相变换热器节能技术在燃煤锅炉上的应用与改造.doc

相变换热器节能技术在燃煤锅炉上的应用与改造 摘要本文阐述了相变换热器的原理，并通过在燃煤锅炉上的实际应用，对比了使用相变换热器前后燃煤锅炉的排烟温度和出力，以实际数据论证了相变换热器的节能原理。 关键词相变 ；排烟温度；声波除灰；改造；节能； 0引言 锅炉的热损失有排烟热损失、化学不完全燃烧热损失，机械不完全燃烧热损失、锅炉散热损失、炉渣物理热损失等。锅炉燃烧过程中最大的热损失是排烟热损失. 排烟热损失是由于排除锅炉的烟气其焓值高于进入锅炉的空气焓值而造成的热损失。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度和排烟容积，排烟温度越高，排烟容积越大，则排烟热损失就越大。对于大型锅炉排烟热损失普遍在8～12。锅炉的排烟温度是锅炉热损失的最主要指标。目前情况下，主要是通过提高锅炉的设计排烟温度，保证换热器（空预器）受热面“最低壁面温度”高于酸露点温度，以避免产生低温腐蚀。当换热器（空预器）受热面“最低壁面温度”低于酸露点温度就会产生低温腐蚀，影响尾部受热面的安全运行。排烟温度与低温腐蚀是影响锅炉效率和安全运行的主要矛盾，其矛盾的核心是换热器受热面“最低壁面温度”和“低温腐蚀”问题。复合相变换热器在大幅度降低排烟温度的前提下能有效地防止低温腐蚀，从而为锅炉节能技术开辟了一条广阔的途径。相变换热器已在五一社区供热站12台锅炉上全部得到应用，节能效果十分显著。 1 复合相变换热器基本原理［1］ 和一般热管换热器以及其他节能技术不同，复合相变换热器技术首次提出将换热器最低金属壁面温度定义为“第一设计要素”的理念，以及首次提出将对产生烟气低温结露和腐蚀具有关键性影响的最低壁面温度置于“可控可调状态”的创新概念。该技术的核心在于“复合”和“相变”，即通过“相变换热器”的设置，并利用不同“强化传热技术”与不同“控制技术”的合理配置，借助于优化设计，改变包括热管技术在内的一般换热器壁面温度分布的“函数”特征，在始终保证金属壁面温度处于酸露点以上以避免出现低温结露和腐蚀的同时，为大幅度回收烟气低温余热提供了可能。 复合相变换热器中的“相变段”是整个技术得以实施的核心部件之一。它将原热管换热器中相互独立的部分，通过优化设计构造成一个相互关联的结构化的整体，充分利用气（化）液（化）间“两相同向流动”、“汽液相变换热”，“工质自然循环”，将气化潜热与液化潜热交替进行，以2243kJ / kg的热容量进行高效传热。在换热平均温差20度时，与传统的烟气横掠列管换热的气气换热器的 20 kJ / kg20℃ 换热能力相比，二者具有10 2 以上数量级的传热量差别。 复合相变换热器是在多根并联的密闭管排束构件内利用软化水相变潜热传递热量，在热管下端面加热，水吸收热量汽化为饱和蒸汽，在一定的压差下上升到热管上端面，向外届放出热量，并凝结成液体，饱和水经汽水分离器回到受热段，并再次汽化，往复循环，完成了把热量从高端传向低端的单向导热。 复合相变换热器多根并联的密闭管排束构件上的金属壁面整体温度分布均匀、与烟气温度保持“较小梯度温降（温差10－20℃）”，并具备“独立于被加热工质温度”的特殊功能。 图1相变换热器结构示意图 2 相变换热器排汽注水管线安全生产技术改造 原相变换热器注水和排汽系统安装位置离地十米多高，椭圆形汽包，四周悬空，频繁高空作业，顶部不容易站稳，存在安全隐患。 在不改变相变换热器性能的前提下，重新设计相变换热器注水和排汽系统管线，并安装在地面进行操作，同时为了防止排汽管线烫伤人员，把排汽管线从高空引向地面。 设计好相变换热器的注水和排汽管线后，首先准备材料，然后由本队维修班人员进行管线连接安装。 图3相变换热器结构示意图 3 相变换热器安装前后排烟温度对比分析 2009年～2010年供暖期锅炉平均排烟温度与2008年～2009年供暖期锅炉平均排烟温度对比。