热电厂锅炉烟气余热回收项目2011

热电厂锅炉烟气余热回收项目2011第一页，共41页。一、项目实施的意义和必要性1、在中铝河南分公司生产经营形势异常严峻、面临生死存亡的时刻，降低能耗、降低生产成本，减少浪费是我们追求的目标，是我们在向精益生产迈进,提高竞争力的必然选择。2、该项目实施符合国家节能减排的要求。在热电厂锅炉的热损失的诸多因素中，排烟损失占全部热损失的70～80％，排烟温度高是锅炉热损失的最主要指标之一。如果每降低排烟温度10℃，则可提高锅炉热效率1%。2第二页，共41页。3、热电厂新系统锅炉排烟温度和补水系统现状目前热电厂新系统410T/H锅炉的排烟温度在150℃左右。排烟温度相对较高，锅炉热损失大。而汽轮机系统由于外供汽和系统自身损耗，除盐水补充水量较大，温度较低，需要蒸汽加热，造成自用汽偏高。4、采用一种锅炉低温余热利用技术-----复合相变换热器，利用该余热加热除盐水补水，可以减少锅炉热损失，降低煤耗，且该技术先进、系统运行可靠、维护简单，投资收益明显。2023/4/163第三页，共41页。二、项目简介

2.1项目背景介绍

为了降低成本，同时也响应国家节能减排的号召，

热电厂拟在新系统循环流化床锅炉尾部烟道安装余热回收利用装置——中兴相变换热器（ZXH），进行余热的回收利用，节省燃煤量，降低发电煤耗，提高机组效率。第四页，共41页。

2.2中兴相变换热器主要技术简介

作为一种涉及“设计原理”变更，高效可靠的原创性节能技术，中兴相变换热技术的主要核心内涵为：

（1）能够在锅炉的设计和改造中，大幅度降低烟气的排放温度，使大量中低温热能被有效回收，产生十分可观的经济效益；

（2）降低排烟温度的同时，保持金属受热面壁面温度处于较高的水平，远离酸露点的腐蚀区域，从根本上避免了结露腐蚀和堵灰，大幅度降低设备的维护成本；

（3）保证换热器金属受热面最低壁面温度处于可控可调状态，使中兴相变换热器具有相当幅度的调节能力，使排烟温度和壁面温度保持相对稳定，并能适应锅炉的燃料品种以及负荷的变化；

（4）在保留热管换热器具有高效传热特性的同时，通过适时排放不凝气体有效解决相变换热器可能出现的老化问题，大大延长设备的使用寿命。

第五页，共41页。

1、能够在锅炉的设计和改造中，大幅度降低烟气的排放温度，使大量中低温热能被有效回收，产生十分可观的经济效益；

2、在降低排烟温度的同时，保持金属受热面壁面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的腐蚀区域，从根本上避免了结露腐蚀和由此发生的堵灰，大幅度降低设备的维护成本；

3、保证换热器金属受热面最低壁面温度处于可控可调状态，使复合相变换热器具有相当幅度的调节能力，使排烟温度和壁面温度保持相对稳定，并能适应锅炉的燃料品种以及负荷的变化；

4、在保留热管换热器具有高效传热特性的同时，通过适时排放不凝气体有效解决相变换热器可能出现的老化问题，大大延长设备的使用寿命。

2.2.1相变换热器优点第六页，共41页。

2.2.2．相变换热器的壁温控制原理

图2：相变换热器进行余热回收与传导示意图第七页，共41页。

三、余热回收方案设计实施

3.1项目初步方案设计依据

（1）用户资料

（2）设计采用的主要标准及规范

《火力发电厂设计技术规程》DL5000-2000

《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规定》DLT5121-2000

（3）锅炉设计规模及主要运行参数如表3.1.1所示：

表3.1.1项目单位数值备注年运行时间h4085用户提供锅炉额定蒸发量t/h410用户提供烟气流量Nm3/h350000用户提供满负荷的运行值原排烟温度℃150用户提供除盐水水温℃20取用常温锅炉效率%89用户提供第八页，共41页。

