资源描述
目 录
一、项目简介 4
1.1 锅炉及排烟温度现状 4
1.2 降低排烟温度的节能开发和创新内容 5
1.3复合相变换热器的工作原理 7
1.4复合相变换热器技术与热管换热器技术的差异比较 8
1.5 复合相变换热器技术与低压省煤器技术的差异比较 10
1.6 复合相变换热器技术与传统换热器技术在壁温设计的差异比较 10
1.7 复合相变换热器技术主要特点 12
二、项目建议书编制依据 13
2.1 项目背景分析 13
2.2 项目实施的必要性及目的 13
2.3 目前锅炉的主要技术经济指标 13
2.4 项目编制的基本原则 13
2.5 项目建议书编制依据 14
三、余热回收方案设计 16
3.1 余热回收方案 16
3.2 余热回收设计计算参数 16
3.3 余热热源采集量计算 17
3.4 等效标煤量 17
3.5 增加电耗计算 17
3.6 工程内容和工程量 18
3.7 项目实施进度安排 19
3.8节能方案综合评估 19
四、系统控制技术 22
4.1 相变换热器的可控性 22
4.2 壁温技术原理 23
4.3 控制系统描述 23
4.4 控制的I/O清单 24
4.4 PLC控制系统 24
4.5 控制的主要设备 25
五、工程影响因素及解决措施 26
5.1 烟气阻力和空气阻力问题 26
5.2 加热风系统热平衡问题 28
5.3 加热排烟系统防堵防积灰问题 29
5.4 加热排烟系统防磨、防问题 31
5.5 相变换热器的外形尺寸与模块化安装问题 32
5.6 相变换热器设备寿命问题 32
5.7 对电除尘器的影响 32
5.8 对脱硫系统的影响 33
54
一、项目简介
1.1、锅炉及排烟温度现状
国电榆次热电有限公司由国电华北集团公司控股建设。项目注册资本金为总投资的20％，本工程实际投资总额和资本金的差额由投资方向银行贷款解决。
厂址位于榆次市区正南约5km处修文镇的榆次区规划工业基地内，榆长公路由西北向东南在厂区东侧约100－150m处通过，南同蒲铁路在厂区西北约600－1000m处由东北向西南方向通过，交通运输比较便利。
电厂规划为安装4×300MW级机组，本期工程建设规模为660MW，安装2×330MW直接空冷燃煤供热机组。锅炉型号为DG1164/17.5-Ⅱ型，由东方锅炉（集团）股份有限公司生产。锅炉最大连续蒸发量为1164t/h，锅炉（BMCR）燃煤量为146.44t/h（设计煤种），161.69t/h（校核煤种Ⅰ），133.82t/h（校核煤种Ⅱ），制粉系统形式为双进双出钢球磨正压冷一次风机直吹式制粉系统，每台炉配置三台磨煤机。空气预热器型式为三分仓容克式空气预热器，除尘器型式为静电除尘器。锅炉负荷类型为带基本负荷，并考虑40%～100％BMCR范围调峰。
现锅炉排烟温度按照经典的控制酸露腐蚀条件的设计规范设计，计算排烟温度已经留有设备保护的余地。目前设计条件下的排烟温度高于酸露点温度的15-18度，实际上排烟温度的计算方面也因为招标对经济指标要求而存在潜在的上升空间。以国内300MW机组的实际运行的负荷、排烟温度状况，几乎没有一家能够按照设计指标运行。造成排烟温度升高的原因是多方面的。随着运行时间的延长，排烟温度因空预器设备的末端腐蚀而局部积灰、系统阻力增加、过量空气系数增加、排烟温度升高；空气预热器漏风、夏季空气温度升高、煤种变化也使得锅炉远离校核煤种等因素都会引发排烟温度升高；同时，在燃烧中锅炉热态空气动力场偏心产生排烟双侧风差尘差，也会使排烟温度或高或低。排烟温度高的一侧能量浪费，排烟温度低的一侧腐蚀严重。
排烟温度高于该炉型正常燃料酸露点以上的部分，在目前的传统锅炉设计和改造中，设计规范是无法利用这部分低温热源的。从原锅炉工艺设计方面来讲，由于受传统设计理念的影响，如果设计排烟温度128℃时（若进口风温20℃），其空预器冷风进口端的换热器壁温大约84.8℃，则低于计算酸露点95℃。如进一步降低锅炉的排烟温度并保证目前空预器的管壁温度不低于烟气露点，采用传统技术是无法做到的。随着企业间竞争的加剧，节能减排及节约成本要求将被日益提高到议事日程上了。进一步降低排烟温度，在21世纪初一种新型的设计理念诞生了，由此形成了一种成熟技术可以应用到低温余热回收，已经形成了耗能企业降耗的最重要技术措施之一。
