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    大容量鍋爐通常采用回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，其出口煙氣溫度(即排煙溫度)分布從煙氣初始端到末端呈現(xiàn)逐步升高的態(tài)勢。以容克式三分倉空氣預(yù)熱器為例，其轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向及其通道(即倉室)如圖1所示。

    當(dāng)轉(zhuǎn)子從二次風(fēng)通道進(jìn)入煙氣通道的初始端(圖1陰影區(qū))，轉(zhuǎn)子蓄熱板的溫度最低，其與煙氣間的傳熱溫差最大(空氣預(yù)熱器人口煙氣溫度呈平衡分布)，兩者的換熱最大，因此在初始端出口其煙氣溫度最低。此后，隨著轉(zhuǎn)子在煙道的旋轉(zhuǎn)，其蓄熱板的溫度不斷升高，蓄熱板與煙氣的傳熱溫差越來越小，其出口煙氣溫度也越來越高，這是造成回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度分布從陰影區(qū)所在的初始端到末端溫度逐步升高的主要原因之一。另外，在煙氣初始端，蓄熱板溫度和煙氣溫度均較低，易發(fā)生低溫腐蝕堵灰。初始端之后，煙氣溫度和蓄熱板溫度逐步升高，發(fā)生低溫腐蝕堵灰的概率隨之降低。由此可見，提高初始端的煙氣溫度，則可以提高空氣預(yù)熱器的抗低溫腐蝕堵灰能力。針對上述問題，本文提出在鍋爐現(xiàn)有空氣預(yù)熱器入口煙道上增設(shè)非平衡換熱器的設(shè)想，將現(xiàn)有煙道分隔為幾個小煙道，從初始端到末端，逐步加大換熱器的吸熱量，使該換熱器出口(即空氣預(yù)熱器煙氣入口)的煙氣溫度分布呈現(xiàn)逐步降低或階梯降低的規(guī)律。這樣，在空氣預(yù)熱器出口初始端煙氣溫度不降低或略有升高的前提條件下，使煙道其他部分的煙氣溫度均呈現(xiàn)不同程度的下降，且呈平衡分布規(guī)律。

    1非平衡換熱器布置形式空氣預(yù)熱器入口非平衡換熱器示意如圖2所示。

    圖2中，標(biāo)號1為對應(yīng)煙氣初始端的小煙道，標(biāo)號2、3為中間2個煙氣初始端的小煙道，標(biāo)號4為對應(yīng)煙氣末端的小煙道，標(biāo)號5為非平衡換熱器，標(biāo)號6、7分別為非平衡換熱器的凝結(jié)水進(jìn)出口管道。非平衡換熱器的冷卻工質(zhì)取自鍋爐給水或回?zé)嵯到y(tǒng)中某級加熱器出口的凝結(jié)水，其主要布置形式如下。

    (1)在各個小煙道設(shè)置外形相同的換熱器，但各個小煙道的受熱面面積不同，其中標(biāo)號4煙氣末端通道的換熱器面積依次大于標(biāo)號3和標(biāo)號2的小煙道換熱器面積，標(biāo)號1的小煙道則不布置換熱器。由于受熱面面積不同，各小煙道的阻力不同，這樣會導(dǎo)致其流量分配出現(xiàn)偏差。對此，可通過調(diào)整原有的風(fēng)門開度來平衡各個小煙道的風(fēng)量。

    (2)當(dāng)鍋爐排煙溫度高于空氣預(yù)熱器低溫腐蝕堵灰最低溫度時，初始端標(biāo)號1的小煙道也可設(shè)置換熱面，受熱面的布置依然采用從初始端到末端逐步增加的原則。

    (3)非平衡換熱器采用蛇形管，沿全部煙道寬度布置蛇形管，且各個小煙道布置的受熱面相同，其進(jìn)水端在小煙道4，出口端在小煙道1，這樣，被加熱工質(zhì)溫度逐步升高，其與煙氣的傳熱溫差逐步減小，從而使各個小煙道受熱面的吸熱從小煙道4到小煙道1逐步減少，使煙氣溫度呈現(xiàn)逐步降低的分布規(guī)律。

