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空气预热器烟气入口增设非平衡换热器

时间：2015-07-13 作者：huanreqichang 点击数：

    大容量锅炉通常采用回转式空气预热器，其出口烟气温度(即排烟温度)分布从烟气初始端到末端呈现逐步升高的态势。以容克式三分仓空气预热器为例，其转子的旋转方向及其通道(即仓室)如图1所示。

    当转子从二次风通道进入烟气通道的初始端(图1阴影区)，转子蓄热板的温度最低，其与烟气间的传热温差最大(空气预热器人口烟气温度呈平衡分布)，两者的换热最大，因此在初始端出口其烟气温度最低。此后，随着转子在烟道的旋转，其蓄热板的温度不断升高，蓄热板与烟气的传热温差越来越小，其出口烟气温度也越来越高，这是造成回转式空气预热器出口烟气温度分布从阴影区所在的初始端到末端温度逐步升高的主要原因之一。另外，在烟气初始端，蓄热板温度和烟气温度均较低，易发生低温腐蚀堵灰。初始端之后，烟气温度和蓄热板温度逐步升高，发生低温腐蚀堵灰的概率随之降低。由此可见，提高初始端的烟气温度，则可以提高空气预热器的抗低温腐蚀堵灰能力。针对上述问题，本文提出在锅炉现有空气预热器入口烟道上增设非平衡换热器的设想，将现有烟道分隔为几个小烟道，从初始端到末端，逐步加大换热器的吸热量，使该换热器出口(即空气预热器烟气入口)的烟气温度分布呈现逐步降低或阶梯降低的规律。这样，在空气预热器出口初始端烟气温度不降低或略有升高的前提条件下，使烟道其他部分的烟气温度均呈现不同程度的下降，且呈平衡分布规律。

    1非平衡换热器布置形式空气预热器入口非平衡换热器示意如图2所示。

    图2中，标号1为对应烟气初始端的小烟道，标号2、3为中间2个烟气初始端的小烟道，标号4为对应烟气末端的小烟道，标号5为非平衡换热器，标号6、7分别为非平衡换热器的凝结水进出口管道。非平衡换热器的冷却工质取自锅炉给水或回热系统中某级加热器出口的凝结水，其主要布置形式如下。

    (1)在各个小烟道设置外形相同的换热器，但各个小烟道的受热面面积不同，其中标号4烟气末端通道的换热器面积依次大于标号3和标号2的小烟道换热器面积，标号1的小烟道则不布置换热器。由于受热面面积不同，各小烟道的阻力不同，这样会导致其流量分配出现偏差。对此，可通过调整原有的风门开度来平衡各个小烟道的风量。

    (2)当锅炉排烟温度高于空气预热器低温腐蚀堵灰最低温度时，初始端标号1的小烟道也可设置换热面，受热面的布置依然采用从初始端到末端逐步增加的原则。

    (3)非平衡换热器采用蛇形管，沿全部烟道宽度布置蛇形管，且各个小烟道布置的受热面相同，其进水端在小烟道4，出口端在小烟道1，这样，被加热工质温度逐步升高，其与烟气的传热温差逐步减小，从而使各个小烟道受热面的吸热从小烟道4到小烟道1逐步减少，使烟气温度呈现逐步降低的分布规律。