1.2、降低排烟温度的节能开发和创新内容
有多种方法可以降低排烟热损失。从运行方面来讲，燃用设计煤种或适宜实际运行的煤种，保持稳定、适当的锅炉出力，保证锅炉燃烧良好，防止冒黑烟，定期除灰、保持受热面清洁，降低过量空气系数、减少漏风，都可以有效地降低排烟损失。然而，由于目前公司运行管理良好，从锅炉的运行、检修、试验、检测等管理方面已无更大的节能空间。只有采取具备新节能技术的硬件才能进一步突破节能瓶颈。
一般来说，要利用锅炉尾部烟气热量(低温余热)，提高锅炉效率和节能目的，势必要降低锅炉尾部烟气温度。如果安装于锅炉尾部的换热器受热面的最低壁温低于烟气的酸露点，将发生严重的酸露腐蚀和堵灰（见图1），影响锅炉安全运行。传统设计的换热器为避免发生低温腐蚀，其壁温与排烟温度成倍数关系。如果酸露点为65℃，为保证不发生低温腐蚀和堵灰，换热器壁温必须高于65℃，则排烟温度要高于135℃。所以，为了保证锅炉安全运行，排烟温度不能设计得很低。
图1：排烟温度变低时，在空气预热器进口端逐步产生腐蚀
复合相变换热器技术与装置(FXH)是一种用于低温排烟热源回收的装置。它的的研发和应用成功，为低温余热利用带来了革命性突破。它灵活的使用了气化液化相变的强化换热技术，在换热器管内让传热工质处于相变工作。其技术核心和创新在于换热器壁温整体可控可调。在充分发挥相变潜热的热传导的优势下，灵活配置换热器的不同部分，一方面满足最低壁温高于烟气酸露点的要求；另一方面充分发挥相变传热的高效性，使壁温与排烟温度维持较小的温差。在保证受热面不结露的前提下降低排烟温度。“最大幅度” 有效地进行降温节能、提高热效率和防腐能力。
该装置创新了热力学、传热学、自动控制以及现代计算等设计技术，成功地解决了锅炉低温排烟温度难以降低的世界性难题，是中低温热源利用上的一次世界性突破。复合相变换热器曾经被列入国家级产学研工程，是一种拥有自主知识产权、原创性的全新系列换热技术。，由中科院院士和工程院院士参加的专家组所做的国家级鉴定文件这样描述过： “它不同于热管技术，经查新，该技术在将壁面温度作为一个锅炉基本设计参数方面，未见类似报道，是相关设计理念上的一次创新”。
复合相变换热器技术的研究与装置的研制是成功的，尤其在避免烟气低温腐蚀的前提下，提高锅炉热效率方面，该技术为国内外首创，处于国际领先水平。” 该装置荣获过国家经贸委颁发的“九五国家技术创新优秀项目奖”并同时被授予“国家重点新产品”证书。
复合相变换热器节能技术的问世已经过去了许多年。但是，该技术独特的先进性仍然为目前的其他节能技术所不可替代，在许多关键性的技术指标方面继续保持“国内外领先”的强大优势。
1.3复合相变换热器的工作原理
复合相变换热器中的“相变段”是整个技术得以实施的核心部件之一。它将原热管换热器中相互独立的部分，通过优化设计构造成一个相互关联的结构化的整体，充分利用气（化）液（化）间“两相同向流动”、“汽液相变换热”，“工质自然循环”，将气化潜热与液化潜热交替进行，在2243kJ / kg高效率的热量级的高性能的传热。在换热平均温差20度时，与传统的烟气横掠列管换热的气气换热器的 20 kJ / kg·20℃ 换热能力相比，具有102以上的量级性的传热特性。
复合相变换热器是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，在热管下端面加热，水吸收热量汽化为饱和蒸汽，在一定的压差下上升到热管上端面，向外届放出热量，并凝结成液体，饱和水经汽水分离器回到受热段，并再次汽化，往复循环，完成了把热量从高端传向低端的单向导热。
复合相变换热器是在多根并联的密闭管排束构件上的金属壁面整体温度分布均匀、与烟气温度保持“较小梯度温降（温差10－20℃）”，并具备“独立于被加热工质温度”的特殊功能。
复合相变换热器是在多根并联的密闭管排束构件外侧放热段，加热了进入空气预热器末级入口的冷风温度，提高了进入空预器的高壁温门槛，从而保证该设备免受低温腐蚀。在多根并联的密闭管排束构件外侧吸热段，将排烟温度与酸露点间的低温烟气余热热量进行吸收而使后续除尘器等免遭低温腐蚀，从而客观上节约了燃料和减少了污染物的排放。
