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摘要：采用熱管式低溫省煤器技術(shù)降低鍋爐排煙溫度，可達(dá)到余熱利用的效果，同時可提高靜電除塵器的除塵效率，實現(xiàn)煙氣達(dá)標(biāo)排放，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。對熱管式低溫省煤器在鍋爐節(jié)能減排方面的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：低溫省煤器；熱管；節(jié)能減排

隨著環(huán)境污染和能源緊張問題日益嚴(yán)峻，人們在加速開發(fā)可再生能源的同時，更加重視傳統(tǒng)工業(yè)的節(jié)能降耗工作。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開工業(yè)的支持，而工業(yè)生產(chǎn)過程排放的污染物又是PM2.5的主要來源，因此，控制和減少工業(yè)生產(chǎn)排放就成為控制PM2.5排放和減少霧霾的重要途徑。工業(yè)的發(fā)展和人類的現(xiàn)代化生活都離不開能源，特別是對電力的需求。而中國的一次能源主要是煤炭，煤炭的燃燒必然會產(chǎn)生大量的污染物，其中包括煙塵及SO2，NOx等化學(xué)物質(zhì)。中國的電力主要靠燃煤的火電機(jī)組提供，因此電力行業(yè)成為各種污染物排放之首。嚴(yán)峻的環(huán)境形勢和巨大的社會需求是必須面對的現(xiàn)實。中國的能源結(jié)構(gòu)決定了中國會長期倚重煤炭為社會提供一次能源。簡單的限制使用只為權(quán)宜，節(jié)能減排、提高能源利用率才是長久之計。燃煤的電力生產(chǎn)需要燃燒大量的煤炭，因而產(chǎn)生各種污染物，但電力又是現(xiàn)代社會不可或缺的優(yōu)質(zhì)能源和清潔能源。為了減少分散的燃煤生產(chǎn)、生活方式對環(huán)境的污染，人們將會更多地使用電力，因此電力行業(yè)既是優(yōu)質(zhì)能源的提供者，又是污染的治理者?；鹆Πl(fā)電廠既是發(fā)電企業(yè)，也是耗能企業(yè)。如何提高火力發(fā)電廠的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、減少能量損失和污染物排放已成為國內(nèi)外研究的熱點課題。在火電廠中，鍋爐的排煙余熱問題（即鍋爐排煙溫度高）一直是困擾著人們的一個難題。因為僅鍋爐排煙余熱這一項損失所造成的能源消耗就相當(dāng)可觀。據(jù)統(tǒng)計，在火力發(fā)電廠中，鍋爐排煙熱損失占鍋爐熱損失的70%～80%。受熱面污染程度隨鍋爐運(yùn)行時間加劇，且由于燃燒煤種的變化，實際排煙溫度要比設(shè)計溫度高20～30℃。鍋爐的排煙溫度升高，造成了火力發(fā)電廠燃煤消耗量增加，同時污染物的排放量也增加了?；痣姍C(jī)組一般采用靜電除塵，而靜電除塵器對煙氣溫度有一定的要求。高溫?zé)煔馐癸w灰比電阻增高，易形成反電暈，造成除塵效率下降。嚴(yán)峻的環(huán)境形勢下，國家不斷加大治理環(huán)境的力度，其中煙氣含塵質(zhì)量濃度排放標(biāo)準(zhǔn)提高到30mg/m3，重點地區(qū)要達(dá)到20mg/m3。減少燃煤量可有效減少污染物的排放，降低煙氣溫度可提高除塵設(shè)備效率，這是排放達(dá)標(biāo)的技術(shù)保證。在這種背景下，低溫省煤器有關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1低溫省煤器的功能和作用

