锅炉余热利周装置低压省煤器的热力分析及优化设计
锅炉排烟热损失一直都是锅炉热损失中最主要的一项。排烟温度偏高一直是国 内各个电站普遍存在的问题，尤其是运行了一段时期的电站，因为运行参数偏离了 设计参数，或煤种变化等原因，常常造成排烟温度过高。这不仅影响电厂的热经济 性，而且为空气预热器的安全运行也埋下隐患。因此，为了提高电站运行的安全可 靠性且做到节能降耗，必须想办法降低排烟温度。低压省煤器安装在锅炉烟道尾部， 是一种利用烟气余热的设备。它在降低锅炉机组排烟温度的同时降低了煤耗，回收 的热量重新引入热力系统从而提高了锅炉的运行经济性，因此被广泛应用于电厂余 热回收。本文介绍了降低排烟温度和排烟损失的各种途径，并重点介绍了低压省煤 器系统在降低排烟温度上的实际应用情况。
本文研究了低压省煤器系统的工作原理，分析了影响经济性的各个参数，给出 了优化设计模型。并以某电站加装低压省煤器为例，在给定排烟温度的条件下，依 据优化设计模型，计算得到了低压省煤器最优受热面布置方式及所用鳍片管的结构 参数。然后依据局部经济性计算的方法对加装低压省煤器后的热力系统进行了分 析，计算和比较了全厂的热效率和煤耗率，同时讨论了设计和运行参数对换热系数 的影响。此外，以广泛应用于低压省煤器的换热元件H型鳍片管为例，通过数值模 拟对其传热过程进行了分析，获得了 H型鳍片管翅片侧的温度场和速度场的分布， 得到了表面传热系数和流动阻力随烟气流速和鳍片节距的变化规律，为鳍片管的优 化设计和低压省煤器的优化选型提供参考。
关键词：低压省煤器；热力分析；优化设计；H型鳍片管
研究背景及意义
人类社会的发展历程就是认识自然，适应自然，改造自然的过程。人类从起源 之初，便开始了直接或间接的能源利用。能源产业为经济的发展提供了最重要的原 材料和动力，所以一直倍受重视。社会发展至今，能源结构有了巨大的变化，不在 是单一的化石能源，风能、太阳能、潮汐能、地热能等新能源的研究和应用也得到 有利的发展。从新中国建立至今，随着国家社会R新月异的变化，我国的能源生产 也同时得以紧步发展壮大。作为经济发展血液的重要基础产业，能源生产一直得到 高度重视，60年的建国史同时也是能源生产能力不断发展壮大的历史。1954年至 2008年，能源工业累计完成投资100945亿元，年平均增长14.7°/。。2008年，我国 能源生产总量达到26亿吨标准煤，比1949年增长108.5倍，年均增长8.3%。原煤 产量由1949年的0.32亿吨扩大到2008年的27.93亿吨，增长86倍。1949年，发 电装机容量185万千瓦，2008年末达到7亿多千瓦，发电量由1949年的43亿千瓦 小时增加到2008年的34669亿千瓦小时，增长805倍。其中火电60286万千瓦， 电力方面，60万千瓦、百万千瓦大容量高参数火电发电机组得到广泛应用。但我国 在能源的使用上，很长一段时间里，由于主观的意识和客观的设备的原因造成了很 多浪费。近几年来，我国对能源产业的认识也逐步发展中，对以往粗放式发展所造 成的能源浪费，在主客观上有了越来越多的反思和改进，“节能减排”这一与时俱 进的主题被提上议程，成为未来很长一段时间内，能源产业发展和变革的目标，越 来越多的资金投入和政策性关怀也体现出我国政府对此的重视。
随着国民经济的快速增长和居民生活水平的提高，对能源的消费需求也逐步增 长。电能因为传输方便等优点，常常作为能量利用中的媒介，属于二次能源。随着 科技的发展，越来越多的发电方式被研究和应用于实践。但时至今円，在我国的发电厂构成中，火力发电仍占主导地位。火力发电是利用煤、石油、天然气等固体、 液体、气体燃料燃烧时产生的热能，通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式 其生产过程中，以消耗燃料为代价，而作为一次能源的化石等燃料，储量限制肯定 会反过来制约火电的发展。所以为了满足人民群众对电能的需求，而且还要从节能 方面考虑，火力发电厂的节能问题都应该给予重视。在电厂中，由于燃料燃烧未被 充分利用所造成的火力发电厂排烟温度过高，会带来能量的损失，这一直是一个困 扰性难题[1，2]。在火力发电厂中，影响锅炉效率的各项损失中，锅炉的排烟热损失 占比最大。对大中型锅炉，约为（48%)，影响排烟损失的因素为排烟温度和烟气
容积[3]。排烟温度过高，造成了火力发电厂煤耗增加，资料表明H]，一台400t/h超 高压锅炉排烟温度每上升15°C~20°C,排烟损失将增加1%,标准煤耗上升3-4 g/kw •h。以上调研结果表明，应当有效地降低排烟温度，以节约电站锅炉的煤耗，响应 节能减排的国家政策。电站锅炉排烟是一个潜力很大的余热源，应该充分地将其利 用起来，以减少损失，节约能源。
1.2烟气余热利用
1.2.1 分类简介
烟气余热可做诸多用途，关于它的回收利用[5'61: —，按照被加热介质的不同 可大体分为预热并干燥燃料、加热凝结水、加热热网水等；二，按照布置位置的不 同，可分为锅炉省煤器后部、空气预热器后部、除尘器后部及脱硫吸收塔前部；三， 按照换热方式的不同，可分为直接换热和间接换热，即利用烟气直接与需吸热介质 接触，或以中间介质为热媒，由中间介质吸收烟气余热，再将热量释放给需要吸热 的介质；四，按照能量的利用方式的不同可分为两类，其一是利用能量转换设备， 将烟气余热转换为其它形式的能量回收利用，其二是通过换热设备，将烟气余热仍 以热能的形式回收至热力系统；五，按照烟气余热的消费群体的不同可分为电厂内 部消化和外部热网利用。
1.2.2 烟气余热的利用装置
目前国内外烟气余热回收利用装置有焊接板(管)式换热器，回转式换热器，热 媒式换热器，热管式换热器，此外，还有加装低压省煤器和有效吹灰或加装程控吹 灰装置等[7]。
热媒式换热器对系统的要求十分苛刻，且其运转设备多，设备维护和运转费用也高，所以在国内应用比较少；热管一种新型且高效的换热元件[8]，是依靠其内部的 工质的循环流动来实现热量传递[9]，与金属材料相比，它的当量热导率要高出数倍； 以热管为传热元件的热管换热器在回收废热、利用热能、节约原料、降低成本等方 面较其他换热器优点独特，特别是应用于中低温烟气的余热回收上，因此被广泛应 用于锅炉的余热回收"]，实际经验也表明其节能效果显著；可通过空气预热器回 收烟气余热[12，|3],将回收热量用于加热炉膛燃烧所用的空气,提高进入锅炉的空气 温度，从而提高炉膛温度使煤粉能够充分燃烧，同时降低了排烟温度，减少了排烟热 损失，提高了锅炉的燃烧效率；另外也可以采用低压省煤器，利用烟气余热来加热 锅炉给水，提高给水温度，减少加热器的抽汽，从而将抽汽排挤回汽轮机继续做功，