复合相变换热器能大幅度降低排烟温度，那么让我们先来看一看使用相变换热器前后锅炉排烟温度的变化。 以五一社区供热站黄山供热队为例，统计两个供暖期的锅炉平均排烟温度。需要说明的是2008年～2009年供暖期没有安装相变换热器，2009年～2010年供暖期锅炉上安装使用相变换热器，数据来自两个供暖期黄山供热队5台锅炉运行报表。 表1供暖锅炉相变换热器安装前后锅炉排烟温度表 炉号2009～2010供暖期 锅炉平均排烟温度（℃）2008 ～2009供暖期锅炉平均排烟温度（℃）两季排烟温度温差值 （℃） 1141.0200.959.9 2137.5205.668.1 3138.3225.186.7 4147.4229.782.3 5148.1226.678.5 图4 由上表和图可以清楚看出，使用相变换热器后排烟温度最大可降低86.7℃，最小也可降低59.9℃。相变换热器能够在锅炉的设计和改造中，大幅度降低烟气的排放温度，使大量中低温热能被有效回收。在降低排烟温度的同时，保持金属受热面壁面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的腐蚀区域。相变换热器的换热过程是在相变下段，放热物质是烟气，吸热物质是作为传热媒介的水，相变里的水是密闭的，相变下段的水从烟气里吸收热量，水吸收热量汽化为饱和蒸汽，在一定的压差下上升到相变热管上端面，向外届（冷水）放出热量，并凝结成液体，饱和水经汽水分离器回到受热段，并再次汽化，往复循环，完成了把热量从高端传向低端的单向导热。 4、安装相变换热器效益分析 4、1经济效益分析 由局监测中心实测相变的流量为10m3/h. 经过对相变的进口出口温度计算，算出相变的进口平均温度为43.63℃,相变的出口平均温度为84.77℃。 一台锅炉相变每小时吸收烟气的热量为 Q单cmΔt 10*1000*（84.77-43.63）41.14*104千卡 一个供暖期平均运行三台锅炉，一个供暖期相变吸收锅炉烟气的热量为 Q总 Q单*24*120*341.14*104千卡*24*120*3355449.6*104千卡 折算成标煤 Q煤 Q总/5500355449.6*104千卡/（5500千卡/公斤）646.3吨 每吨煤按800元计算 节约费用646.3*800517017.6元51.7万元 4．2 社会效益分析（年节约的能源可减排二氧化碳、二氧化硫、烟尘） 相变换热器不仅产生可观的经济效益，还产生显著的社会效益。根据大气污染物排放系数（t/tce），SO2为0.0165， NOx 为0.0156，烟尘为0.0096，CO2排放系数（t/tce）为0.67。（2009年05月11日 0604 来源于国家统计局） 根据以上系数，可以算出年节约的能源可减排二氧化碳、二氧化硫、烟尘 SO2 0.0165*646.310.66（吨） NOx0.0156*646.310.08（吨） 烟尘 0.0096*646.36.20（吨） CO20.67*646.3433.02（吨） 5、结束语 相变换热器在降低排烟温度的同时，保持金属受热面壁面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的腐蚀区域，从根本上避免了结露腐蚀和由此发生的堵灰，大幅度降低设备的维护成本；保证换热器金属受热面最低壁面温度处于可控可调状态，使复合相变换热器具有相当幅度的调节能力，使排烟温度和壁面温度保持相对稳定，并能适应锅炉的燃料品种以及负荷的变化；在保留热管换热器具有高效传热特性的同时，通过适时排放不凝气体有效解决相变换热器可能出现的老化问题，大大延长设备的使用寿命。 相变换热器给我们带来了很大的经济效益和社会效益，今后，我们将充分按照操作规程，努力管好用好维护好节能设备，让它在节能的道路上更好地为我们服务。 参考文献1、 14C.80i复合相变换热器说明书 上海中源科扬节能有限公司