（4）锅炉烟气酸露点数据来源：根据用户提供的煤质化验报告单，

煤质分析数据如表3.1.2所示：

表3.1.2煤质数据表项目符号单位数值备注收到基低位发热值Qnet.arkJ/kg20610用户提供收到基水分War%6.58用户提供收到基灰分Aar%30.58用户提供收到基碳Car%47.79用户提供收到基全硫Sar%0.63用户提供炉内脱硫效率η%80用户提供第九页，共41页。

当投用炉内脱硫时，采用《锅炉原理及计算》（第三版，冯俊凯等主编）推荐的经验公式，计算得出烟气酸露点温度为82.5℃；

当不投用炉内脱硫时，采用《锅炉原理及计算》（第三版，冯俊凯等主编）推荐的经验公式，计算得出烟气酸露点温度为95.47℃。3.2余热利用方案3.2.1项目方案介绍在空预器后的水平烟道上安装相变换热装置，相变换热器的最低壁面温度设定在100℃(高于烟气酸露点95.47℃)，将排烟温度从150℃降低到115℃，回收的热量用于把80t/h、20℃除盐水加热到67.75℃后送入5#低加进口，提高机组效率。随着锅炉负荷的变化以及冬夏送风进口风温的变化都将使换热器最低壁面温度和排烟温度发生变化，极有可能造成低温腐蚀的严重后果。我们可以通过旁通自控阀自动调节水量来控制最低壁温和排烟温度，从而适应锅炉负荷和气温的季节性的变化。第十页，共41页。

3.2.2方案设计示意图第十一页，共41页。

3.2.3设计参数

表3.2.1设计参数表序号参数单位设计数值备注1相变换热器的烟气流量Nm3/h350000用户提供2相变换热器进口烟气温度℃150用户提供3相变换热器出口烟气温度℃115设计数值4相变换热器入口水温度℃20用户提供5加热水流量t/h80用户提供6相变换热器出口水温度℃67.75设计数值7相变换热器最低壁面温度℃100设计数值8烟侧增加阻力Pa428设计数值第十二页，共41页。

四、预计效益计算

1、原出口烟气温度150℃计，应用中兴相变换热器后尾部排烟温度为115℃，回收热量为：

式中：Vg——烟气流量，单位：Nm3/h；

ρg——烟气密度，取1.295kg/Nm3；

Cpg——烟气比热，取1.09kJ/(kg.℃)；

∆T——相变换热器前、后排烟温度温差，单位：℃；

φ——设备保热系数，取0.95；

Q——相变换热器回收热量，单位：kW。第十三页，共41页。

2、等效标煤量Gc

式中：Q——中兴相变换热器回收热量，单位：kW；

HR——设备年运行小时数，取4085小时；

Qp——标煤的发热量，单位：kCal/kg；

ηk——锅炉效率，用户提供89％；

860——“大卡”和“千瓦时”单位转换系数。第十四页，共41页。

3、风机和水泵增加的能耗

1）烟气阻力增加450Pa，由于烟气流量减少抵消烟气阻力约251Pa，烟气实际阻力增加199Pa，引风机增加的能耗为：

式中：∆hy——增加的烟气阻力，单位：Pa；

Vg——烟气流量，单位：m3/h；

ηy——引风机效率，取75％。第十五页，共41页。2)给水泵增加能耗：

式中：

qv——水流量，单位：kg/s；

H——水泵扬程，单位：m；

ηb——水泵的效率，取75%。第十六页，共41页。3）增加的年总耗电量E为：

式中：

Py——引风机增加的能耗；

Pb1——给水泵增加的能耗；

HR——设备运行小时数，4085小时。

4）厂用电按照0.4元/度计算，由于电耗增加造成的费用为：

83320.6X0.4/10000=7.33(万元/年)第十七页，共41页。

3.4方案效益总结

通过上述分析，应用相变换热节能技术后，回收锅炉排烟余热，在保证尾部受热面不发生腐蚀的情况下，将锅炉排烟温度由150℃降至115℃，效益总结见下表：

表3.4.1效益总结表

序号指标单位数值备注1年运行小时小时4085用户提供2方案类型加热除盐水3回收热量千瓦45634年节省标煤量吨标煤2573.15节能效益万元257.31标煤价格按照1000元/吨6加热水量吨/小时807年增加耗电量度-183320.6发电煤耗按照0.4元/度8年增加能耗万元-7.339年实际节能效益万元249.98标煤价格按照1000元/吨第十八页，共41页。五

