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煙氣余熱利用相關技術的探討

發布時間:2018-02-21瀏覽次數:來源:清潔高效燃煤發電

摘要:面對我國能源和水資源緊缺、環境惡化日趨嚴重等狀況,在熱電廠設計改造中,合理地利用電廠的煙氣余熱,提高機組效率,減少煤耗,是節能的主要措施之一。研究表明,設置前置式空預器與旁路省煤器系統,可提高全廠熱效率,降低煤耗,增加發電量,具有一定的經濟效益和社會效益。

 

  為了進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熱器造成原空預器排煙溫度升高這一不利影響。

 

  關鍵詞:節能減排;煙氣余熱利用;前置式空預器;旁路省煤器

 

  1引言

 

  3月22日,五部委聯合印發《熱電聯產管理辦法》的通知中明確表示“以熱定電”原則促進熱電聯產快速健康發展,燃煤機組鍋爐節能減排工作迫在眉睫。一直以來,節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苛的環保標準以及大力度的節能減排優惠政策。作為耗能、污染大戶,熱電廠的節能工作勢在必行。

 

  2節能技術

 

  鍋爐排煙損失則是電站鍋爐熱損失中最大的一項,約占鍋爐熱損失的70%~80%,有效利用電站鍋爐排煙余熱,可以大幅度的節約煤耗,降低排放。如何高效的利用煙氣余熱,發展相應的技術手段,是當今學者們研究的熱門話題。

 

  (1)前置式空預器

 

  前置式空預器設置在鍋爐尾部,主空氣預熱器前。前置式空氣預熱器的入口煙溫約為150℃左右,通過進一步降低排煙溫度獲得一部分熱量來加熱進入主空氣預熱器的低溫空氣,提高低溫空氣的溫度,使主空氣預熱器避免酸露點溫度,解決了主空氣預熱器的腐蝕、磨損、積灰等問題,穩定了鍋爐燃燒,可以有效的提高鍋爐效率。

 

  因為前置式空氣預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,維護費用高。而且,新增的前置式空氣預熱器受熱面積大,大大增加了煙道阻力,影響了一、二次風的穩定性。以上種種問題對于前置式空預器的設計使用提出了更高的要求。目前,前置式空預器主要分為管殼式、回轉式、熱管式、復合相變式四種類型,本文將依次介紹四類前置式空預器在熱電廠工作中的優點和缺點。

 

  管殼式和回轉式前置空預器

 

  作為傳統的空預器,管殼式和回轉式空預器應用廣泛,技術發展成熟,但作為前置式空氣預熱器,其也存在著明顯的缺陷。

 

  管殼式前置空氣預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行密封。煙氣和低溫空氣通過管束進行換熱,以達到加熱低溫空氣的目的。

 

  管式空氣預熱器的優點是密封好、傳熱效率高、易于制造和加工。缺點是體積大、鋼管內容易堵灰、不易于清理和煙氣進口處容易磨損。

 

  回轉式空氣預熱器是再生式空氣預熱器最常見的形式,它是利用煙氣和空氣交替地通過金屬受熱面來加熱空氣。回轉式空氣預熱器按運動方式可分為受熱面轉動和風罩轉動兩種。回轉式空氣預熱器依靠傳熱面的蓄熱作用來實現冷熱流體間的熱交換。

 

  回轉式空氣預熱器結構緊湊,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,回轉式空氣預熱器結構復雜,制造工藝要求高。漏風量大,嚴重時甚至會影響鍋爐出力。

 

  熱管式前置空預器

 

  熱管式前置空預器作為一種新型的前置式空預器,主要由熱管作為傳熱元件。熱管是利用密閉管內工質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,結構緊湊。同時,熱管式前置空預器密閉性能良好,漏風率幾乎為零。

 

  盡管熱管式前置空預器擁有諸多優點,但是其缺點也是不容忽視的。熱管式前置空預器造價較高,可操作彈性小,壽命短,且存在著超溫、爆管等安全問題。

  復合相變式前置空氣預熱器

 

  復合相變式前置空氣預熱器是采用全新理念設計制造的一種新型前置空預器,它綜合發揮了不同強化傳熱的技術優勢。復合相變式前置空氣預熱器使用閉路循環水系統作為煙氣和低溫空氣的換熱媒介。復合相變式前置空氣預熱器一大特點是實現了金屬受熱面最低壁面溫度始終處于可調控范圍。通過調節壁面溫度,可以大大降低排煙溫度,高效率的回收煙氣余熱。同時,從根本上避免了酸露腐蝕和積灰現象的發生,大幅降低了設備的維護成本。適應性好,能夠適應不同煤質及鍋爐負荷帶來的影響,使壁面和排煙溫度維持在相對穩定的范圍。由于煙氣和低溫空氣的分離,克服了熱管式前置空預器產生不凝氣體導致熱管效率降低甚至失效的缺陷。但是,由于閉路水循環是強制循環,所以加大了廠用電的消耗。

 

  綜上所述,四種前置式空氣預熱器各有優劣。綜合來看,從傳熱特性、結構特點、節能效果、經濟性等方面分析,復合相變式空氣預熱器是最適合的前置式空氣預熱器。

 

  (2)旁路省煤器

 

  排煙余熱在熱力系統內部直接利用方式有加熱空預器進口冷空氣、加熱汽輪機凝結水兩種。如圖1所示,第一種方式利用前置式空氣預熱器,將排煙余熱加熱空預器進口低溫空氣,實際上相當于增加了空氣預熱器的換熱面積,使熱風溫度提高,鍋爐的排煙溫度降低,而且還提高了原空氣預熱器入口風溫,使其避開或改善低溫腐蝕狀況,有利保護原空氣預熱器安全。

 

 

 

  布置前置式空氣預熱器,利用排煙余熱加熱空預器進口低溫空氣,提高了原空預器的進口風溫,使原空預器傳熱溫差減小,傳熱量減少,排煙溫度升高,因此,使得鍋爐的排煙溫度實際降低值小于前置式空氣預熱器的煙溫降,實際利用排煙熱量小于前置式空氣預熱器的換熱量,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熱器造成原空預器排煙溫度升高這一不利影響,須從改變原空預器煙氣側參數考慮,因原空預器進口煙溫不變,那么只有降低原空預器的煙氣流量,即從原空預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,從而使原空預器排煙溫度恢復原值。這就是電站鍋爐排煙余熱高能級利用系統的原理。

 

  旁路省煤器的設置,是在前置式空氣預熱器煙氣入口加設煙氣擋流板,分流一部分煙氣進入旁路省煤器,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水和給水。

 

  旁路省煤器進口水溫越低,傳熱溫差越大,旁路省煤器的經濟性越高。根據凝結水系統的參數和現場管路情況選擇旁路省煤器抽水點。在滿足受熱面最低壁溫的前提下,若旁路省煤器進口水溫隨機組負荷變動,則旁路省煤器抽水點可以為固定一點;若旁路省煤器進口水溫恒定,抽水點也可以為兩個或多個,采用不同溫度凝結水混合取水,或者設置旁路省煤器回水再循環系統,以保證旁路省煤器進口水溫的恒定。凝結水溫度升高后,應遵循能級匹配原則,回到與其溫度相等或相近的凝結水管路位置。

 

  3.結語

 

  總而言之,前置式空氣預熱器和旁路省煤器的系統組合,可以有效的利用煙氣余熱,實現能源的梯級利用,進而使得經濟效益大幅提高。同時,節能新技術的利用,避免了不足,更加提高了熱電機組效率,實現能源的高效利用。

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