電廠煙氣余熱回收換熱器比較

電廠煙氣余熱回收換熱器比較電廠煙氣余熱回收換熱器比較/電廠煙氣余熱回收換熱器比較成績(jī)能源及動(dòng)力工程專業(yè)導(dǎo)論期末小論文換熱器電廠煙氣余熱回收換熱器比較摘要：介紹了目前運(yùn)用在電廠鍋爐煙氣余熱回收的主要換熱器類型，并對(duì)各個(gè)換熱器的優(yōu)劣進(jìn)行分析比較，探討了目前制約換熱器行業(yè)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題，對(duì)我國(guó)換熱器未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：換熱器電廠煙氣余熱回收煙氣節(jié)能前言當(dāng)前節(jié)能已經(jīng)成為能源行業(yè)的一個(gè)共同話題，而余熱資源的回收和利用亦是節(jié)能的重點(diǎn)話題。而作為耗能大戶的發(fā)電企業(yè)，更是有大量的余熱無(wú)法得到有效回收和利用，被白白浪費(fèi)。其中，煙氣熱損失是各項(xiàng)熱損失中最大的一項(xiàng)，一般在5%～8%之間，占鍋爐總熱損失的80%或更高。因此急需尋找一條科學(xué)的煙氣回收途徑，使煙氣中的余熱得到高效的回收利用，降低能耗，同時(shí)對(duì)于我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略也具有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。而在余熱回收中不可或缺的裝置便是換熱器，所以，一直以來(lái)余熱回收利用換熱器的強(qiáng)化傳熱技術(shù)就備受世界各國(guó)的關(guān)注，使得新型高效節(jié)能的換熱器層出不窮。自20世紀(jì)60年代起國(guó)外便開(kāi)始實(shí)驗(yàn)及研究熱管換熱器技術(shù)，在80年代開(kāi)始了方形板片板殼式換熱器的使用，而我國(guó)自1985年起，開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外的“煙氣深度冷卻余熱利用”技術(shù)，引發(fā)了國(guó)內(nèi)煙氣回收余熱利用換熱器的研究。進(jìn)入21世紀(jì)后，針對(duì)行業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)，國(guó)內(nèi)制造商加大了研究力度和投入，并且隨著國(guó)內(nèi)材料技術(shù)、外擴(kuò)展受熱面技術(shù)及火電行業(yè)整體技術(shù)水平的提高，我國(guó)煙氣余熱利用換熱器制造開(kāi)始進(jìn)入技術(shù)創(chuàng)新和突破的新時(shí)期。制造和運(yùn)用更加先進(jìn)的換熱器，更加高效地回收余熱，減少能耗，合理高效地利用有限的資源，已成為一個(gè)重要的課題。換熱器的介紹及工作原理?yè)Q熱器在電廠煙氣余熱回收中的利用十分普遍，目前國(guó)內(nèi)外的余熱回收裝置主要有：板式換熱器、GGH換熱器、熱管換熱器、熱媒體換熱器、低壓省煤器等，介紹及工作原理如下：2.1 板式換熱器板式交換器，在表面上具有一定的波紋，并且由許多金屬片疊裝而組成的一種換熱器，這一種換熱十分新型亦十分高效。這一種換熱器的每個(gè)金屬板片間都有薄矩形通道，通過(guò)板片進(jìn)行熱量交換，我們可以通過(guò)結(jié)構(gòu)來(lái)區(qū)分板式換熱器，在電廠中使用的換熱器主要分為兩類①可拆卸板式換熱器②焊接板式換熱器,而第二種即焊接板式換熱器中，在現(xiàn)在應(yīng)用更加廣泛的是全焊式板式換熱器的換熱板片，它以不銹鋼為原材料，再通過(guò)特有的模具進(jìn)行加工，壓制而做成。板式換熱器主要由換熱芯體和外殼組成,換熱芯體由板片組焊而成,采用周邊組焊的板束形式,取消了密封墊片,故耐熱、板片系模塊化結(jié)構(gòu),可根據(jù)不同的工藝要求改變流程形式和流道面積的大小。