复合相变换热器通过“相变段”换热流量的调节，实现对整个设备可能出现的不同最低壁面温度的闭环控制，保证面对燃料种类如煤质等变动引发酸露点变化后，对壁温同步可控可调。在保证设备安全运行的前提下，实现最大幅度回收烟气余热的节能目标。
当降温幅度达到30度时，每蒸吨锅炉，每年可平均节煤12-15吨标准煤，在保证锅炉安全运行的前提下，使锅炉热效率稳定提高0.5 %-1.0 %，发电煤耗减少4-5g/Kwhr，同时相应减少了热污染和燃烧废气的排放量，减少CO2排放量40-55吨，具有良好的社会、环境和经济效益。
复合相变换热器的工作原理见图2
图2：相变换热器进行余热回收与传导示意图
上下换热器通过气水分离装置连通，饱和蒸汽和饱和水在密闭系统内自然循环。下部换热器
吸收锅炉尾部烟气余热，形成饱和蒸汽，上部换热器放热，饱和蒸汽相变成饱和水。由中央控制
单元PLC集中控制，使上换热器冷却速率与下换热器吸热速率平衡，饱和蒸汽与饱和水自然循环
达到平衡，壁温在1.75倍大气压力下保持115℃恒定不变。调整冷却速率与吸热速率平衡点，即
可在一定范围内调整壁温。
对比项
复合相变换热器
热管换热器
相变原理相同，模块化结构不同
复合相变换热器是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，在热管下端面加热，水吸收热量汽化为饱和蒸汽，在一定的压差下上升到热管上端面，向外届放出热量，并凝结成液体，饱和水经汽水分离器回到受热段，并再次汽化，往复循环，完成了把热量从高端传向低端的单向导热。见图1-1。
热管是在数百根相对独立的密闭单根构件内利用软化水相变潜热传递热量，在热管下端加热，水吸收热量汽化为饱和蒸汽，在微小的压差下上升到热管上端，向外届放出热量，并凝结成液体，饱和水沿管壁回到受热段，并再次汽化，往复循环，完成了把热量从高端传向
低端的单向导热。见图1-2。
高传热性能高传热效率相同，工作压力范围不同，因此可靠性不同
复合相变换热器是由并联的多根联通的管排束具备高传热性能高传热效率的传热组件，在密闭的常压以上的压力范围内（0.1‐0.2ＭPa）,工质软化水相变潜热传递热量。由于在正压下工作，可及时排放不凝气体，克服了热管真空逐渐老化以至失效的致命点，在保留热管换热器具有的高效传热的同时，即使因泄露及时自控补水，传热也不会失效，从而大大延长了设备的使用寿命。如按照操作规程进行，几乎没有运行维护成本。
热管是由一组各独立的单管组成的高传热性能高传热效率的传热元件，在密闭真空管壳内（１‐２X10-4Pa），工质软化水相变潜热传递热量。由于热管各单管生产过程中的制造差异，容易产生不凝气体，只要其中部分热管的不凝气超出许可极限，热管换热器整体换热效率就会下降，传热效率急剧下降，加之真空泄漏无法补救，热管换热器必将容易失效。热管因使用长时间后而失效，热管的替换和更新费用巨大。
防止露点腐蚀原理一样，但壁温可控能力不一样
通过调整复合相变换热器热端冷凝速率，即连续调节吸收热端热量的冷却风量（如连续调节风或水旁路系统开度），使得复合相变换热器并联的所有管壁内工质的饱和水压力得到改变，从而影响了饱和水温度，以及和其平衡的壁温。随着煤种中硫份和水份的变化，排烟露点是变化的，连续调节吸收热端热量的冷却风量，将使壁温始终动态跟踪在酸露点之上，排烟温度可以降到很低， 仅高于露点温度１0-１5℃。
通过调整热管数量或热管冷热端的传热面积比，使热管壁温一次性设计在某一露点以上。但随着煤种中硫份和水份的变化，排烟露点是变化的，一次性设计的露点如高于实际酸露点，则排烟热损失增大；一次性设计的露点如低于实际酸露点，则很容易发生腐蚀。为避免酸露腐蚀的壁温出现，排烟温度必须高于露点温度的一倍以上，不能降太低。
1.4复合相变换热器技术与热管换热器技术的差异比较
1.5 复合相变换热器技术与低压省煤器技术的差异比较
相变换热器
低压省煤器
最低壁面温度