    2增设非平衡换热器可行性分析

    2．1经济性空气预热器烟气入口非平衡换热器的经济性与其被加热工质的来源有关。如果空气预热器人口的烟气温度与锅炉给水温度的传热温差达到4O℃左右，非平衡换热器的冷却工质可以选择锅炉给水，并直接与省煤器串联。这样，烟气温度降低释放的热量全部被锅炉所利用(入炉热量增加)，在这种情况下，非平衡换热器的经济性可以用排烟损失的降低直接进行计算。对于3001000MW机组锅炉，其锅炉排烟温度的降低幅度在7～2O℃，可提高锅炉热效率0．4～1．0％，降低机组供电煤耗1～3g／(kW·h)。如果空气预热器入口的烟气温度与锅炉给水温度的差值较小，非平衡换热器的面积较大而现场不具备布置条件时，其工质可以选择机组回热系统的凝结水，在这种情况下，锅炉的入炉热量非但未增加，且因空气预热器吸热减少、热一、二次风温度降低而有所减少。此时，机组回热系统吸收的热量有2部分，一部分是空气预热器出口烟气温度降低所释放的热量(在此为烟气余热)，另一部分为锅炉热风温度降低所付出热量(此为锅炉的有效热量)。因此，机组的净热量收人等于从烟气余热中所回收的热量减去从锅炉中得到的那部分热量在回热系统因利用率降低而损失掉的部分。因此，在非平衡加热器的冷却工质为第5级低压加热器的进口或出口凝结水时，在锅炉制粉系统不掺冷风的情况下，锅炉付出的热量为一、二次风因温度降低而损失的热量，扣除后者的损失部分后，机组的净热量收入仅为加热锅炉给水温度的4O左右。据此计算，对于3001000Mw机组锅炉，仅可提高锅热效率0．15％～0．409／6，降低机组供电煤耗0．4～1．2g／(kW·h)。当锅炉制粉系统掺冷风时，采用非平衡换热器技术后，热一次风温度降低使制粉系统掺的冷风量减少，但入炉热量不变(即磨煤机入口风温不变)。这样，占人炉总风量约2O的一次风的热量并未减少，与制粉系统不掺冷风时相比，使入炉的热风损失减少约2O。此外，制粉系统掺的冷风减少使烟气温度降低3℃左右，此两项合计可使非平衡加热器的收益提高到加热锅炉给水时净收入的8O左右。据此计算，对于300～1000Mw机组锅炉，可提高锅炉热效率0．3--0．8，降低机组供电煤耗0．9～2．4g／(kW·h)。当机组低负荷运行时，非平衡换热器入口烟气温度与凝结水温度同时降低，其吸热量变化很小，即凝结水的温升仅变化1℃左右，其经济性随机组负荷变化不大。这里需要说明的是，上述分析并未考虑烟气阻力的变化。非平衡换热器的阻力与其选择的加热工质有关，当被加热工质为凝结水时，其受热面小，非平衡换热器的阻力可控制在300Pa以内。同时，由于空气预热器入口烟气温度的降低，空气预热器的阻力可降低200Pa左右，实际系统的阻力增加仅为100Pa左右，对经济性的影响几乎可忽略不计。但被加热工质为锅炉给水时，其受热面比较大，非平衡换热器的阻力增加较大，很难控制在300Pa以内，在这种情况下，需从上述收益中扣除其对机组电耗的影响。

    2．2实施性在实际中，从省煤器出口到空气预热器入口的烟道比较长，具有加装非平衡换热器的空间。即使在省煤器与空气预热器之间加装脱硝设备，在空气预热器入口与脱硝设备之间仍然有一定的空间可以加装非平衡换热器。空气预热器烟气人口非平衡换热器及其系统虽然是一项新开发的技术，但其与常规换热器并无太大差异，相应技术及设备也较为成熟。非平衡换热器的工质为凝结水时，其传热面积小，投资也比较小，300Mw机组锅炉的改造费用约为300万元，1年多即可收回投资。

    3结语

    利用回转式空气预热器的旋转特性在空气预热器入口设置非平衡换热器，在不降低空气预热器抗低温腐蚀堵灰能力的前提下，可以将锅炉空气预热器出口烟气温度降低7～2O℃，可以降低机组供电煤耗，提高锅炉热效率。目前，在空气预热器烟气入口增设非平衡换热器仅为一种设想，但其作为进一步降低锅炉排烟温度的技术途径却具有明显的经济性与可实施性，建议进一步加大其工程应用方面的研究力度，为燃煤电厂机组节能发挥作用。

 

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