有關(guān)研究表明，低溫省煤器的應(yīng)用可有效降低鍋爐排煙溫度。該技術(shù)采用在靜電除塵器之前的煙道加裝換熱器的方法吸收煙氣余熱，有效降低鍋爐排煙溫度，達(dá)到降低機(jī)組能耗的功效。煙氣經(jīng)該換熱器放出熱量、降溫后進(jìn)入靜電除塵器；低溫凝結(jié)水或熱網(wǎng)回水流經(jīng)該換熱器吸熱、溫度升高后返回?zé)崃ο到y(tǒng)。低溫省煤器技術(shù)通過降低煙氣溫度，在降低飛灰比電阻及減小煙氣體積流量的共同作用下可明顯提高靜電除塵器效率，具有降低能耗的功能[1]。有關(guān)實踐表明，在煙溫140℃的工況下，經(jīng)低溫省煤器后的煙氣降溫幅度平均可達(dá)50℃以上，飛灰比電阻下降明顯。并且在增設(shè)低溫省煤器后，粉塵排放質(zhì)量濃度從約50mg/m3下降到約20mg/m3，降溫冷卻后的煙氣流量可縮減10%，可提高靜電除塵器的功率。低溫省煤器布置于鍋爐的最后一級受熱面（空氣預(yù)熱器）后，其傳熱行為對鍋爐一切受熱面的傳熱均不會產(chǎn)生影響，因此既不會降低入爐熱風(fēng)溫度而影響鍋爐燃燒，也不會使空氣預(yù)熱器的傳熱量減少而削弱排煙溫度的降低效果。

2傳統(tǒng)低溫省煤器存在的問題

雖然近些年來已有不少火力發(fā)電廠采用了低溫省煤器，但是傳統(tǒng)的低溫省煤器在使用過程中仍存在一些問題，主要表現(xiàn)為：a)為降低進(jìn)入靜電除塵器煙氣的溫度，需要較大體積的換熱器，這使得一般的換熱形式難以發(fā)揮效果。為了解決上述問題，傳統(tǒng)的辦法是在換熱管上焊接翅片或H形鋼片以增加換熱面積，減小設(shè)備體積。但由于低溫省煤器安裝于鍋爐尾部煙道，其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)一方面增加了煙氣流動阻力，另一方面成為增加積灰的因素。積灰是換熱元件的技術(shù)難點，其會使換熱元件的換熱效率大大降低，以至不能換熱，且清理難度很大。b)受鍋爐運(yùn)行負(fù)荷和季節(jié)變化等因素的影響，煙氣參數(shù)處在不斷的變化中，這會對低溫省煤器的運(yùn)行產(chǎn)生影響。c)低溫省煤器布置于鍋爐尾部煙道，煙氣溫度較低，基本處于酸露點以下，導(dǎo)致低溫省煤器容易發(fā)生低溫腐蝕。而且鍋爐排煙溫度會受到鍋爐運(yùn)行負(fù)荷及環(huán)境溫度等因素的影響，同時受燃煤中含硫量不斷變化的影響，酸露點會發(fā)生變化。高硫煤的使用也使得低溫省煤器難以發(fā)揮效能[2]。綜合以上情況，選用合理的換熱形式及采用先進(jìn)的防腐措施是保證低溫省煤器高效和安全運(yùn)行的前提。經(jīng)過多年研究和論證，熱管式低溫省煤器能以其獨特的性能解決傳統(tǒng)低溫省煤器存在的腐蝕、積灰、低溫?fù)Q熱、運(yùn)行安全問題。

3熱管式低溫省煤器的節(jié)能減排優(yōu)勢

3.1熱管換熱技術(shù)簡介

熱管換熱技術(shù)是隨著近些年來對余熱利用的需要應(yīng)運(yùn)而生的。熱管由于其通過自身工質(zhì)液-汽相變傳熱的特點，具有良好的傳熱性能。處于煙道中受熱段內(nèi)的工質(zhì)受熱后迅速汽化，攜帶大量潛熱向處于水箱中的放熱段放出熱量后冷凝為液態(tài)回流到受熱段并被再次汽化，就這樣余熱被高效回收。由于熱管中的換熱工質(zhì)處于真空狀態(tài)，可在較低的溫度下汽化而產(chǎn)生潛熱，特別適用于低溫環(huán)境下的換熱。另外，熱管不需要吸液芯，具有制作簡單、成本低廉的優(yōu)點。因此，國內(nèi)余熱回收用的低溫省煤器大多采用熱管形式[3]。熱管換熱原理如圖1所示。