    2增設(shè)非平衡換熱器可行性分析

    2．1經(jīng)濟(jì)性空氣預(yù)熱器煙氣入口非平衡換熱器的經(jīng)濟(jì)性與其被加熱工質(zhì)的來源有關(guān)。如果空氣預(yù)熱器人口的煙氣溫度與鍋爐給水溫度的傳熱溫差達(dá)到4O℃左右，非平衡換熱器的冷卻工質(zhì)可以選擇鍋爐給水，并直接與省煤器串聯(lián)。這樣，煙氣溫度降低釋放的熱量全部被鍋爐所利用(入爐熱量增加)，在這種情況下，非平衡換熱器的經(jīng)濟(jì)性可以用排煙損失的降低直接進(jìn)行計算。對于3001000MW機(jī)組鍋爐，其鍋爐排煙溫度的降低幅度在7～2O℃，可提高鍋爐熱效率0．4～1．0％，降低機(jī)組供電煤耗1～3g／(kW·h)。如果空氣預(yù)熱器入口的煙氣溫度與鍋爐給水溫度的差值較小，非平衡換熱器的面積較大而現(xiàn)場不具備布置條件時，其工質(zhì)可以選擇機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)的凝結(jié)水，在這種情況下，鍋爐的入爐熱量非但未增加，且因空氣預(yù)熱器吸熱減少、熱一、二次風(fēng)溫度降低而有所減少。此時，機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)吸收的熱量有2部分，一部分是空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度降低所釋放的熱量(在此為煙氣余熱)，另一部分為鍋爐熱風(fēng)溫度降低所付出熱量(此為鍋爐的有效熱量)。因此，機(jī)組的凈熱量收人等于從煙氣余熱中所回收的熱量減去從鍋爐中得到的那部分熱量在回?zé)嵯到y(tǒng)因利用率降低而損失掉的部分。因此，在非平衡加熱器的冷卻工質(zhì)為第5級低壓加熱器的進(jìn)口或出口凝結(jié)水時，在鍋爐制粉系統(tǒng)不摻冷風(fēng)的情況下，鍋爐付出的熱量為一、二次風(fēng)因溫度降低而損失的熱量，扣除后者的損失部分后，機(jī)組的凈熱量收入僅為加熱鍋爐給水溫度的4O左右。據(jù)此計算，對于3001000Mw機(jī)組鍋爐，僅可提高鍋熱效率0．15％～0．409／6，降低機(jī)組供電煤耗0．4～1．2g／(kW·h)。當(dāng)鍋爐制粉系統(tǒng)摻冷風(fēng)時，采用非平衡換熱器技術(shù)后，熱一次風(fēng)溫度降低使制粉系統(tǒng)摻的冷風(fēng)量減少，但入爐熱量不變(即磨煤機(jī)入口風(fēng)溫不變)。這樣，占人爐總風(fēng)量約2O的一次風(fēng)的熱量并未減少，與制粉系統(tǒng)不摻冷風(fēng)時相比，使入爐的熱風(fēng)損失減少約2O。此外，制粉系統(tǒng)摻的冷風(fēng)減少使煙氣溫度降低3℃左右，此兩項合計可使非平衡加熱器的收益提高到加熱鍋爐給水時凈收入的8O左右。據(jù)此計算，對于300～1000Mw機(jī)組鍋爐，可提高鍋爐熱效率0．3--0．8，降低機(jī)組供電煤耗0．9～2．4g／(kW·h)。當(dāng)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時，非平衡換熱器入口煙氣溫度與凝結(jié)水溫度同時降低，其吸熱量變化很小，即凝結(jié)水的溫升僅變化1℃左右，其經(jīng)濟(jì)性隨機(jī)組負(fù)荷變化不大。這里需要說明的是，上述分析并未考慮煙氣阻力的變化。非平衡換熱器的阻力與其選擇的加熱工質(zhì)有關(guān)，當(dāng)被加熱工質(zhì)為凝結(jié)水時，其受熱面小，非平衡換熱器的阻力可控制在300Pa以內(nèi)。同時，由于空氣預(yù)熱器入口煙氣溫度的降低，空氣預(yù)熱器的阻力可降低200Pa左右，實際系統(tǒng)的阻力增加僅為100Pa左右，對經(jīng)濟(jì)性的影響幾乎可忽略不計。但被加熱工質(zhì)為鍋爐給水時，其受熱面比較大，非平衡換熱器的阻力增加較大，很難控制在300Pa以內(nèi)，在這種情況下，需從上述收益中扣除其對機(jī)組電耗的影響。

    2．2實施性在實際中，從省煤器出口到空氣預(yù)熱器入口的煙道比較長，具有加裝非平衡換熱器的空間。即使在省煤器與空氣預(yù)熱器之間加裝脫硝設(shè)備，在空氣預(yù)熱器入口與脫硝設(shè)備之間仍然有一定的空間可以加裝非平衡換熱器。空氣預(yù)熱器煙氣人口非平衡換熱器及其系統(tǒng)雖然是一項新開發(fā)的技術(shù)，但其與常規(guī)換熱器并無太大差異，相應(yīng)技術(shù)及設(shè)備也較為成熟。非平衡換熱器的工質(zhì)為凝結(jié)水時，其傳熱面積小，投資也比較小，300Mw機(jī)組鍋爐的改造費(fèi)用約為300萬元，1年多即可收回投資。

    3結(jié)語

    利用回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的旋轉(zhuǎn)特性在空氣預(yù)熱器入口設(shè)置非平衡換熱器，在不降低空氣預(yù)熱器抗低溫腐蝕堵灰能力的前提下，可以將鍋爐空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度降低7～2O℃，可以降低機(jī)組供電煤耗，提高鍋爐熱效率。目前，在空氣預(yù)熱器煙氣入口增設(shè)非平衡換熱器僅為一種設(shè)想，但其作為進(jìn)一步降低鍋爐排煙溫度的技術(shù)途徑卻具有明顯的經(jīng)濟(jì)性與可實施性，建議進(jìn)一步加大其工程應(yīng)用方面的研究力度，為燃煤電廠機(jī)組節(jié)能發(fā)揮作用。

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