能够保证最低壁面温度与排烟温度的温差≤15℃；即当排烟温度降至120℃时，最低壁面温度可以控制在105℃，保证了受热面安全。
最低壁面温度可根据锅炉负荷和燃料变化进行调整，调整范围为设计值的±7℃；
在相同的排烟温度情况下，复合相变换热器的最低壁面温度比低压省煤器的最低壁面温度高近20－30℃，因而设备更安全。
复合相变换热器壁面温度的可调节范围更大。控制 简单，只需通过调节进水流量即可。
当排烟温度132℃时，最低壁面温度只能控制在90℃以下；
在壁面温度确定后，尽管可 以实现可控可调，但受到进、出水温的限制，调节幅度有限；
由于实际运行中监测点较多，控制复杂，安全余量小，可能会带来隐患。
排烟温度
1、进口烟气温度可以在179±10℃变化时，而保持排烟温度不变；排烟温度在允许的条件下可降至115℃。
2、在保证受热面不受低温腐蚀的情况下，复合相变换热器的可将排烟温度降到更低。
1、排烟温度最低只能降低到132℃。
受热面及烟气阻力
为了保证设备安全运行，相变换热器维持较高的壁面温度；
在烟气温降相同的情况下，设备受热面积与设备的 表面温度成反比。尽管受热面比其它换热器大，但经过优化设计，能够保证烟气压降≤380Pa。
受热面小以壁面温度低为代价；
烟气压降大，一旦发生堵灰则更加明显。
节能效益
最大烟气温降幅度73℃；用户可根据设备投用后的情况逐步找到最佳温度，使设备的投资效益最大化。
当排烟温度降低至115℃时，复合相变换热器的节能效益更显著。
1、设备能够调整的进口和出口烟温变化范围小，排烟温度和最低壁面温度之间始终是一对矛盾。
1.6 复合相变换热器技术与传统换热器技术在壁温设计的差异比较
常规的空气预热器的传统壁温设计是基于气气热交换的平均温度作为壁温。为保证最低壁温不至于低于酸露点，设计的排烟温度要保证壁温在酸露点之上。现行锅炉设计下的空预器最低壁面温度曲线在气气交换温度中间（见图3蓝线）。由此可见，现行的空气预热器壁温是随着气气交换的各自温度变化而变化。
图3：现行锅炉设计下的空预器最低壁面温度曲线在气气交换温度中间（蓝线）
复合相变换热器和常规的空气预热器的传统壁温设计理念不同，也和一般热管换热器以及其他节能技术不同，该技术首次提出将换热器最低金属壁面温度定义为“第一设计要素”的理念，以及首次提出将对产生烟气低温结露和腐蚀具有关键性影响的最低壁面温度置于“可控可调状态”的创新概念。复合相变换热器的最低壁面温度曲线在气气交换温度中间，其壁温不随着气气交换的各自温度变化而变化。（见图4中阴影部分的蓝线壁温的直线）。由此可见，该技术的核心在于改变了一般换热器壁面温度分布的“函数”因变量特征，并在设计中使其不变的金属壁温始终保持在酸露点以上，在避免出现低温结露和腐蚀的同时，为大幅度回收烟气低温余热提供了可能。
图4：复合相变换热器本体的壁面温度不随气气换热的各自温度变化，壁温为阴影部分的蓝线
1.7 复合相变换热器技术主要特点
作为一种涉及“设计原理”变更，高效可靠的原创性节能技术，复合相变换热技术有如下主要特点：
（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始终高于酸露点，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。
二、项目建议书编制依据
2.1、项目背景分析
锅炉的排烟温度还较高，还有利用的空间，可提高锅炉的热效率。由于锅炉传统设计排烟温度目前还普遍偏高，排烟损失相对偏大，直接影响了锅炉的热效率进一步的提高。
在冬季，用低压缸抽汽给暖风器加热，将牺牲供热量用作暖风器热源不符合能量梯级利用的原则。用尾部烟道中回收的低品位热量加热风，节省一部分暖风器消耗蒸汽，符合能量的梯级利用，且提高供热能力。
2.2、项目实施的必要性及目的
为了充分利用锅炉排烟余热，提高锅炉的热效率，利用烟气余热加热其他介质（锅炉补水、给水、或送风等），可达到合理用热、节能降耗、减少污染物排放的目的。同时，该项目的实施可对相关的技术经济参数进行综合评价，为国电集团广泛推广应用排烟余热利用技术探索出一条新途径。
2.3、目前锅炉的主要技术经济指标
