余热锅炉回收热能的优化计算方法

余热锅炉回收热能的优化计算方法

陈学义

广州永兴环保能源有限公司广东广州510540

摘要：在多数锅炉运行当中，随着运行时间的增加排烟温度均比设计值高很多，有些锅炉的设计标准排烟温度甚至远远超过了露点温度。而在多年的使用当中，却逐渐发现排烟温度的升高带来了热量的损失，因此为了提高锅炉余热的利用率通过水热媒实现了余热回收和热能优化，从而保证了热量的使用效率。本文将对热能回收技术做简单概述，并结合实例运用热能优化计算方法实现余热热能的回收。

关键词：锅炉烟气余热；热能消耗；优化计算；水热媒技术

前言：在以往的国内电厂中，对于烟气余热的利用通常选择低温省煤器技术，这种技术在空气预热器使用之后由于换热面布置的变化，限制了凝结水抽出点和被加热凝结水温升的位置，烟气的利用率不足20%，因此逐渐被新技术取代。水热媒技术是借鉴了国外电厂的梯级回收方式，利用烟气余热，具有非常优秀的效果。

一、新技术的应用实践

国外电厂的梯级回收方式主要表现在在烟道尾部假装一个低温省煤器，通过这个低温省煤器使凝结水的流量在流经低压加热器时变小，从而完成余热的回收。如图一所示：

在这一结构当中，原则上可以使烟气余热利用达到最优，虽然在冷源上增加了损失，从而导致汽轮机增加了热能消耗，导致汽轮机使用率降低，但是在自备电厂中吸热量的循环效率得到了提升，汽轮机增加了发电量，总体权衡下，经济效益能够得到提升。

以最为常见的150℃排烟为例，在热力学计算中，这一热量在进入到低温省煤器当中时，凝结水的温度不可以超过锅炉排烟的温度，从而限制了最高抽汽参数的排挤。因此考虑到加装锅炉煤气以及尾部烟道的具体因素，低温省煤器所允许的最低出口烟温不能超过100℃，因此需要采取相应的方案。首先需要与低压加热器相关联，在低压加热器的入口处将部分的凝结水分流引导至低温省煤器，在吸收到热量之后再返回热系统，并使其在加热器出口处汇合到主凝结水当中，并保证烟气余热替代抽汽；在工程中所采用的烟气余热利用系统内部，为了使排烟温度从150℃降低至100℃，需要对气体密度和定压比热值的具体数值有所了解，并计算得出烟气的放热量，这一数值，就是烟气余热量。

二、优化热能回收计算方法

热能的优化计算需要首先确定烟气量和空气量，这两个量值需要根据烟气成分和燃料成分的额定出力来确定，其中烟气成分需要估算烟气的酸露点温度，再进行换热量和空气出口温度的计算。其中烟气出口温度和烟气出口焓根据公式[1]进行计算，再通过换热量Q，空气进口温度tk空气量Vk根据公式[2]计算出出口温度。

公式[1]：Q=Vgas（-）

公式[2]：=tk+Q/（Ck•Vk）

根据公式对比得出酸露点温度T与循环工作温度相比高出多少摄氏度。

在获得了循环工质温度ti之后，可以利用饱和温度之下的饱和压力p和汽化潜热r通过换热量换热量Q计算出蒸热量D，根据公式[3]。

公式[3]D=Q/r

在换热器手册当中有着对锅炉机组热力的计算方法，对于已经选定的翅片管形式，翅片的几何参数，以及烟气侧流速和通道排列等，通过计算可以获得换热面积A，以及烟气侧流动阻力δp。

在不同工况当中，负荷不同，所选用的燃料不同，烟气量也不同，因此在计算过程中需要对以上几个方面进行详细的分析。通过对比，不难发现，在实际的操作过程中，换热面积越小，其阻力降也就越低，而热量回收越多，回收年限越少。因此在实测中，烟气量和烟气进口的温度也会随着符合的不同而出现较大的变化。其表现为：Vgas=a负荷•V全负荷；而烟气酸露点温度也会随着燃料的不同而发生相应的变化，其表现为：T=186+20*1gVH2O+26*1gVso3。

三、根据计算在某电厂的具体应用观察实效

依据以上的计算方法，本文对我国某热电厂的实际情况进行了分析和测算，获得了相应的基础数据和操作数据。本文的计算主要面向某公司所使用的两套烟气余热回收系统，该系统是根据该公司所使用的蒸汽产量为220t/h的锅炉进行设计的，通过余热回收系统的使用，使得锅炉的烟气系统中，排烟温度从150℃降低到了120℃，达到了节能减排和烟气利用的目的。

（一）烟气换热器在使用中通过计算得到的各项数值

在烟气换热器的使用过程中，本文通过公式计算，获得了各项参数的具体值。其中，烟气、空气总量为185000，烟气、空气入口温度为150摄氏度，烟气、空气出口温度为120摄氏度，烟气、空气的流体速度约为8.5w/m•s-1，总换热系数为30a/w•（m2•K）-1，换热面积为2625A/㎡，烟气、空气阻力降为375，换热量为2280Q/kW。

（二）空气换热器在使用中通过计算得到的各项数值

空气换热器在使用过程中，通过计算获得了各项参数的具体值。其中烟气、空气总量为74000，烟气、空气入口温度为20摄氏度，烟气、空气出口温度为103摄氏度，烟气、空气的流体速度约为9w/m•s-1，总换热系数为34a/w•（m2•K）-1，换热面积为1989A/㎡，烟气、空气阻力降为288，换热量为2280Q/kW。

（三）根据结果对锅炉余热回收系统进行设计

根据以上的计算结果，本文对该公司的回收系统加装了新的设计系统，之后再进行测试，测试结果中，排烟温度降低了32.95℃，达到了111.7℃，相较于设计温度降低接近9℃，效果明显。此外，由于排烟温度的降低，烟气带走显热减少，从而降低了排烟损失，提高了锅炉的热效率，加热炉效率提高接近3%，在额定负荷运行下，每小时节约原煤可达600kg，按照每年运行8000小时以及煤炭价格市场标煤1000元每吨，可以计算得出每年节能效益可达500万元。改造前后具体数值见表一：