主要设备材料清单序号设备(材料)名称规格、型号单位数量备注复合相变换热器本体部分1相变换热器下段ZXHⅢ3-0.7/13台22相变换热器汽包ZXHⅢ4-10/16台2吹灰系统部分3弱爆吹灰器BFA-VII套2无缝钢管视压缩空气气源位置而定。4无缝钢管Φ57×3.5Kg若干5球阀DN50只4控制系统部分6电子式调节阀ZDLM-25P,DN125,PN2.5只2第十九页，共41页。

7截止阀J41H-25P,DN125,PN2.5只28闸阀Z41H-25P,DN125,PN2.5只49热电阻WZP230、PT100支1010双金属温度计0~250℃支211超声波流量计DCT1158台112PLC控制柜台1本体连接部分13无缝钢管Φ273×7m4514无缝钢管Φ219×6m1015无缝钢管Φ57×3.5m56第二十页，共41页。1690°热轧弯头DN250,R=2541690°热轧弯头1790°热轧弯头DN200,R=2031790°热轧弯头1890°热轧弯头DN50,R=761890°热轧弯头除盐水管道部分除盐水管道部分19无缝钢管Φ159×52019无缝钢管20无缝钢管Φ133×42020无缝钢管21无缝钢管Φ32×32021无缝钢管22截止阀J41H-16C,DN25,PN1.622截止阀23手动闸阀Z41H-25C,DN150,PN2.523手动闸阀24手动闸阀Z41H-25C,DN125,PN2.524手动闸阀第二十一页，共41页。注：以上为主要安装材料清单预估，实际用量及型号应以最终施工图为准。本清单不包括地基及保温。

烟道、支架、平台部分25钢板δ=5mmQ235-B米280进出口烟道26角钢L50×5Q235-B米70进出口烟道27焊接钢管Φ60×3.5Q235-B米150进出口烟道28H型钢400×400×13×21Q235-B米80设备支架29H型钢400×300×10×16Q235-B米65设备支架30焊接钢管Φ33.5×3.25Q235-B米80操作平台31槽钢[14aQ235-B米150操作平台，支吊架32花纹板δ=3mm米265操作平台第二十二页，共41页。六

项目投资概算第二十三页，共41页。

自控系统介绍

6.1相变换热器的可控性

监测相变换热器壁温，通过对流量调节阀开度进行PI或PID闭环调节，来调节被加热的水量，保持烟道中相变换热器壁温在设定值上下之间波动，达到对相变换热器壁温可调可控的目的。

6.2相变换热器控制系统

单独一段相变换热器

DCSPID控制逻辑示意图

第二十四页，共41页。

相变换热器壁面温度DCS控制策略

相变换热器壁温控制分为手动/自动两种控制方式，配有手动/自动切换按钮，手动情况下可手动增减调节阀开度。

PID自动控制说明：

实时监测PV，PV与SV（目标壁温）进入PID运算器，输出0-100%阀门开度信号，控制电子式调节阀，从而调节进水流量，改变壁面温度（PV），建立一个PID闭环控制回路。（本方案有2个电子式调节阀控制对应放热段的水量，需要4个独立的PID控制逻辑）

PID控制策略为正作用。

当壁面温度升高（即PV高过SV时），阀门开度应调大一些，这样通过相变换热器放热段的水流量加大，带走换热器的热量增多，致使壁面温度下降，从而达到稳定壁温在设定值（SV）附近的目的。反之亦然。