众所周知，在锅炉各项热损失中，排烟损失占锅炉总热损失的比例最大。在高参数锅炉中表现更为明显，排烟损失占锅炉总热损失的比例占70～80%，甚至更高。目前锅炉的设计热效率为92.4%， 烟气酸露点温度为95℃，预计的年运行时间在5500小时左右，设计煤种低位热值22190KJ/kg，排烟温度为128℃。
2.4、项目编制的基本原则
（1）编制项目建议书文件必须保持科学性和严肃性、实事求是、精心研究、保证编制质量；必须严格遵守国家的有关方针、政策、部门和地方的有关设计标准、规范和规定，以及国家的有关法令和法规。
（2）满足国家有关的能源和节能政策，节能降耗：通过充分利用锅炉排烟余热，提高这个电厂的热效率，以达到节约能源的目的；
（3）应用复合相变换热器技术节能改造工程是在维持锅炉已有的结构和工艺系统基本不变的前提下进行，同时满足已有锅炉的基本性能不变；
（4）在锅炉出力不变或燃料消耗相同，以及不产生低温腐蚀的前提下，通过充分利用锅炉排烟余热，产生低压蒸汽或加热其他介质（锅炉进风、锅炉给水等）的热量，达到节省燃料或提高锅炉出力的目的。
（5）充分利用现有的设备、设施和基础，降低工程投资。
（6）满足国家有关的安全、环保规定，锅炉排烟余热装置设置超压、超温报警等安全保护装置，以及汽包液位自动调节、管壁温度自动调节等必要的自动调节装置，以确保锅炉和排烟余热装置安全运行。
2.5、项目建议书编制依据
（1）山西国电榆次电厂相关技术资料。
（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设计参数。根据相关资料显示：锅炉型号为DG1164/17.5-Ⅱ型，设计参数如下表：
项目
负荷
单位
定压运行
MCR
ECR
锅炉参数
过热蒸汽流量
t/h
1164
1129
过热蒸汽出口压力
MPa(g)
17.5
17.45
过热蒸汽出口温度
℃
541
541
再热蒸汽流量
t/h
959.74
928.19
再热蒸汽进/出口压力
MPa(g)
4.0/3.82
3.87/3.7
再热蒸汽进/出口温度
℃
335.5/541
331.9/541
给水温度
℃
280.7
278.5
锅筒工作压力
MPa(g)
19.0
18.87
过热器一级减温水量
t/h
44.7
45.93
过热器三级减温水量
t/h
11.18
11.48
炉膛容积热负荷
KW/m3
115.4
112.6
炉膛断面热负荷
KW/m2
5386.4
5256.9
计算燃料消耗量
t/h
141.84
138.4
锅炉计算效率
%
92.42
92.42
炉膛出口过剩空气系数
/
1.25
1.25
烟气温度
空气预热器进口风温
℃
20
20
空气预热器出口一次风温
℃
326
327
空气预热器出口二次风温
℃
340
341
炉膛出口
℃
1033
1027
空气预热器进口
℃
386
385
空气预热器出口（修正后）
℃
128
128
介质温度
省煤器出口
℃
288.4
286.5
低温过热器出口
℃
395.8
396.4
大屏过热器出口
℃
444.3
445.8
屏式过热器出口
℃
498.4
500
高温过热器出口
℃
541
541
低温再热器出口
℃
467.8
467.5
高温再热器出口
℃
541
541
（4）锅炉尾部烟道酸露点数据来源：
下表列出了在通常的运行工况下该炉型、典型煤种的烟气酸露点值，可作该炉实际运行中设置相变换热器壁面温度参考用，推荐壁温设定值高于烟气酸露点值10℃左右，为保证受热面足够安全，壁温设定值高于烟气酸露点值不应小于5-10℃。
锅炉尾部烟道酸露点计算表（℃）
含硫量（%）
含水量（%）
5
6
7
8
0.6
84.8
85.6
86.3
87.1
0.8
89.6
90.4
91.2
92.0
1.0
93.7
94.5
95.4
96.2
1.2
97.3
98.2
99.1
99.9
1.4
100.5
101.5
102.4
103.3
1.6
103.5
104.4
105.4
106.3
1.8
106.3
107.2
108.2
109.1
2.0
108.8
109.8
110.8
111.8
