應(yīng)不同煤質(zhì)及鍋爐負(fù)荷帶來的影響，使壁面和排煙溫度維持在相對穩(wěn)定的范圍。由于煙氣和低溫空氣的分離，克服了熱管式前置空預(yù)器產(chǎn)生不凝氣體導(dǎo)致熱管效率降低甚至失效的缺陷。但是，由于閉路水循環(huán)是強(qiáng)制循環(huán)，所以加大了廠用電的消耗。
綜上所述，四種前置式空氣預(yù)熱器各有優(yōu)劣。綜合來看，從傳熱特性、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、節(jié)能效果、經(jīng)濟(jì)性等方面分析，復(fù)合相變式空氣預(yù)熱器是最適合的前置式空氣預(yù)熱器。
�。�2）旁路省煤器
排煙余熱在熱力系統(tǒng)內(nèi)部直接利用方式有加熱空預(yù)器進(jìn)口冷空氣、加熱汽輪機(jī)凝結(jié)水兩種。如圖1所示，第一種方式利用前置式空氣預(yù)熱器，將排煙余熱加熱空預(yù)器進(jìn)口低溫空氣，實(shí)際上相當(dāng)于增加了空氣預(yù)熱器的換熱面積，使熱風(fēng)溫度提高，鍋爐的排煙溫度降低，而且還提高了原空氣預(yù)熱器入口風(fēng)溫，使其避開或改善低溫腐蝕狀況，有利保護(hù)原空氣預(yù)熱器安全。
布置前置式空氣預(yù)熱器，利用排煙余熱加熱空預(yù)器進(jìn)口低溫空氣，提高了原空預(yù)器的進(jìn)口風(fēng)溫，使原空預(yù)器傳熱溫差減小，傳熱量減少，排煙溫度升高，因此，使得鍋爐的排煙溫度實(shí)際降低值小于前置式空氣預(yù)熱器的煙溫降，實(shí)際利用排煙熱量小于前置式空氣預(yù)熱器的換熱量，從而大大降低了排煙余熱利用的效果。要消除使用前置式空氣預(yù)熱器造成原空預(yù)器排煙溫度升高這一不利影響，須從改變原空預(yù)器煙氣側(cè)參數(shù)考慮，因原空預(yù)器進(jìn)口煙溫不變，那么只有降低原空預(yù)器的煙氣流量，即從原空預(yù)器煙氣入口抽取合適的煙氣量用以加熱旁路省煤器中的水，從而使原空預(yù)器排煙溫度恢復(fù)原值。這就是電站鍋爐排煙余熱高能級利用系統(tǒng)的原理。
旁路省煤器的設(shè)置，是在前置式空氣預(yù)熱器煙氣入口加設(shè)煙氣擋流板，分流一部分煙氣進(jìn)入旁路省煤器，通過換熱器的熱量交換，加熱從低壓加熱器抽取的低溫凝結(jié)水和給水。
旁路省煤器進(jìn)口水溫越低，傳熱溫差越大，旁路省煤器的經(jīng)濟(jì)性越高。根據(jù)凝結(jié)水系統(tǒng)的參數(shù)和現(xiàn)場管路情況選擇旁路省煤器抽水點(diǎn)。在滿足受熱面最低壁溫的前提下，若旁路省煤器進(jìn)口水溫隨機(jī)組負(fù)荷變動，則旁路省煤器抽水點(diǎn)可以為固定一點(diǎn)；若旁路省煤器進(jìn)口水溫恒定，抽水點(diǎn)也可以為兩個(gè)或多個(gè)，采用不同溫度凝結(jié)水混合取水，或者設(shè)置旁路省煤器回水再循環(huán)系統(tǒng)，以保證旁路省煤器進(jìn)口水溫的恒定。凝結(jié)水溫度升高后，應(yīng)遵循能級匹配原則，回到與其溫度相等或相近的凝結(jié)水管路位置。
3.結(jié)語
總而言之，前置式空氣預(yù)熱器和旁路省煤器的系統(tǒng)組合，可以有效的利用煙氣余熱，實(shí)現(xiàn)能源的梯級利用，進(jìn)而使得經(jīng)濟(jì)效益大幅提高。同時(shí)，節(jié)能新技術(shù)的利用，避免了不足，更加提高了熱電機(jī)組效率，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。
