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烟气余热利用相关技术的探讨

     面对我国能源和水资源紧缺、环境恶化日趋严重等状况,在热电厂设计改造中,合理地利用电厂的烟气余热,提高机组效率,减少煤耗,是节能的主要措施之一。研究表明,设置前置式空预器与旁路省煤器系统,可提高全厂热效率,降低煤耗,增加发电量,具有一定的经济效益和社会效益。

  为了进一步利用电站锅炉的排烟热量,提出了一种新型旁路省煤器。旁路省煤器可以有效地利用烟气余热,消除使用前置式空气预热器造成原空预器排烟温度升高这一不利影响。

  1引言

  3月22日,五部委联合印发《热电联产管理办法》的通知中明确表示“以热定电”原则促进热电联产快速健康发展,燃煤机组锅炉节能减排工作迫在眉睫。一直以来,节能减排都是国家工作的重中之重,国家相继出台了一系列严苛的环保标准以及大力度的节能减排优惠政策。作为耗能、污染大户,热电厂的节能工作势在必行。

  2节能技术

  锅炉排烟损失则是电站锅炉热损失中最大的一项,约占锅炉热损失的70%~80%,有效利用电站锅炉排烟余热,可以大幅度的节约煤耗,降低排放。如何高效的利用烟气余热,发展相应的技术手段,是当今学者们研究的热门话题。

  (1)前置式空预器

  前置式空预器设置在锅炉尾部,主空气预热器前。前置式空气预热器的入口烟温约为150℃左右,通过进一步降低排烟温度获得一部分热量来加热进入主空气预热器的低温空气,提高低温空气的温度,使主空气预热器避免酸露点温度,解决了主空气预热器的腐蚀、磨损、积灰等问题,稳定了锅炉燃烧,可以有效的提高锅炉效率。

  因为前置式空气预热器的位置布置在烟道尾部,所以换热温差小,换热面积较大,腐蚀、磨损、积灰问题比较突出,维护费用高。而且,新增的前置式空气预热器受热面积大,大大增加了烟道阻力,影响了一、二次风的稳定性。以上种种问题对于前置式空预器的设计使用提出了更高的要求。目前,前置式空预器主要分为管壳式、回转式、热管式、复合相变式四种类型,本文将依次介绍四类前置式空预器在热电厂工作中的优点和缺点。

  管壳式和回转式前置空预器

  作为传统的空预器,管壳式和回转式空预器应用广泛,技术发展成熟,但作为前置式空气预热器,其也存在着明显的缺陷。

  管壳式前置空气预热器主要由换热管束排列组成,固定在两端的管板上,装入带封头的壳体进行密封。烟气和低温空气通过管束进行换热,以达到加热低温空气的目的。

  管式空气预热器的优点是密封好、传热效率高、易于制造和加工。缺点是体积大、钢管内容易堵灰、不易于清理和烟气进口处容易磨损。

  回转式空气预热器是再生式空气预热器最常见的形式,它是利用烟气和空气交替地通过金属受热面来加热空气。回转式空气预热器按运动方式可分为受热面转动和风罩转动两种。回转式空气预热器依靠传热面的蓄热作用来实现冷热流体间的热交换。

  回转式空气预热器结构紧凑,占地面积小,易于布置,且抗腐蚀磨损性能好,允许有较大的磨损量。但是,回转式空气预热器结构复杂,制造工艺要求高。漏风量大,严重时甚至会影响锅炉出力。

  热管式前置空预器

  热管式前置空预器作为一种新型的前置式空预器,主要由热管作为传热元件。热管是利用密闭管内工质相变来传递热量的高效传热元件。热管式换热器的烟气、低温空气均为横向冲刷,为纯逆流换热,提高了换热效率,使得换热面积,金属用量都大大减少,结构紧凑。同时,热管式前置空预器密闭性能良好,漏风率几乎为零。

  尽管热管式前置空预器拥有诸多优点,但是其缺点也是不容忽视的。热管式前置空预器造价较高,可操作弹性小,寿命短,且存在着超温、爆管等安全问题。

  复合相变式前置空气预热器

  复合相变式前置空气预热器是采用全新理念设计制造的一种新型前置空预器,它综合发挥了不同强化传热的技术优势。复合相变式前置空气预热器使用闭路循环水系统作为烟气和低温空气的换热媒介。复合相变式前置空气预热器一大特点是实现了金属受热面最低壁面温度始终处于可调控范围。通过调节壁面温度,可以大大降低排烟温度,高效率的回收烟气余热。同时,从根本上避免了酸露腐蚀和积灰现象的发生,大幅降低了设备的维护成本。适应性好,能够适应不同煤质及锅炉负荷带来的影响,使壁面和排烟温度维持在相对稳定的范围。由于烟气和低温空气的分离,克服了热管式前置空预器产生不凝气体导致热管效率降低甚至失效的缺陷。但是,由于闭路水循环是强制循环,所以加大了厂用电的消耗。

  综上所述,四种前置式空气预热器各有优劣。综合来看,从传热特性、结构特点、节能效果、经济性等方面分析,复合相变式空气预热器是最适合的前置式空气预热器。

  (2)旁路省煤器

  排烟余热在热力系统内部直接利用方式有加热空预器进口冷空气、加热汽轮机凝结水两种。如图1所示,第一种方式利用前置式空气预热器,将排烟余热加热空预器进口低温空气,实际上相当于增加了空气预热器的换热面积,使热风温度提高,锅炉的排烟温度降低,而且还提高了原空气预热器入口风温,使其避开或改善低温腐蚀状况,有利保护原空气预热器安全。

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  布置前置式空气预热器,利用排烟余热加热空预器进口低温空气,提高了原空预器的进口风温,使原空预器传热温差减小,传热量减少,排烟温度升高,因此,使得锅炉的排烟温度实际降低值小于前置式空气预热器的烟温降,实际利用排烟热量小于前置式空气预热器的换热量,从而大大降低了排烟余热利用的效果。要消除使用前置式空气预热器造成原空预器排烟温度升高这一不利影响,须从改变原空预器烟气侧参数考虑,因原空预器进口烟温不变,那么只有降低原空预器的烟气流量,即从原空预器烟气入口抽取合适的烟气量用以加热旁路省煤器中的水,从而使原空预器排烟温度恢复原值。这就是电站锅炉排烟余热高能级利用系统的原理。

  旁路省煤器的设置,是在前置式空气预热器烟气入口加设烟气挡流板,分流一部分烟气进入旁路省煤器,通过换热器的热量交换,加热从低压加热器抽取的低温凝结水和给水。

  旁路省煤器进口水温越低,传热温差越大,旁路省煤器的经济性越高。根据凝结水系统的参数和现场管路情况选择旁路省煤器抽水点。在满足受热面最低壁温的前提下,若旁路省煤器进口水温随机组负荷变动,则旁路省煤器抽水点可以为固定一点;若旁路省煤器进口水温恒定,抽水点也可以为两个或多个,采用不同温度凝结水混合取水,或者设置旁路省煤器回水再循环系统,以保证旁路省煤器进口水温的恒定。凝结水温度升高后,应遵循能级匹配原则,回到与其温度相等或相近的凝结水管路位置。

  3.结语

  总而言之,前置式空气预热器和旁路省煤器的系统组合,可以有效的利用烟气余热,实现能源的梯级利用,进而使得经济效益大幅提高。同时,节能新技术的利用,避免了不足,更加提高了热电机组效率,实现能源的高效利用。


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