用同一模塊壓制板片,根據(jù)需要其長(zhǎng)度可為216～12000mm,這種換熱器在國(guó)外供熱工程中應(yīng)用較廣泛。其表面的光滑也使得其具有不易結(jié)垢的優(yōu)點(diǎn)。板式換熱器還消除了管殼式換熱器和可拆卸板式換熱器存在的死區(qū)現(xiàn)象。由于全焊式板式換熱器的特有性能，特別適用于在城市熱電聯(lián)產(chǎn)供熱工程一級(jí)站中作為高峰換熱器使用,它也將成為管殼式換熱器的替代產(chǎn)品。2.2 GGH換熱器GGH又叫煙氣再熱器，是煙氣脫硫系統(tǒng)中的主要裝置之一。它的功能在于使排出的煙溫度加熱上升，達(dá)到露點(diǎn)溫度以上，而過(guò)程便是將噴水后原煙氣中脫硫后的凈煙氣重新加熱到符合環(huán)保法規(guī)要求的排放溫度(通常不低于75～80℃)，從而做到污染物在排出后能夠在大范圍內(nèi)擴(kuò)散，而不是在電廠周圍集中沉降。煙氣露點(diǎn)腐蝕是因?yàn)榱蛟負(fù)诫s在燃料中，當(dāng)燃料燃燒時(shí)會(huì)生成SO2，SO3，一旦換熱面的外表面溫度低于煙氣露點(diǎn)溫度時(shí)，在換熱面上經(jīng)過(guò)的SO2或SO3就會(huì)形成硫酸霧露珠，導(dǎo)致?lián)Q熱面腐蝕，而GGH就在這個(gè)過(guò)程中擔(dān)任重要的角色，可以減輕對(duì)進(jìn)煙道和煙囪的腐蝕、提高污染物的擴(kuò)散度、降低進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度、降低塔內(nèi)對(duì)防腐的工藝技術(shù)要求。2.3. 熱管換熱器熱管式換熱器在結(jié)構(gòu)上可分為整體式熱管換熱器和分離式熱管換熱器兩種。整體式熱管換熱器的等溫性相對(duì)分離式熱管換熱器較突出，所以可回收熱風(fēng)爐煙道廢氣的低溫余熱，另一方面可預(yù)熱助燃空氣和煤氣便是利用了其容易密封，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但是，在助燃空氣和煤氣方面，整體式熱管換熱器也存在不足，由于大直徑的助燃空氣管道和煤氣管道往返較多，若安裝上整體式熱管換熱器，便增大了投資，并且管道容易破裂。分離式熱管換熱器的工作原理，及整體式熱管換熱器的區(qū)別在于分離式熱管的受熱端和冷凝端置于不同的換熱器內(nèi)，分離式熱管換熱器利用了液化及汽化的原理，用兩條管道在連接分離的受熱端和冷凝端，一個(gè)為蒸汽連接管，另一個(gè)則為液體連接管。由于放在熱端的熱媒體被高溫的廢氣所加熱，所以變成蒸汽，加熱后的蒸汽經(jīng)過(guò)蒸汽連接管送到冷凝端。帶著從加熱端加熱的蒸汽在經(jīng)過(guò)冷凝端時(shí)，便被煤氣或助燃空氣冷卻，變成液體，液體在通過(guò)液體管道流通到加熱端受熱，而做到蒸汽-液體間的順暢轉(zhuǎn)換則是依靠分離式管道內(nèi)兩端的高低差實(shí)現(xiàn)，在整個(gè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)熱量的連續(xù)傳遞。但在高溫端的加熱蒸汽在冷凝端不一定可以做到100%的冷凝，因此會(huì)產(chǎn)生不凝性氣體，熱管換熱器則加裝了不凝性氣體分離裝置，產(chǎn)生的不凝性氣體可隨時(shí)排放。熱管換熱器可分為：氣—?dú)?、?汽、氣—液、液—液、液—?dú)馐綋Q熱。2.4. 熱媒體換熱器熱媒體利用了礦物有機(jī)油，這種礦物有機(jī)油化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、流動(dòng)性、親熱性良好、具有高沸點(diǎn)、高閃點(diǎn)的，因而油價(jià)格十分昂貴。其價(jià)格昂貴的原因更在于系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期有效地回收熱量熱媒。