2.2
111.2
112.2
113.3
114.3
如果煤含硫增加，则酸露点会增加。此时不但对锅炉尾部受热面和除尘器的运行不利，而且会影响燃烧的稳定性。因此燃煤高硫煤的情形应予避免。即使遇有此种极为少见的情况，此换热设备也能够迅速反应，排干设备内的换热介质，切换到备用状态。
三、余热回收方案设计
3.1、余热回收方案
为了避免相变换热器在工况和燃料变化的时候产生低温腐蚀，相变换热器的壁面温度是可以调整的。通过调节经过相变上段加热的空气量，从而控制相变换热器放热段的放热量，达到控制相变换热器的壁温的目的。调节空气量需要在进风管道上添加空气旁路和旁路阀，通过计算，添加两个直径为1500mm的空气旁路，加热空气量的调节范围为556500-905707，排烟温度的调节范围为118-113℃，依据设计煤含硫的烟气的酸露点温度为95℃，只要把复合相变换热器的壁面温度的控制范围为110-98℃，就可避免受热面低温腐蚀和堵灰等现象的发生。通过自控装置调节，可使换热器的最低壁温始终高于设定的100℃，以适应锅炉负荷的变化和煤种的变化以及冬夏季进口风温的变化。
在空预器后的水平烟道上安装相变换热器，相变换热器的最低壁面温度设定在100℃(高于烟气酸露点95℃)，将排烟温度从128℃降低到110.2℃，回收热量用于加热锅炉进风，如下图所示:
3.2、余热回收设计计算参数
依据与业主协商的烟气余热利用加热空气的方案，经过对换热设备的计算，主要设备的设计结果汇总见下表：
序号
参数
单位
数值
1
相变换热器进口烟气流量
Nm3/h
1256803
2
相变换热器进口空气流量
Nm3/h
905707
3
相变换热器进口烟气温度
℃
128.0
4
相变换热器出口烟气温度
℃
110.2
5
相变换热器进口空气温度
℃
20.0
6
相变换热器出口空气温度
℃
46.3
7
相变换热器最低壁面温度
℃
100.0
8
烟气阻力
Pa
约330
9
空气阻力
Pa
约380
注：表中的烟气量和空气量为总量（两个烟（风）道总和）
3.3、余热热源采集量计算
按空预器出口烟气温度为128℃计，按照设计的煤种，应用复合相变换热器后尾部排烟温度设计值为110℃，此区间烟气降温幅度为18℃。
式中：Vg——烟气流量，单位：Nm3/h；
——烟气密度，取1.295 kg/Nm3；
——烟气比热，取1.09 kJ/(kg.℃)；
ΔT——复合相变换热器前、后排烟温度温差，单位：℃；
——设备保热系数，取0.98；
——复合相变换热器回收热量，单位：kW.
3.4、等效标煤量Gc
式中：——复合相变换热器回收热量，单位：kW；
——设备每年运行小时数，取5500小时。
——标煤的发热量，单位：kCal/kg；
——锅炉效率，取92.4％；
860——“大卡”和“千瓦时”单位转换系数。
3.5、增加电耗计算
（1）烟气道总阻力消耗功率（两侧烟道合计）为：
式中：——总烟气流量，单位：Nm3/h；
——吸风机进口烟温，单位：℃；
——为复合相变换热器烟气侧增加阻力，单位：Pa。
取吸风机效率为75％，则增加电耗为：
（2）风道总阻力消耗功率（两侧风道合计）为：
式中：——总空气流量，单位：Nm3/h；
——送风机进口风温，单位：℃；
——为复合相变换热器空气侧增加阻力，单位：Pa。
取送风机效率为80％，则增加电耗为：
总电耗增加+=243.6+113.6=357.2 Kw
3.6、工程内容和工程量
锅炉排烟余热利用方案的主要内容和工程量：
（1）制造与安装：包括相变段与原锅炉烟道、风道的连接管道和管件等。
（2）控制系统：包括余热利用装置壁温控制，以及相应的控制阀门。
（3）吹灰系统：采用声波吹灰装置，可利用原有电厂压缩空气系统。
（4）电气部分：复合相变换热余热利用装置所配套的自控系统，以及接地处理，场地照明等由目前已有系统接出。
（5）余热利用方案的主要设备清单：
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
相变上段
1ea.090e.01
台
2
2
相变下段
1ea.090e.02
台
2
吹灰系统部分
