燃煤锅炉烟气余热回收系统的探讨

燃煤锅炉烟气余热回收系统的探讨

王远军 李成凤 段希福

山东圣威新能源有限公司 山东 临沂 276017

摘要：随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，我国的燃煤电厂发展十分迅速，在探讨低温烟气－空气换热器的过程中，从换热元件的紧凑性、元件的结构特点和换热介质的流型等方面选择波纹板作为换热器的基本组成部分。采用流体模拟软件fluent对不同板间距波纹板换热器的传热和压降进行了分析，后确定间距为6mm的波纹板作为换热器的基本参数。

关键词：烟气余热回收；低温烟气-空气换热器

引言

在我国现役火电机组中，排烟热损失是电站锅炉各项热损失中最大的一项，一般为5%,～8%,，占锅炉总热损失的80%,或更高．影响排烟热损失的最主要因素是锅炉排烟温度，而目前我国火电机组锅炉排烟温度偏高是一个普遍现象，一般维持在110～150,℃.通常情况下，排烟温度每升高10,℃，排烟热损失增加0.6%,～1.0%，若以燃用热值为20,MJ/kg煤的410,t/h高压锅炉为例，则每年多消耗近万吨动力用煤．虽然利用传统的换热器方法进行余热回收取得了较大的成果，但是对于排烟温度较低的低温余热回收系统，往往由于传热系数不高(一般低于2800W/mK)，且温差较小，故需要布置较大的换热面积，使得换热效率较低，余热回收尚不充分.人们进一步研究发现，一些半导体材料具有较好的温差发电能力，例如Bi2Te3类材料、PbTe类材料、SiGe合金类等材料．利用这些半导体材料的热电特性制成的温差发电装置可以在温差存在时直接将热能转化为电能，从而在传统换热器的基础上进行优化利用.综上所述，若能够充分利用温差发电技术回收工业低温余热，并能产生可观的电能输出，那么针对该应用的研究将会有很大价值．此外，由于我国能源十分紧缺，能源利用率相对较低，节能降耗也是进行可持续发展的必由之路．

1系统流程

常温常压水作为补水被送入系统，补水和由蒸发器而来的回水混合一起经过水泵进入第１级加热器第１次吸收烟气的余热成为热水。热水分为两股：第１股通过换热器、热泵蒸发器放热，随后作为回水再次进入水泵；第２股通过减压阀降压成为湿蒸汽后依次在第１级换热器、第２级加热器、第２级换热器和热泵的冷凝器中吸热成为饱和蒸汽。热水产生的饱和蒸汽经过第１级蒸汽压缩机加压至一定压力，之后产生的过热蒸汽在第２级换热器中定压放热为饱和蒸汽，接着蒸汽进入第２级蒸汽压缩机升压，进而得到所需的水蒸气。水经过第１级加热器成为热水后，第２股节流降压变成湿蒸汽，温度降低进而保持较大温差继续吸收热量。利用湿蒸汽区加热时温度、压力不变的特性可以减小换热温差。由于烟气排放温度远低于露点温度，所以第１、２级加热器内部采用纳米涂层技术。加热器采用纳米涂层可以耐腐蚀、防磨损、少积灰，以延长加热器使用寿命。烟气二次加热，１、２级加热器分开布置，第１级加热器用烟气制取热水，热水节流降压后温度降低可以用第２级加热器再次加热，从而可以实现烟气最终以７０℃左右的温度排放。

