相變換熱工業(yè)鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)分析

張志剛

摘 要：鍋爐排煙熱損失巨大，如何能夠降低排煙溫度而又保證不發(fā)生酸露腐蝕，一直以來是業(yè)內(nèi)的一大難題。文章對(duì)新型相變換熱鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)進(jìn)行了比較分析，其采用相變換熱方式，可有效降低排煙溫度，并實(shí)現(xiàn)壁溫可調(diào)，具備較高的熱效率和抗腐蝕性能。

關(guān)鍵詞：余熱回收；相變換熱；酸露腐蝕

引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國有約三分之二的能源被鍋爐消耗掉了，全國80%的工業(yè)用煤用于鍋爐燃燒。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鍋爐技術(shù)在近百年中不斷地改進(jìn)和提高，現(xiàn)代大型鍋爐的效率已經(jīng)接近極限。鍋爐的熱損失主要包括排煙損失、化學(xué)不完全燃燒損失、機(jī)械不完全燃燒損失、散熱損失、灰渣物理熱損失等項(xiàng)目。其中，排煙損失是最主要的部分，約占整個(gè)鍋爐熱損失的70%～80%。一般地，排煙溫度每降低15℃，可使鍋爐熱效率提高1%。因此，降低排煙溫度是提高鍋爐效率的最有效的途徑。

鍋爐排煙損失作為鍋爐效率損失最大的部分無疑是進(jìn)一步提高鍋爐效率的方向。但是，鍋爐專家在降低排煙溫度的探索中遇到了不可逾越的障礙，即煙氣酸露點(diǎn)。排煙溫度低于煙氣中SO3的露點(diǎn)時(shí)，在受熱壁面上會(huì)凝結(jié)酸露，低溫酸露出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致腐蝕漏風(fēng)與積灰（結(jié)露性），其危害極大：一方面導(dǎo)致漏風(fēng)，既增大風(fēng)機(jī)電耗，又造成爐膛缺風(fēng)，使燃燒惡化，熱效率降低。另一方面導(dǎo)致積灰，使受熱面換熱能力下降。積灰嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成堵灰，不僅影響傳熱，而且可能因煙道阻力劇增而限制鍋爐出力，甚至被迫停爐。如何能夠降低排煙溫度而有保證不發(fā)生酸露腐蝕，一直以來是業(yè)內(nèi)的一大難題。

文章對(duì)新型相變換熱鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)進(jìn)行了分析，并通過與傳統(tǒng)技術(shù)比較，得到其性能及可行性等的相關(guān)結(jié)論，供有關(guān)技術(shù)人員參考。

1 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

保證鍋爐尾部受熱面不發(fā)生低溫腐蝕的核心是控制換熱器最低壁面溫度高于煙氣酸露點(diǎn)的溫度。

在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，最低壁面溫度取決于煙氣酸露點(diǎn)的溫度和預(yù)熱空氣的最低溫度。例如，一臺(tái)鍋爐的空氣預(yù)熱器是末級(jí)受熱面，空氣側(cè)進(jìn)口溫度為25℃，排煙溫度為150℃，根據(jù)空氣側(cè)和煙氣側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)可以算出則空氣預(yù)熱器最低壁面溫度70℃。一般地，在冷空氣溫度一定的情況下，設(shè)計(jì)排煙溫度大約是最低壁面溫度的2倍。

2 相變換熱技術(shù)原理

相變換熱煙氣余熱回收系統(tǒng)由傳統(tǒng)的間壁式換熱器和相變換熱器組合而成，其核心是相變換熱器。相變換熱器利用介質(zhì)相變過程中溫度不變的特性，具有在整個(gè)換熱器沿程壁面溫度恒定的優(yōu)良特性。相變換熱器分為蒸發(fā)換熱面、冷凝換熱面、上升管、下降管、汽水分離裝置兩部分。蒸發(fā)換熱面內(nèi)部的液態(tài)介質(zhì)吸收煙氣熱量而變成汽水混合物上升，經(jīng)過汽水分離裝置后，汽體上升進(jìn)入冷凝換熱面，在其中放熱加熱外部的冷空氣后凝結(jié)后匯集到汽水分離裝置。介質(zhì)在相變換熱器內(nèi)部依靠密度差形成自然循環(huán)。

相變換熱器技術(shù)通過改變鍋爐排煙溫度和最低壁面溫度的函數(shù)關(guān)系，巧妙地化解了降低鍋爐排煙溫度與酸露點(diǎn)腐蝕的矛盾，較好地解決了鍋爐排煙溫度難以降低的難題。實(shí)現(xiàn)了在保證鍋爐尾部受熱面不結(jié)露的情況下，將排煙溫度降至極限，從而大大提高了鍋爐效率。

相變換熱器能夠?qū)崿F(xiàn)排煙溫度僅比最低壁面溫度高15℃。相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)㈠仩t排煙溫度穩(wěn)定降低30～100℃，回收的熱量可用于鍋爐送風(fēng)預(yù)熱，也可加熱鍋爐凝結(jié)水，冬季也可用于加熱冬季廠區(qū)供暖水系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)鍋爐效率提高2%～7%。而且對(duì)于越是排煙溫度高的鍋爐的節(jié)能效果越顯著。

相變換熱器可以通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)冷源的流量，調(diào)節(jié)換熱器金屬受熱面最低壁面溫度，使其具有相當(dāng)幅度的調(diào)節(jié)能力，使排煙溫度和壁面溫度保持相對(duì)穩(wěn)定，并能適應(yīng)鍋爐的燃料品種以及負(fù)荷變化。

3 結(jié)束語

相變換熱器最低壁面溫度整體可控可調(diào)，并可在保證受熱面不結(jié)露的前提下降低排煙溫度，有效提高設(shè)備熱效率和防腐能力?？蓮V泛適用于電力、石油、化工、冶金、石化、紡織、醫(yī)藥等行業(yè)的各種燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t、窯爐、注汽爐、加熱爐及各種換熱設(shè)備之中。應(yīng)用前景廣泛，推廣潛力巨大，尤其適合燃用高硫分燃料，排煙溫度較高，尾部受熱面腐蝕嚴(yán)重的鍋爐。

參考文獻(xiàn)

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