為了避免此類有機(jī)油在交換過(guò)程中受損，所以利用熱媒體換熱的電廠對(duì)設(shè)備的安裝要求極高，因?yàn)槊芊庑允种匾?。換熱器的工作原理是：熱風(fēng)爐道中的高溫廢氣加熱著從煙氣換熱器中的熱媒體，被冷卻后的熱風(fēng)爐煙道廢氣再通過(guò)煙囪排入大氣，加熱后的熱媒體則在鋼管內(nèi)將從廢氣帶來(lái)的熱量供于助燃空氣換熱器和煤氣換熱器，將熱量傳遞給助燃空氣和煤氣，加熱后的助燃空氣和煤氣送入熱風(fēng)爐內(nèi)燃燒，在助燃空氣和煤氣燃燒后，其便冷卻，冷卻后的熱媒體經(jīng)過(guò)循環(huán)泵再次送入煙氣換熱器內(nèi)加熱，就這樣進(jìn)行反復(fù)循環(huán)。2.5. 低壓省煤器鍋爐低壓省煤器又叫低壓省煤器低壓省煤器，是利用鍋爐排煙余熱,節(jié)約能源的有效措施之一。低壓省煤器的名字由來(lái)使因?yàn)槠淅昧说蛪耗Y(jié)水而不是高壓給水，而且水側(cè)的壓力比較低，其結(jié)構(gòu)上及普通的省煤器相似,但一般在引風(fēng)機(jī)之后;二是連接于汽水系統(tǒng)中,在回?zé)嵯到y(tǒng)中串并聯(lián)。低壓省煤器的水側(cè)聯(lián)接于汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的低壓加熱部分。煤耗的節(jié)省則是它通過(guò)回?zé)嵯到y(tǒng)排擠抽汽實(shí)現(xiàn)的。低壓省煤器安裝之后，汽輪機(jī)在工作時(shí)不僅可以得到一份外來(lái)的熱量，而且節(jié)省了一部分抽汽，從而減少了浪費(fèi)，提高了效率，使汽輪機(jī)在工作時(shí)更加環(huán)保。主要換熱器的優(yōu)劣比較3.1焊接板式換熱器優(yōu)勢(shì)：全焊式板式換熱器的換熱板片，是用特殊的不銹鋼，以特制的模具壓制而成，表面光滑不易結(jié)垢，便于清洗。全焊接板式換熱器波紋狀的設(shè)計(jì)使流體在較低的流速下也能產(chǎn)生湍流，提高了傳熱效率。全焊接板式換熱器的整個(gè)板片束并沒(méi)有采用任何非金屬材料，而是全部采用本體材料由氬弧焊焊接而成，因而有較高的耐溫、耐壓性能。在工作溫度300℃，壓力3.0Mpa的極端工況條件也十分適用。全焊接板式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，傳熱性能高效，使用方便靈活，因而具有完全取代傳統(tǒng)管殼式換熱器的優(yōu)越性能。便于改變換熱面積或流程組合，適用于多重介質(zhì)換熱。劣勢(shì)：不適用于易堵塞介質(zhì)。密封性較差，易泄露。需要更換墊圈，比較麻煩。使用溫度受墊圈材料耐溫性能的限制。使用壓力受一定限制。流道小，不適用于氣--氣換熱或蒸汽冷凝。3.2GGH換熱器優(yōu)勢(shì)：利用進(jìn)入脫硫吸收塔的高溫原煙氣加熱從脫硫吸收塔出來(lái)的溫度較低的凈煙氣，既回收了高溫原煙氣的一部分熱能，又提高了凈煙氣的溫度，減少了對(duì)煙囪的腐蝕。其中，水熱媒式換熱器原煙氣側(cè)和凈煙氣側(cè)的分離設(shè)計(jì)，避免造成二次污染；采用中間輔助蒸汽加熱器，有利于保證運(yùn)行設(shè)備參數(shù)的穩(wěn)定。劣勢(shì)：GHH換熱器占地面積大，初次投資很高，費(fèi)用約占脫硫系統(tǒng)總投資的15%安裝GGH引起煙道壓降，造成約1200Pa左右的壓損，必須增加增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的壓頭來(lái)克服這些阻力，因而大大增加了運(yùn)行電耗。原煙氣在GGH中釋放熱量后溫度會(huì)降低到80℃，低于酸露點(diǎn)，導(dǎo)致GGH的熱側(cè)(即原煙氣側(cè))產(chǎn)生大量粘稠的濃酸液，不僅對(duì)GGH的換熱元件和殼體造成腐蝕，而且會(huì)粘附大量煙氣中的飛灰，造成嚴(yán)重積灰，會(huì)降低換熱效率，并且進(jìn)一步增加GGH的壓降。