2燃煤电站锅炉烟气余热回收利用方式

2.1省煤器

在燃煤电站锅炉中，低温省煤器在汽轮机回热系统中注入回收的烟气余热，以达到减少抽汽量、提高汽轮机运行效率的目的。低温省煤器采用注入烟气余热的方式进行回收，所以不会对锅炉内部传热量分配造成影响，在设计低温省煤器时，只需要计算回热系统的相关数据即可。在实际应用中，燃煤电站锅炉可将低温省煤器安装在烟气系统预热器出口和除尘器上，将其并联于热力系统的低压加热器，能够有效回收烟气余热，大幅度降低锅炉煤耗量。此外，燃煤电站锅炉组还可安装高温省煤器，以提高高温省煤器排挤抽汽效果。高温省煤器安装在空气预热器前，利用高温烟气加热锅炉中的凝结水，先将烟气温度提高至360℃，再利用高温烟气对冷凝水进行加热，提高抽汽效果，增加汽轮机做功。与低温省煤器相比，利用高温省煤器进行烟气余热回收可降低更多的煤耗量，一般是多降低2.0g/kW•h，同时还能够保证汽轮机抽汽效率。所以，高温省煤器的节能效益更好。铸铁式省煤器虽然具有耐腐蚀、使用寿命长等优点，但造价较高，且维修难度较大。而钢管式省煤器的造价低，便于安装，维修工作量小，但耐磨和耐腐性较差。

2.2波纹形板片不同板间距性能的比较分析

在模拟计算软件FLUENT中设置换热条件为等壁温条件，收敛格式为二阶格式，介质为空气，湍流模型为实际的k-ε模型。在大量的模拟之后，取三个典型的波纹板间距（即两个板片之间最窄处的距离）分别为3mm、6mm、9mm，设板片的高度为1.5m，波高为3mm，波长为40mm，为了方便的进行网格划分和后续的操作，直接在前期处理软件Gambit中建模，并进行网格划分，由于模型的建立规定了板片的进出口尺寸，所以控制气体的进口速度，就可以控制气体的流量，气体的入口速度分别为15m/s、7.5m/s、5m/s，在相同的气体初始参数下，对板片的温度、压强和速度进行模拟。温度的模拟结果分析：从结果可以看出，随着间距的增大，板片的出口温度越来越低，而且空气的入口温度相同，则换热量也逐渐减少，换热系数也在逐渐的减小。由模拟软件输出的结果得到：间距为3mm的板片进出口截面平均温差为114℃，间距为6mm的板片进出口截面平均温差为104℃，间距为9mm的板片进出口截面平均温差为69℃。经计算间距为6mm的板片比间距为3mm的板片换热量减少8.7%；间距为9mm的板片比间距为3mm的板片换热量减少39.5%，比间距为6mm的板片换热量减少33.6%；以上结果表明波纹形板片间距在由3mm逐渐增大的过程中，换热效果逐渐降低，但是在间距在6mm左右时换热量下降的并不是很大，但是当间距增大到9mm时，换热量的下降就非常明显。压力的模拟结果分析：从结果的对比可以看出，随着板片间距的增大，气体流过板片压降越来越低，则波纹形板片之间的气流阻力也降低，由模拟软件输出的结果得到：间距为3mm的板片进出口截面平均压降为1299Pa，间距为6mm的板片进出口截面平均压降为360Pa，间距为9mm的板片进出口截面平均压降为121Pa。由此得出，间距为6mm的板片比间距为3mm板片的压力损失减少72.3%；间距为9mm的板片比间距为3mm板片的压力损失减少90.68%，比间距为6mm的板片换热量减少66.4%；以上结果表明波纹形板片间距在由3mm逐渐增大的过程中，压力损失逐渐的降低，当间距在3～6mm之间时压力损失的变化幅度高达939Pa，间距在6～9mm之间时压力损失的变化幅度为239Pa，变化的趋势相对减缓。

结语

通过综合比较分析，决定使用波纹形板片作为换热器的换热元件，以增强烟气的换热效果，并通过数值模拟软件FLUENT，对不同板间距的换热过程进行比较分析，结果表明当板片之间的间距为6mm时，换热效果和压降的综合效果较好。本课题只是对整个低温烟气余热回收系统的初步开发研究，换热器的整体只是在研发阶段，实际的运行情况有待进一步的验证。

参考文献

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[3]郑文龙，王荣光，俞亚鹏，等.耐硫酸露点用ND钢及其应用[J].压力容器，1998（1）：36-39.