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频谱热交换锅炉运转能力剖析

发布时间：2016-03-30 点击：7

　　相变换热锅炉原理

　　相变换热锅炉，是一种对外只输出热量不输出介质的锅炉。相变换热技术是对常规的基本结构进行改进：在锅炉上设置换热装置，它通过锅炉中自身产生的蒸汽，向换热装置内的介质(热网系统循环水)放出汽化潜热后冷凝成水，重新回到炉内，再生成蒸汽，这样形成锅内系统的闭路相变循环换热方式。相变换热锅炉实质是在原汽包系统上，安置特制的、特殊形状的不锈钢换热管组，热网循环水通过此换热管组与汽液双向流体直接换热，管外沸腾状态的汽液双流体相变换热对管壁换热系数高;而管内较高速度流动的循环水，又在特殊几何形状(波节状)，且热阻又很小的波节管中约束流动，在这种变截面、缩放性的流道中，热网循环水得到强化扰动，加大了其对管壁换热系数，其管内的气体和杂质也很难析出并附着在内壁上。这种置于汽包上的相变换热装置，比其它所有炉外换热装置传热系数K值都要大的多，换热效率高，热损失小。所以相变换热锅炉，不但节省锅炉炉外换热复杂的换热设备，还节省了给、补水的水处理设备和大型除氧设备，提高了燃料中热能的有效利用率。其运行的经济性是常规汽水换热及常规热水锅炉供暖无法比拟的。它又与常规热水锅炉直接供暖不同，它避免了热网循环水直接进入锅炉，直接接触受热面易结水垢、易氧腐蚀而使锅炉出力和锅炉热效率逐年降低，缩短锅炉大修及延长使用寿命。运行中不准排污或放水，汽包水位恒定。只要保持热网循环水量不变，最高供水温度不变，锅炉最高压力基本不变。
　　相变换热锅炉与常规采暖方式对比
　　常规采暖方式
　　(1)热水锅炉直接采暖：该采暖方式中，系统循环水全部流经锅炉加热后再直接送往用户。
　　(2)蒸汽锅炉产生蒸汽经各种换热器，汽水换热后采暖。包括常规板式换热器、管式换热器、浮头式换热器、铸铁、铸钢或不锈钢换热器等换热方式进行汽水换热。它的热损失、占地、运营、土建投资等问题与前者基本相同，经济性更差。
　　常规采暖方式存在的问题
　　(1)对于热水锅炉，水动力性能的好坏直接影响锅炉的安全性、经济性。锅炉的水动力事故(爆管、结水垢等)远远高于蒸汽锅炉。热水锅炉的水循环是由水的温差(如95/70)而产生的重度差形成的动力压头或水泵的压头来完成的，所以，无论是采用自然循环方式，强制循环方式、其炉内受热面的水速也不可能达到热水锅炉安全运行绝对理想的安全水速(0.27m/s)，因此势必危及设备的安全运行。
　　(2)上述几种方式的锅炉必须排污，存在排污热损失、水损失，受热面不同程度存在结垢现象。
　　结垢必然影响传热，必然降低主机设备的热效率，其运行安全性，经济性必然存在诸多问题。若解决结垢，必须改进水质，相应的必然发生水处理设备投资、占地、化验、运营等费用。况且采取上述措施后，也不能从根本上彻底解决常规热水锅炉，结水垢及氧腐蚀的问题。
　　(3)主机设备的氧腐蚀现象严重，缩短设备大修周期，增大维修管理费用。
　　(4)上述方式不同程度存在电耗大的问题，原系统水全部流经锅炉，需大功率高扬程循环泵来克服这部分阻力。
　　相变换热锅炉特点
　　(1)不结水垢、无氧腐蚀及低温腐蚀，(2)锅炉热工性能好
　　相变换热锅炉热功率输出稳定，热效率高，节能效果显著，环保意义重大。改造后，锅水与系统循环水彻底隔绝，炉膛温度提高，其自身热功性能良好传热工况稳定，锅炉运行中始终处于高效率状态，节煤显著，且由于炉膛温度高，燃烧反映激烈，燃尽状况及佳，锅炉冷态启炉速度快，减轻了黑烟对环境的污染。是一种降低锅炉排烟色度的最根本方法。
　　(3)锅炉运行稳定可靠，安全系数高
　　相变换热锅炉上设置的热交换装置采用了最先进的传热构件波节管。
　　(4)锅炉使用寿命延长
　　(5)相变换热锅炉与常规热水锅炉比较经济效益显著，相变换热锅炉运行管理费用低，综合效益高。
　　热水锅炉运行状况及改造
　　热水锅炉运行状况
　　新区锅炉房有三台SHL600-115/75-10-A型热水锅炉，分别于1987年、1992年投入正式运行，是我国投入运行较早的热水锅炉。经近几年的运行，发现存在问题较多，主要表现在锅炉出力不足，结垢严重，暴管事故多，维修量大，运行可靠性差等方面。