GGH在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的積灰和酸沉淀物需要用壓縮空氣、蒸汽和高壓水進(jìn)行沖洗，而沖洗后的廢水有很強(qiáng)的腐蝕性，必須作專門(mén)處理后才能排放，因此增加了設(shè)備投資。其中回轉(zhuǎn)式GGH的原煙氣側(cè)向凈煙氣側(cè)的泄露會(huì)降低系統(tǒng)的脫硫效率，易造成二次污染，而且更容易堵灰。3.3熱管換熱器優(yōu)勢(shì)：在運(yùn)行過(guò)程中單根熱管由于磨損、腐蝕、超溫等原因發(fā)生破壞時(shí)基本不影響換熱器整體運(yùn)行。因而將熱管換熱器應(yīng)用于易然、易爆、腐蝕性強(qiáng)的流體換熱場(chǎng)合非?？煽俊峁軗Q熱器的冷、熱流體完全分開(kāi)流動(dòng)，易實(shí)現(xiàn)冷、熱流體的逆流換熱。冷熱流體均在管外流動(dòng)，由于管外流動(dòng)的換熱系數(shù)遠(yuǎn)高于管內(nèi)流動(dòng)的換熱系數(shù)，用于品位較低的熱能回收?qǐng)龊戏浅＝?jīng)濟(jì)。流體含塵量較高時(shí)，熱管換熱器可以通過(guò)改變結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展受熱面等形式解決換熱器的磨損和堵灰問(wèn)題。熱管換熱器在回收具有腐蝕性的煙氣余熱時(shí)，通過(guò)調(diào)整蒸發(fā)段、冷凝段的傳熱面積來(lái)調(diào)整熱管管壁溫度，可以使熱管盡可能避開(kāi)最大的腐蝕區(qū)域。劣勢(shì)：管道往返較多，增加了投資，工作溫度受熱媒體的限制，且管道容易破裂?？寡趸?、耐高溫性能較差。3.4熱煤式換熱器優(yōu)勢(shì)：熱效率高，氣密性好，可以通過(guò)調(diào)節(jié)熱媒體的流量來(lái)調(diào)節(jié)預(yù)熱助燃空氣和預(yù)熱煤氣之間的熱量。熱媒不外泄，可以安全地預(yù)熱，回收更多熱量。預(yù)熱助燃空氣和煤氣的熱交換器可分開(kāi)設(shè)置，比較靈活，適應(yīng)于熱風(fēng)爐區(qū)場(chǎng)地狹窄的技術(shù)改造。受熱側(cè)、放熱側(cè)分離設(shè)置，可同時(shí)預(yù)熱空氣和煤氣，避免因漏氣造成預(yù)熱煤氣不安全的問(wèn)題。熱媒換熱器的體積小而輕，便于安裝和更換，維護(hù)簡(jiǎn)便。熱媒體采用導(dǎo)熱油，在較高溫度下也具有熱穩(wěn)定性，可長(zhǎng)期連續(xù)使用。劣勢(shì)：要注意密封件的質(zhì)量，防止熱媒的泄漏。為了安全，熱媒貯存罐必須及熱風(fēng)爐保持一定的距離。翅片和翅片管間距小，阻力大，清灰困難，因而對(duì)加壓循環(huán)泵的要求比較高。3.5低壓省煤器優(yōu)勢(shì)：低壓省煤器的用鎳絡(luò)滲層零隙阻釬焊螺旋鰭片管作傳熱元件,接觸熱阻幾乎為零,具有抗腐蝕，耐磨損及防堵灰等綜合性能，即便煙氣流阻限制較嚴(yán)格，也可將煙氣流阻控制在允許范圍內(nèi)。直接降低了排煙溫度，因而節(jié)省煤炭用量，同時(shí)減少了脫硫系統(tǒng)所需的工藝用水，進(jìn)一步保證了除塵效率和脫硫效率。具有良好的煤種和季節(jié)適應(yīng)性。鍋爐的低壓省煤器出口煙氣溫度可根據(jù)季節(jié)和煤質(zhì)(主要是含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù))進(jìn)行調(diào)節(jié)，可節(jié)省標(biāo)煤耗，也可防止低溫腐蝕。低壓省煤器布置于空氣預(yù)熱器后面，其傳熱對(duì)鍋爐其它受熱面不會(huì)產(chǎn)生影響，因而不會(huì)降低鍋爐效率。由于布置在鍋爐本體外的引風(fēng)機(jī)處水平煙道，空間寬敞，安裝簡(jiǎn)便，安裝費(fèi)用較低，同時(shí)便于檢修。