cfb锅炉烟气余热回收及余热系统的优化

cfb锅炉烟气余热回收及余热系统的优化

锅炉是化工生产中不可或缺的能量转化环节，其经济效率直接影响到生产效率。中国石化齐鲁分公司第二化肥厂动力车间拥有3台YG-240/9.8-M1型CFB锅炉,锅炉的设计排烟温度为140～145℃,但日常运行时该值为150～155℃,这势必降低了锅炉的经济性。如何降低排烟温度,充分回收烟气余热,提高锅炉热效率,成为亟待解决的问题。目前,回收烟气余热的方法主要有以下2种:一种是采用热管技术,但热管存在长时间使用易失效的问题,替换和更新所需费用高,经济性差;另一种是采用吸收式制冷机集中供冷技术,但该方法实施难度较大,涉及面广,并存在间歇性、不能常年运转的问题。通过与潍坊中阳机械科技有限公司合作,本工作采用复合相变换热器(FXH)技术回收锅炉尾部烟气余热,有效降低了锅炉排烟温度,提高了锅炉的经济性。1管内重新热压汽化法图1示出了FXH的工作原理。在多根并联的密闭管排束构件内利用软化水相变潜热传递热量。在换热管下端面,软化水吸收热量汽化为饱和蒸汽,在一定的压差下上升到换热管上端面,向外界放出热量后凝结成饱和水,饱和水经汽水分离器后回到下端面,再次汽化为饱和蒸汽,往复循环,完成了把热量从高端传向低端的单向导热过程。FXH具有换热管束壁温整体均匀、可控可调,避免低温腐蚀,最大限度降低排烟温度的优点。2锅炉中的残余烟芽处理2.1除氧系统工艺流程动力车间目前拥有3台CC25-8.83/4.1/1.27型汽轮机。原有工艺设计中,凝结水经加压后依次流经汽封加热器、射汽抽气器A、射汽抽气器S、1#低加(低压加热器,下同)、2#低加,温度升至104℃后进入除氧器,工艺流程如图2所示。其中2#低加用抽汽及汽机乏汽的主要设计参数列于表1,2#低加出口抽汽是干度为0.3737的湿蒸汽。改造方案是将凝结水自1#低加(设计值76℃,运行值80℃)后引至FXH,经换热后进除氧器,即省去了2#低加工序,工艺流程如图3所示。2.2凝结水热负荷在FXH的设计原则中,换热管壁温的取值为在烟气露点温度(Tld)的基础上加5～10℃,锅炉排烟温度则为换热器壁温加10～15℃。通过计算得出设计煤种下Tld为110.16℃。考虑到烟气焓值较难确定,采用省煤器处的热平衡来检验FXH处的热平衡关系,见表2。1#低加出口凝结水温度为76℃,但考虑到其连接至FXH时的管线散热,取FXH进口凝结水温度为64℃计算。根据省煤器处烟气-给水的热平衡关系可得烟气的比热容C烟=1.628kJ/(m3·℃)。(2)FXH凝结水热负荷为烟气尾部放热负荷为由式(3)和(4)可知,FXH的热平衡偏差为8.46%,设计偏差为10%,满足工业精度的要求。FXH改造前后装置运行指标对比见表3。由表3可见,FXH改造后,排烟温度降低了32.34℃,回收热量折合标煤198.20t/月,增加发电量14.607×104(kW·h)/月[合175.284×104(kW·h)/a],供电标煤耗降低了1.323g/(kW·h),锅炉热效率升高了1.85个百分点。若电价按0.5元/(kW·h)计,则可增效87.64万元/a。改造投资200万元,静态投资回收期约为2.3a。2.3当前绩效分析为进一步探究FXH在不同工况下的运行状况,笔者利用Matlab软件对烟气余热系统进行了热力仿真计算。2.3.1回收热量及增加热量的值在Tld为110.16℃(设计值),凝结水进口温度为76℃,烟气流量不变的条件下,考察了FXH进口烟温(即原锅炉排烟温度)对凝结水出口温度(Tout)和供电标煤耗降低值(Δξ)的影响(见图4),回收热量及增加发电量之间的变化曲线见图5。由图4和图5可见,随着FXH进口烟温从145.0℃升高至154.0℃,Tout从100.0℃升至108.7℃,Δξ从1.1358g/(kW·h)升至1.5550g/(kW·h),回收热量折合标煤从169.97t/月升至231.56t/月,增加的发电量则从12.53×104(kW·h)/月升至17.06×104(kW·h)/月。考虑到Tout的设计值为不超过104℃,因此FXH进口烟温不应超过150℃。2.3.2量之间的变化曲线在FXH进口烟温为150℃,凝结水进口温度为76℃,烟气流量不变的条件下,考察了Tld对Tout及Δξ的影响(见图6),回收热量及增加发电量之间的变化曲线见图7。可见,随着Tld从100.00℃升高至118.00℃时,Tout从114.67℃降至97.26℃,Δξ从1.825g/(kW·h)降至1.006g/(kW·h),回收热量折合标煤从273.71t/月降至150.50t/月,增加的发电量则从20.17×104(kW·h)/月降至11.09×104(kW·h)/月。考虑到Tout的设计值为不超过104℃,因此Tld在108～114℃为宜。3电厂煤耗、电厂效率比较采用FXH回收烟气余热,可使锅炉排烟温度从150～155℃降低至约120℃,供电标煤耗降低1.324