3.2熱管式低溫省煤器的基本構(gòu)造

熱管式低溫省煤器中包含由若干支獨立的熱管組成的換熱單元。根據(jù)所需換熱量，數(shù)組換熱單元可進(jìn)行優(yōu)化組合?？筛鶕?jù)用戶的實際情況和需求對換熱單元采用不同的設(shè)計方案。換熱單元主要由上下聯(lián)箱、箱板和受熱面蛇形管構(gòu)成。將4塊鋼板用螺栓螺母緊固并圍成長方體形狀，形成省煤器換熱單元的箱體。熱管式低溫省煤器設(shè)備體積小，更適用于場地有限的發(fā)電廠改造項目。煙氣和冷凝段冷卻水集箱之間由絕熱段的隔板分隔，煙氣于絕熱隔板下方流通，冷卻水于絕熱隔板上方流通，隔板采用特制的管板結(jié)構(gòu)，以保證整個換熱模塊全密封。冷卻水側(cè)每根套管設(shè)置套管組件進(jìn)行獨立隔離，套管與絕熱段隔板互不相通，可實現(xiàn)雙重物理隔離。

3.3熱管式低溫省煤器的技術(shù)優(yōu)勢

與其他形式的低溫省煤器相比，熱管式低溫省煤器能在鍋爐余熱利用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，是因為其具有以下主要優(yōu)點：a)運(yùn)行更安全。熱管式低溫省煤器由若干支獨立的熱管組成換熱單元，每支熱管獨立完成換熱工作。與傳統(tǒng)低溫省煤器整組換熱單元比較，可大大降低換熱單元故障的風(fēng)險，因此有效保證了低溫省煤器整體的安全。同時由于流經(jīng)熱管式低溫省煤器的冷凝水等換熱水媒介質(zhì)處于煙道外的水箱中，與煙道隔絕，保障了鍋爐系統(tǒng)的安全運(yùn)行。b)耐低溫腐蝕。熱管式低溫省煤器由于采用了搪玻璃防腐工藝，具有極佳的抗低溫腐蝕性能。采用靜電噴涂的方式將釉料均勻地涂于低碳鋼換熱元件上，通過850℃的高溫搪燒，使瓷釉密著于金屬鐵胚表面，形成無機(jī)材料與碳素鋼的復(fù)合材料，使換熱元件既具有碳素鋼的原有傳熱性能和機(jī)械強(qiáng)度，又能保證金屬具有類似玻璃的良好耐腐蝕性能，特別是耐低溫酸性物質(zhì)對金屬的腐蝕，同時可有效解決金屬換熱材料的積灰問題，提高換熱效率。經(jīng)過搪玻璃防腐工藝處理的熱管不受壁溫影響，可適應(yīng)機(jī)組鍋爐運(yùn)行負(fù)荷及季節(jié)的變化，不受燃煤含硫量引起的酸露點變化制約。c)不易積灰。熱管式低溫省煤器的熱管采用了光管結(jié)構(gòu)，盡量簡化了低溫省煤器換熱元件的結(jié)構(gòu)形式，減少了換熱元件積灰的結(jié)構(gòu)因素（熱管高效的低溫?fù)Q熱能力為低溫省煤器采用光管結(jié)構(gòu)提供了條件，傳統(tǒng)的間壁換熱為了減小低溫省煤器體積需在換熱管上增加各種形式的翅片以提高換熱效率）。熱管式低溫省煤器的熱管垂直于煙道，光滑的表面在合理設(shè)計的煙氣流速下可實現(xiàn)不積灰。d)裝置結(jié)構(gòu)簡潔高效，不需要外部配置其他裝置。熱管是通過自身管內(nèi)工質(zhì)在受熱和放熱之間相變完成換熱過程，無需外源動力消耗，且無需旋轉(zhuǎn)裝置，因此該換熱系統(tǒng)沒有漏風(fēng)的隱患，可避免工作區(qū)域環(huán)境被二次污染。e)長周期運(yùn)行更可靠。常規(guī)省煤器一般都是間壁換熱，冷熱流體分別在器壁的兩側(cè)流過，如果管壁或器壁有泄漏，則將造成停產(chǎn)損失。而熱管式低溫省煤器是二次間壁換熱，即熱流要通過熱管的蒸發(fā)段管壁和冷凝段管壁才能傳到冷流體，熱管的蒸發(fā)段和冷凝段一般不可能同時被損壞，因此大大增強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的可靠性[4]。f)優(yōu)化煙氣溫度控制。在低溫余熱回收或熱交換的過程中，通過適當(dāng)?shù)臒崃髯儞Q可調(diào)節(jié)熱管管壁的溫度到低溫?zé)煔饴饵c以上。因此搪玻璃熱管式低溫省煤器的控制系統(tǒng)最為簡潔。通過監(jiān)測搪玻璃熱管式低溫省煤器出口煙氣設(shè)定溫度，調(diào)整變頻水泵的水量來控制換熱量，從而控制搪玻璃熱管式低溫省煤器出口煙氣溫度，這樣不僅保證進(jìn)入靜電除塵器的煙氣溫度符合設(shè)計溫度，保證除塵器正常工作及安全，還能防止低溫腐蝕，避免煙氣灰塵在管壁上黏結(jié)，從而保證了鍋爐的長期運(yùn)行，并且提高了鍋爐效率。g)現(xiàn)場安裝布置更靈活。由熱管組成的低溫省煤器受熱部分和換熱部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計和位置布置非常靈活，可適應(yīng)各種復(fù)雜的場合。由于結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間小，其特別適用于工程改造及地面空間狹小和設(shè)備擁擠的場合，并且大大減少了維修工作量。h)提高電除塵效率。進(jìn)入靜電除塵器的煙氣溫度降低，降低了飛灰比電阻，煙氣體積流量減?。ㄒ话憧蓽p小10%以上），兩者均使靜電除塵器的效率提高。

