cfb鍋爐煙氣余熱回收及余熱系統(tǒng)的優(yōu)化

cfb鍋爐煙氣余熱回收及余熱系統(tǒng)的優(yōu)化

鍋爐是化工生產(chǎn)中不可或缺的能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，其經(jīng)濟(jì)效率直接影響到生產(chǎn)效率。中國(guó)石化齊魯分公司第二化肥廠動(dòng)力車間擁有3臺(tái)YG-240/9.8-M1型CFB鍋爐,鍋爐的設(shè)計(jì)排煙溫度為140～145℃,但日常運(yùn)行時(shí)該值為150～155℃,這勢(shì)必降低了鍋爐的經(jīng)濟(jì)性。如何降低排煙溫度,充分回收煙氣余熱,提高鍋爐熱效率,成為亟待解決的問(wèn)題。目前,回收煙氣余熱的方法主要有以下2種:一種是采用熱管技術(shù),但熱管存在長(zhǎng)時(shí)間使用易失效的問(wèn)題,替換和更新所需費(fèi)用高,經(jīng)濟(jì)性差;另一種是采用吸收式制冷機(jī)集中供冷技術(shù),但該方法實(shí)施難度較大,涉及面廣,并存在間歇性、不能常年運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。通過(guò)與濰坊中陽(yáng)機(jī)械科技有限公司合作,本工作采用復(fù)合相變換熱器(FXH)技術(shù)回收鍋爐尾部煙氣余熱,有效降低了鍋爐排煙溫度,提高了鍋爐的經(jīng)濟(jì)性。1管內(nèi)重新熱壓汽化法圖1示出了FXH的工作原理。在多根并聯(lián)的密閉管排束構(gòu)件內(nèi)利用軟化水相變潛熱傳遞熱量。在換熱管下端面,軟化水吸收熱量汽化為飽和蒸汽,在一定的壓差下上升到換熱管上端面,向外界放出熱量后凝結(jié)成飽和水,飽和水經(jīng)汽水分離器后回到下端面,再次汽化為飽和蒸汽,往復(fù)循環(huán),完成了把熱量從高端傳向低端的單向?qū)徇^(guò)程。FXH具有換熱管束壁溫整體均勻、可控可調(diào),避免低溫腐蝕,最大限度降低排煙溫度的優(yōu)點(diǎn)。2鍋爐中的殘余煙芽處理2.1除氧系統(tǒng)工藝流程動(dòng)力車間目前擁有3臺(tái)CC25-8.83/4.1/1.27型汽輪機(jī)。原有工藝設(shè)計(jì)中,凝結(jié)水經(jīng)加壓后依次流經(jīng)汽封加熱器、射汽抽氣器A、射汽抽氣器S、1#低加(低壓加熱器,下同)、2#低加,溫度升至104℃后進(jìn)入除氧器,工藝流程如圖2所示。其中2#低加用抽汽及汽機(jī)乏汽的主要設(shè)計(jì)參數(shù)列于表1,2#低加出口抽汽是干度為0.3737的濕蒸汽。改造方案是將凝結(jié)水自1#低加(設(shè)計(jì)值76℃,運(yùn)行值80℃)后引至FXH,經(jīng)換熱后進(jìn)除氧器,即省去了2#低加工序,工藝流程如圖3所示。2.2凝結(jié)水熱負(fù)荷在FXH的設(shè)計(jì)原則中,換熱管壁溫的取值為在煙氣露點(diǎn)溫度(Tld)的基礎(chǔ)上加5～10℃,鍋爐排煙溫度則為換熱器壁溫加10～15℃。通過(guò)計(jì)算得出設(shè)計(jì)煤種下Tld為110.16℃?？紤]到煙氣焓值較難確定,采用省煤器處的熱平衡來(lái)檢驗(yàn)FXH處的熱平衡關(guān)系,見(jiàn)表2。1#低加出口凝結(jié)水溫度為76℃,但考慮到其連接至FXH時(shí)的管線散熱,取FXH進(jìn)口凝結(jié)水溫度為64℃計(jì)算。根據(jù)省煤器處煙氣-給水的熱平衡關(guān)系可得煙氣的比熱容C煙=1.628kJ/(m3·℃)。(2)FXH凝結(jié)水熱負(fù)荷為煙氣尾部放熱負(fù)荷為由式(3)和(4)可知,FXH的熱平衡偏差為8.46%,設(shè)計(jì)偏差為10%,滿足工業(yè)精度的要求。FXH改造前后裝置運(yùn)行指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn),FXH改造后,排煙溫度降低了32.34℃,回收熱量折合標(biāo)煤198.20t/月,增加發(fā)電量14.607×104(kW·h)/月[合175.284×104(kW·h)/a],供電標(biāo)煤耗降低了1.323g/(kW·h),鍋爐熱效率升高了1.85個(gè)百分點(diǎn)。若電價(jià)按0.5元/(kW·h)計(jì),則可增效87.64萬(wàn)元/a。改造投資200萬(wàn)元,靜態(tài)投資回收期約為2.3a。2.3當(dāng)前績(jī)效分析為進(jìn)一步探究FXH在不同工況下的運(yùn)行狀況,筆者利用Matlab軟件對(duì)煙氣余熱系統(tǒng)進(jìn)行了熱力仿真計(jì)算。2.3.1回收熱量及增加熱量的值在Tld為110.16℃(設(shè)計(jì)值),凝結(jié)水進(jìn)口溫度為76℃,煙氣流量不變的條件下,考察了FXH進(jìn)口煙溫(即原鍋爐排煙溫度)對(duì)凝結(jié)水出口溫度(Tout)和供電標(biāo)煤耗降低值(Δξ)的影響(見(jiàn)圖4),回收熱量及增加發(fā)電量之間的變化曲線見(jiàn)圖5。由圖4和圖5可見(jiàn),隨著FXH進(jìn)口煙溫從145.0℃升高至154.0℃,Tout從100.0℃升至108.7℃,Δξ從1.1358g/(kW·h)升至1.5550g/(kW·h),回收熱量折合標(biāo)煤從169.97t/月升至231.56t/月,增加的發(fā)電量則從12.53×104(kW·h)/月升至17.06×104(kW·h)/月?？紤]到Tout的設(shè)計(jì)值為不超過(guò)104℃,因此FXH進(jìn)口煙溫不應(yīng)超過(guò)150℃。2.3.2量之間的變化曲線在FXH進(jìn)口煙溫為150℃,凝結(jié)水進(jìn)口溫度為76℃,煙氣流量不變的條件下,考察了Tld對(duì)Tout及Δξ的影響(見(jiàn)圖6),回收熱量及增加發(fā)電量之間的變化曲線見(jiàn)圖7?？梢?jiàn),隨著Tld從100.00℃升高至118.00℃時(shí),Tout從114.67℃降至97.26℃,Δξ從1.825g/(kW·h)降至1.006g/(kW·h),回收熱量折合標(biāo)煤從273.71t/月降至150.50t/月,增加的發(fā)電量則從20.17×104(kW·h)/月降至11.09×104(kW·h)/月?？紤]到Tout的設(shè)計(jì)值為不超過(guò)104℃,因此Tld在108～114℃為宜。3電廠煤耗、電廠效率比較采用FXH回收煙氣余熱,可使鍋爐排煙溫度從150～155℃降低至約120℃,供電標(biāo)煤耗降低1.324