　　三台热水锅炉经济性不高，出力远达不到额定工况，只有额定工况的70%左右或更低些，已经越来越不能适应公司发展的需要。
　　对热水锅炉进行改造
　　为解决运行中上述存在的实际问题，在保证锅炉负荷不变的前提下，对三台热水锅炉进行了如下的改进：
　　(1)增装相变换热装置在原有热水锅炉顶部增装一相变换热装置。
　　使锅炉处于蒸汽炉工况下运行，采暖外网的循环水通过相变换热装置的水侧进行换热，而不直接进入锅炉(锅炉产生的蒸汽进入相变装置的汽侧，与外网循环水进行间接的汽水换热)。锅炉本体内的近10m3水在锅炉与相变装置的汽侧进行循环相变换热，此水量不外供，不消耗也无须补充，使得锅炉受热面不结垢无腐蚀，保正受热面的洁净，有了良好的传热条件，高效传热，增加出力。
　　(2)改进锅炉对流区烟气换热工况，增设烟气折返板
　　在热水锅炉对流区，将部分烟气纵向冲刷改为传热工况较佳的横向冲刷，在对流区增加烟气折返板，提升烟速，因为烟气速度越高，冲刷管壁越强烈，热交换也越强烈。
　　(3)锅炉内加装23级除尘装置
　　在锅炉对流区增设折返板，提升烟速的同时，为了减轻烟气对省煤器、空气预热器对流受热面的磨损，降低锅炉的原始排尘浓度，在锅炉内加装23级除尘装置。
　　(4)更换锅炉前拱管、后拱管和水冷壁管，调整锅炉前、后拱墙形状更换了结水垢较严重，传热工况较差的锅炉前、后拱管和两侧水冷壁管，以及过烧变形的锅管。对锅炉拱形进行调整，使前后拱墙精确配合，迫使火焰在前后拱下打旋，强化燃烧，增强火焰及高温烟气的扰动以达到提升炉膛温度的目的。
　　改造后相变换热锅炉出力改造后，锅炉炉膛温度由原来的980?1020之间提高到现在的1300左右。根据传热学波尔兹曼四次方定律分析，锅炉改造前后炉膛内的热辐射能力分别为：
　　根据公式E=aCo(T/100)4式中：E物体辐射能量kcal/m?2?h;a黑度系数取0.85;Co黑体的辐射能量系数取4.9;T黑体的表面绝对温度。
　　改造前，当炉膛温度1020时;则E?1?=0.85X4.9X<(1020+273)/100>?4?=?1.164X10?5?kcal/m?2?h改造后，当炉膛温度1300时;则E?2?=0.85X4.9X<(1300+273)/100>?4?=2.55?X10?5?kcal/m?2?h则E?1?/E?2?=1.164X10?5?/2.55X10?5?=45.6%上述计算中改造前E?1仅为改造后E?2的45.6%，充分说明改造后炉膛传热效率大大提高。
　　改造后，相变锅炉供、回水温差达到23，实际水流量达260m?3?/h(相变锅炉设计水流量240m?3?/h，较改造前热水锅炉设计流量133m?3?/h大大提高)，这使得相变锅炉出力相应增加。
　　根据锅炉出力=流量X温差则：改造前热水锅炉出力：P?1?=162X10?3?X21=?3.4X10?6?kcal/h=3.96MW改造后相变锅炉出力P?2?=260X10?3?X23=?5.98X10?6?kcal/h=6.97MW改造后7MW锅炉可达到额定出力，就是说改造后比改造前增加25%30%出力，我公司新区锅炉站房的三台热水锅炉总计增加出力近5MW，使该地区供热介质温度大幅度提高，供暖效果明显改善。
　　改造前后经济效益分析
　　(1)改造后锅炉热效率提高，节煤近11%，三台锅炉每年节约标准煤1400吨，节约费用：230元/吨X1400吨=32.2万元/年。
　　(2)改造前每年锅炉换管、洗炉等费用：平均每台炉年发生费用约5万元，三台炉共计15万元。
　　(3)相变换热锅炉不排污，每年三台炉可节约水处理及用水费用近12万元。
　　三项总节约费用：32.2万元+15万元+12万元=59.2万元此次相变换热锅炉改造费用共计120万元。由上述计算可知，改造后的三台相变换热锅炉每年运行可节省费用近60万元，在两年内可收回投资。
　　结语
　　热水锅炉改造为相变换热锅炉集经济性、实用性、安全性于一体，构造真实合理，保证了锅炉站房的高效稳定运行，不但近期效果显著，而且远景看好，同时也为传统的热水锅炉改造提供了一条新思路。

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