3.4熱管式低溫省煤器的經(jīng)濟(jì)性

熱管式低溫省煤器具有較高的經(jīng)濟(jì)性，主要表現(xiàn)為：a)換熱煙氣中的熱量被進(jìn)入熱管式換熱器上部水箱的冷凝水或熱網(wǎng)回水吸收，被加熱后的冷凝水或熱網(wǎng)回水通過管道被送入低壓加熱器或直接送入鍋爐。b)置于靜電除塵器前的熱管式低溫省煤器通過換熱將煙氣降溫，使煙氣體積流量減小，同時煙阻也相應(yīng)降低，因此在該處設(shè)置低溫省煤器不會對系統(tǒng)阻力帶來不利影響。c)熱管式低溫省煤器由于采用搪玻璃防腐工藝，不受煙氣溫度變化和燃煤含硫量變化的制約，可大大簡化工藝流程，為設(shè)備運(yùn)行提供便利。

4熱管式低溫省煤器在鍋爐中的應(yīng)用實例

4.1技術(shù)改造目的

山東濟(jì)礦魯能煤電股份有限公司陽城電廠為了進(jìn)一步降低鍋爐排煙溫度以提高除塵效率，同時加大鍋爐余熱回收利用的力度，降低機(jī)組運(yùn)行整體能耗水平，決定充分利用鍋爐本體以外的場地空間，布置熱管式低溫省煤器，并留有足夠的檢修維護(hù)空間。