劣勢(shì)：為防止低溫腐蝕，將低壓省煤器進(jìn)口水溫設(shè)計(jì)在酸露點(diǎn)+10℃，溫度較高導(dǎo)致不能大幅度降低排煙溫度，余熱回收效果不佳。目前制約換熱器發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題電廠中煙氣余熱回收的換熱器，在實(shí)際使用中還有幾點(diǎn)問(wèn)題，第一，腐蝕問(wèn)題。關(guān)于腐蝕，最嚴(yán)重的當(dāng)屬酸的腐蝕。電廠尾氣中含有二氧化硫，當(dāng)未除盡的二氧化硫在催化劑的條件下及氧氣結(jié)合生成三氧化硫，最后及水蒸氣結(jié)合形成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽的存在使煙氣的酸露點(diǎn)顯著升高，當(dāng)煙氣溫度低于酸露點(diǎn)時(shí)就會(huì)造成煙氣結(jié)霧，對(duì)換熱器造成腐蝕，又稱為低溫腐蝕。低溫腐蝕主要對(duì)空氣預(yù)熱器造成危害，酸霧會(huì)使空氣預(yù)熱器的金屬壁變薄，損壞，是大量的冷風(fēng)進(jìn)入空氣預(yù)熱器，而且一同進(jìn)入的水蒸氣會(huì)粘在金屬壁上，造成空氣預(yù)熱器的堵塞，嚴(yán)重時(shí)還可能造成生產(chǎn)事故。第二，換熱器的積灰問(wèn)題。這個(gè)是各類鍋爐和工業(yè)爐窯的通病，無(wú)論是固體燃料還是液體燃料甚至是氣體燃料都會(huì)有不同程度的積灰問(wèn)題，但是固體燃料的煙灰數(shù)量更多，這對(duì)于以煤炭為主要燃料的電廠是一個(gè)重大的問(wèn)題，煙塵對(duì)于換熱器的不良影響主要有（1）鍋爐煙灰的腐蝕性會(huì)增加維修成本，降低換熱器的使用壽命。（2）煙灰可能會(huì)堵塞通氣管，造成換熱器損壞。（3）大量的煙灰還會(huì)造成換熱器的工作效率大打折扣。（4）煙灰還可能造成結(jié)垢，使換熱器局部過(guò)熱和降低工作效率。最后由于煙囪內(nèi)的空間有限，清理工作也變得十分困難。第三，經(jīng)濟(jì)性。就目前的材料成本和工藝方面，可以在一定程度上解決上述問(wèn)題，但產(chǎn)品高昂的價(jià)格和維護(hù)成本使量產(chǎn)在短時(shí)間內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。結(jié)論及發(fā)展展望綜上所述,可以看到換熱器在電廠煙氣余熱回收方面的應(yīng)用十分廣泛。不同的換熱器各有優(yōu)缺，通過(guò)比較各種換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)，和實(shí)際應(yīng)用中面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，如：露點(diǎn)腐蝕，積灰，磨損等，筆者認(rèn)為今后的換熱器發(fā)展必須要克服這些問(wèn)題同時(shí)注重經(jīng)濟(jì)利益和回收的效率。GGH換熱器雖然可以有效地利用煙氣的一部分熱能，但在實(shí)際應(yīng)用中面臨初期投資大、維護(hù)費(fèi)用高、故障率高、不能較好地解決酸露點(diǎn)腐蝕等問(wèn)題使得現(xiàn)階段GGH在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用前景不大。而熱媒式換熱器的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備較多，而且設(shè)備的維護(hù)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高，對(duì)余熱回收系統(tǒng)的要求較為苛刻，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用也較少。常規(guī)的安裝在鍋爐尾部的低壓省煤器也面臨腐蝕，磨損和引風(fēng)機(jī)電耗增大，進(jìn)水口水溫設(shè)計(jì)值高