低温报警策略：在运行过程中若PV低于某一设定值SL，将采取低温报警。低温报警策略配有启停开关。

注：上述壁面温度实际为出口烟气温度测点。

第二十五页，共41页。

DCS系统

I/O表

DCS系统

I/O表序号对应设备名称设备数量DCS功能点描述DCSI/O点数I/O电气信号类型备注DIDOAIRTDAO1

电子式调节阀执行机构2开度输出控制24-20mA需外供220VAC2

开度反馈输入23

热电阻10温度测量10Pt1003线制4

流量计1流量反馈14-20mA需外供24VDC合计003102第二十六页，共41页。

温度测点表

序号名称编号1相变换热器A进口烟温TEa112相变换热器A出口烟温TEa123相变换热器B进口烟温TEb114相变换热器B出口烟温TEb125上段A出口水温TEa226上段B出口水温TEb227相变换热器A壁温TEa318相变换热器B壁温TEb329总进口水温TE02110总出口水温TE022第二十七页，共41页。七、工程影响因素及解决措施7.1设备防堵防积灰问题设备堵灰发生的原因是因为受热面金属壁面温度过低，低于酸露点，使受热面结露，从而导致烟气中灰分粘附在受热面上，形成堵灰。同时为了防止积灰，设计时会合理设计工艺流速，并且在进口喇叭管中增加导流板，在使喇叭管中烟气流速均匀的同时，提高喇叭管下部的局部流速。加之吹灰器定时的正常吹灰，相变换热器是不会产生积灰的。

7.2设备防腐蚀问题相变换热器是以壁面温度作为第一设计参数，其最低壁面温度整体均匀。在正常运行状况下，在锅炉负荷及燃料发生变化时，通过手动调节设置壁温在酸露点温度以上，就能从机理上根本解决酸露腐蚀问题，从而也防止了由于受热面结露带来的堵灰问题。第二十八页，共41页。7.3设备防磨问题因为煤粉的含矸石量不同，对于水冷壁、省煤器、空预器、相变换热器的磨损不可忽视。强调防止磨损的主要措施是采用工艺流速降低到不堵灰、不沉降、换热系数不减少为准；同时设备设计会增加防磨瓦、导流板、为了保证相变换热器的寿命，采取锰钢、镍钢等特殊防磨材料、改变散热片形状等是十分必要的。相变换热器的烟气流速一般控制在8-10m/s以内。为了防止磨损，换热器的前三排管束（沿烟气方向）可采用特种含锰不锈钢翅片防磨，在前两排（沿烟气方向）加装防磨瓦以及适当增加导流板以防止烟气走廊的产生。

7.4相变换热器设备寿命问题在保证相变换热器基本功能不变的情况下，无需进行特别大修，只进行基本维护，能够保证相变换热器寿命不低于六年。

7.5相变换热器阻力增加的问题增加回收余热设备会增加阻力，本项目中烟气侧增加了450Pa的阻力损失，但由于排烟温度降低使引风机入口体积流量减少8.3%，可抵消流阻约251Pa，故实际增加烟气流阻为199Pa，若贵厂引风机余量足够，则对风机无负面影响第二十九页，共41页。

附件一、系统流程图

附件二、公司概况和相关技术专利

1、企业概况

2、中兴相变换热器系列专利

附件三、ZXH节能技术改造部分项目应用实例

附件四、相变换热器与其他技术对比

1、相变换热器与热管换热器对比

2、相变换热器与低压省煤器对比

第三十页，共41页。附件一、系统流程图第三十一页，共41页。附件二、公司概况和相关技术专利1、企业概况

深圳中兴科扬节能环保股份有限公司（简称中兴节能）是中兴集团旗下的专业节能环保公司，是低温余热利用系统解决方案专业服务商。公司是国家级高新技术企业，已通过ISO9004/14001质量环境管理体系认证。中兴节能公司拥有完全自主知识产权的系列专利产品（获得发明专利9项、实用新型专利8项）,其中中兴相变换热技术及装置（ZXH）是国家级产学研项目，曾荣获“国家技术创新优秀项目”奖和“国家重点新产品”证书；拥有上海交大、西安交大、哈尔滨工业大学等专家（院士）团队的技术支持，能够为客户提供余热回收利用的最佳解决方案，是名企与名校强强联合的典范。公司凭借自身强大的融资渠道和丰富的项目投资管理经验，以先进的工业低温余热、余压利用核心技术为依托，结合中国国情，引进国外成熟的、行之有效的合同能源管理（ENERGYMANAGERMENTCONTRACT简称EMC）商业模式，为企业提供节能诊断、概念设计、低温余热、余压再利用技术、节能计量检测以及节能项目融资服务等系统的解决方案。近年来，公司已在电站、钢铁、汽车、石油、石化、造纸等行业的100多台各种锅炉上成功实施了节能改造，有效地保证了锅炉不受低温腐蚀，同时年节约标煤近40万吨，减少二氧化碳排放百万吨以上。大量成功运营的锅炉节能业绩充分表明，我们是