4.2項目基本情況

陽城電廠的鍋爐為東方鍋爐廠DG480/13.7-Ⅱ2型循環(huán)流化床鍋爐，超高壓中間一次再熱，單汽包自然循環(huán)，單爐膛單布風(fēng)板平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，露天布置。鍋爐主要由爐膛、高溫汽冷旋風(fēng)分離器、自平衡“J”閥雙路回料器和尾部對流煙道組成。熱管式低溫省煤器布置在空氣預(yù)熱器至靜電除塵器入口的豎直煙道內(nèi)。熱管式低溫省煤器的換熱管采用鉛垂、順列布置，水側(cè)逆流進(jìn)入換熱器本體，熱管采用SiO2復(fù)合搪瓷材料噴涂光管形式。布置換熱面積相同的2層換熱器，每層4組管束，換熱器整體傾斜20°。省煤器內(nèi)冷卻水采用集箱逆流串聯(lián)形式，煙道內(nèi)熱管采用錯列結(jié)構(gòu)。4.3技術(shù)方案熱管式低溫省煤器系統(tǒng)的管內(nèi)冷卻水與主凝結(jié)水為并聯(lián)布置。其進(jìn)水取自冷渣器出水，水溫60℃，流量120t/h，經(jīng)Φ159mm×6mm管（材質(zhì)為20號鋼）進(jìn)入低溫省煤器，經(jīng)過與煙氣換熱，水溫升至95.5℃，經(jīng)回水管返回5號低壓加熱器入口。Φ159mm×6mm回水管上裝有變頻泵（型號為150-350）調(diào)整水量，以滿足出口排煙溫度要求。熱管式低溫省煤器布置在空氣預(yù)熱器與靜電除塵器之間的煙道內(nèi)（見圖2），采用鋼結(jié)構(gòu)支撐。一般150MW機(jī)組進(jìn)入靜電除塵器之前有2個煙道，因此熱管式低溫省煤器設(shè)計為6臺，每個煙道內(nèi)并聯(lián)布置3臺。熱管式低溫省煤器可將煙氣溫度從140℃降到110℃，煙氣飛灰比電阻降低，最大限度地提高除塵效率，又可以保證除塵設(shè)備安全運(yùn)行。為了盡可能降低煙氣中飛灰對低溫省煤器換熱管的磨損，保證省煤器的使用壽命，在低溫省煤器入口前設(shè)置可更換防磨管排，避免飛灰對換熱管正面的沖刷磨損。此外，將以SiO2為主要成分的釉料涂搪在金屬表面，經(jīng)過高溫?zé)菩纬闪颂厥獾膹?fù)合材料，可防止熱管式低溫省煤器換熱管發(fā)生低溫腐蝕。熱管式低溫省煤器實現(xiàn)了介質(zhì)、煙氣的逆向流動，大大提升了低溫省煤器的換熱效果，減小了換熱面積，而且可使排煙溫度的降低不受介質(zhì)出口水溫限制，最大限度地降低了排煙溫度。另外，經(jīng)過熱管式低溫省煤器加熱后的冷凝水被送回低壓加熱器管路系統(tǒng)，減少了低壓加熱器的用氣量和汽輪機(jī)的抽氣量，達(dá)到節(jié)能的目的。

5結(jié)語

陽城電廠150MW機(jī)組通過在鍋爐尾部加裝熱管式低溫省煤器，有效利用了鍋爐余熱，減少了煙氣排放，提高了機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性。排煙溫度從140℃降至110℃，TRL（TechnologyReadinessLevel，機(jī)組銘牌額定功率）工況下可降低發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率2.4g/(kW·h)，年利用時間按6000h計算，年節(jié)約2160噸標(biāo)準(zhǔn)煤，年節(jié)約燃料費(fèi)1.73×106元。由于企業(yè)每節(jié)約1噸標(biāo)準(zhǔn)煤政府給予200～250元的政策補(bǔ)貼，節(jié)約2160噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可獲得政府補(bǔ)貼約4.86×105元（按每噸標(biāo)準(zhǔn)煤225元補(bǔ)貼計算），因此該項目取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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作者:劉煒 單位:山東濟(jì)礦魯能煤電股份有限公司陽城電廠