3
弱爆吹灰器
套
1
4台弱爆发生器
4
无缝钢管
Φ57×3.5
Kg
若干
视气源位置,4.62Kg/m
5
球阀
DN50
只
4
控制系统部分
6
电动蝶阀
DN1000
只
2
7
热电阻
WZP230、PT100
支
4
8
自控仪表
XMA5626
块
1
目标值由DCS系统信号（4-20mA DC）给定
9
显示控制变送仪表
XMB5026
块
1
4-20mA DC变送输出
10
电缆线
RVV-5×1.0
米
100
11
电缆线
RVV-3×0.5
米
200
12
套管
焊接管Φ25×1.5
Kg
43.5
其余用原有设施
连接部分
13
无缝钢管
Φ273×10
Kg
若干
14
无缝钢管
Φ133×4
Kg
若干
视现场管路布置,
Kg/m
15
90°热轧弯头
PN1.6,DN250,R=375
只
12
16
90°热轧弯头
PN1.6,DN125,R=190
只
12
3.7、项目实施进度安排
通过双方的共同努力，目前已完成的研究内容和取得的成果为：
（1）、完成了锅炉运行情况的调研，对锅炉排烟温度的情况有了全面的了解。
（2）、完成了针对尾部空预器低温腐蚀和灰堵机理分析与研究，了解和认识了低温腐蚀和灰堵机理，为确定最佳排烟温度奠定了基础。
（3）、完成了低温腐蚀露点的定性分析，初步确定了低温腐蚀露点和最佳排烟温度。
（4）、完成了复合相变换热器结构和控制系统的研究和配置，进行了复合相变换热器工艺和结构优化研究。
（5）根据项目进度安排，初步确定了在锅炉尾部安装复合相变换热器。请业主安排相关上级单位对我司技术方案进行核算和论证，尽早能够进行各项技术参数确认，为尽快提供设备设计制造奠定基础。
3.8、节能方案综合评估
（1）降低企业成本方面：通过上述分析，应用复合相变换热器节能技术后，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，锅炉排烟温度可由目前的128℃降至110℃，锅炉回收的热量为8693kw，每年锅炉节约的标煤达6357吨，按太原当地标煤570元/吨计算，年节约燃煤开支362.3万元。
增加能耗由已有的电源系统提供。若按照0.25元/度的厂用电价，年运行小时为5500小时，电厂因此每年增加的耗电费用约为357.2×5500×0.25=48.08万元
扣除上述电耗，年节约燃煤开支为314万元。锅炉排烟余热利用后，电厂系统锅炉部分的热效率将提高1%左右。
如果实际运行中，允许将换热器的最低壁面温度控制在90℃左右，排烟温度降至100℃，则节能效益还有望进一步大幅度提高。设计压缩空气进行吹灰，可使余热利用装置适应于特殊条件。
（2）技术方面：复合相变换热新技术是目前国内外处于领先水平的一项新型专利技术。余热利用装置的设计、制造和安装严格遵循国家有关标准，根据不同的等级要求，可申报当地技术质量监督部门审查和备案。由于金属壁面温度处于可调、可控状态，复合相变换热器能够在相当大幅度内，适应煤种以及传热负荷的变化，有效避免了低温腐蚀和灰堵现象，设备的使用寿命长。该装置采用自动控制，不需要人为干预，所用电气控制、电机等设备均采用国家节能产品，运行管理简单可靠。
（3）投资风险方面：由于我公司采用的复合相变换热技术与装置是通过国家级鉴定并被列为《国家级重点新产品》，荣获原国家经贸委《“九五”国家技术创新优秀项目奖》，技术是成熟可靠的，有众多的电厂多年的应用业绩，即使这些业绩对1000吨锅炉来讲只算作大型试验，但所有试验无误的证明节能实践的客观性，不存在投资风险。通过该余热利用技术的成功应用，为将来国电集团在系统内推广应用该技术奠定前期基础，在节能降耗上也能够起到一个先进作用。
（4）安全方面：在锅炉尾部增加余热利用装置，安装的换热器属于独立设备，没有与原锅炉的本体、给水加热系统、控制系统等连锁，系统静态运行，对实际运行不产生非安全问题；装置本体超温等有报警和采用自动控制泄放装置。
节能优化设计的热力管道设计、施工等均遵循压力管道有关规范和标准，以确保节能优化设计的热力管道的运行安全；余热利用装置不属于压力容器，但该装置的设计、制造和安装严格遵循国家有关压力容器标准，并可报当地技术质量监督部门审查和备案。
（5）环保方面：锅炉排烟余热利用后，锅炉的燃烧系统和燃烧方式不变，因为节约燃料，大气污染物排放浓度因节煤而减少。锅炉产生的烟气污染物浓度不变，但二氧化碳排放量减少了。没有新的噪音源产生。
（6）健康方面：为了改善供热职工的生产环境及身心健康，易烫伤设备及管道均考虑了保温措施。
四、系统控制技术
4.1、相变换热器的可控性
为了避免相变换热器在负荷工况和燃料煤种变化的时候产生低温腐蚀，相变换热器的壁面温度是可以调整的。实际运行时换热器最低壁温控制值应参照用户实际所使用燃料的烟气酸露点作相应变动，通过调节经过相变上段的空气量，从而控制相变换热器放热段的放热量，达到控制相变换热器的壁温的目的。改变换热器最低壁温可以通过调整(也可通过DCS给定)自控仪表的目标值来实现，这样就能保证在受热面安全（不结露）的前提下回收效益的最大化。调节空气量需要在进风管道上添加空气旁路和旁路阀，工作原理见下图4.1图示：
由图所示，通过调节被加热的空气量,保持烟道中相变段壁温在设定值上下2度之间波动。监测相变段壁温，当相变段温度升高时，高过设定值，自动关闭旁路空气蝶阀，让通过空气段换热器的空气多一些，带走热量多些就会降低相变段壁温；当相变段温度降低时，低于设定值，自动打开旁路空气蝶阀，让通过空气段换热器的空气少一些，依据设定相变壁温为目标值SV，壁温测量为PV, 旁路空气蝶阀开度为控制输出OUT,建立一个PI或PID闭环调节，其中的P，I,D参数依据现场调试设定。其他烟道温度，空气温度，等参数作为测量监视，不参与控制，可提供报警。
设备按独立运行设计，不参与锅炉其他的连锁控制。
4.2 壁温技术原理
复合相变换热器现场配置一套就地电气控制装置,实现相变换热器的自动运行，包括相变段,烟道,空气回路的温度测量,空气旁通阀就地自动运行及操作,并预留DCS通信接口,满足设备正常运行时中控室的监视和控制要求。控制独立于锅炉系统，与锅炉系统没有连锁关系，在设定范围内自动运行。工作原理见下图4.2所示：
4.3 控制系统描述
(1)主要控制组成：现场PLC控制柜，智能可调蝶阀，PT100热电阻等组成。（2）主要技术要求：温度测量：精度0.1℃；控制壁温偏差：±2℃；（3）控制流程图，见下图4.3所示。
4.4控制的I/O清单
序号
名称
DI
DO
AI
AO
备注
1
1#蝶阀ZC6101反馈
1
2
1#蝶阀ZC6101控制
1
3
2#蝶阀ZC6102反馈
1
4
1#蝶阀ZC6102控制
1
5
温度测量
11
测壁温,空气温度,烟气温度
6
吹灰器运行
1
7
吹灰器故障
1
8
壁温低报警
1
9
烟温低报警
1
合计：
4
13
2
4.4 PLC控制系统
系统采用西门子S7-200系列。PLC将温度，阀门等数字量，模拟量采集到PLC，蝶阀由PLC进行PID自动控制，现场配置显示仪表和触摸屏，可以现场进行显示，操作，设置参数。PLC预留RS485/MODBUS RTU通讯接口，可以实现DCS系统通讯，在中控室实现对相变换热器监视和控制。
4.5控制的主要设备
由我公司设计与其烟气余热利用系统配套的电气测控设备及材料等。设备包括系统所需的检测元件、执行元件、变送器、就地设备控制箱（柜）、电缆及桥架等设备及安装材料。见主要设备材料清单如下：
序号
名称
型号规格
单位
数量
生产商
1
控制柜
1800X600X450
台
1
中兴科扬
2
电动蝶阀
ZDLM-16K DN100,1.6MPa，材质：阀体碳钢，内件：304不锈钢，KV=155,220V供电，4-20mA信号控制和反馈。
台
2
上海瓦特斯阀门
3
热电阻
WZP230 PT100 L=150
只
4
4
热电阻
WZP230 PT100 L=300
只
4
5
热电阻
WZP230 PT100 L=1000
只
3
8
电缆桥架
120x60mm
米
20
9
电缆
YJV 3X1.0
米
20
10
电缆
YJV 5X2.5
米
20
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