电厂烟气余热利用研究

电厂烟气余热利用研究

王树伟1 王振栋2  姚子新3

天津国能盘山发电有限责任公司 天津市 301900

摘要：进入新时代，在我国城市化进程的不断加快下，带动了社会经济水平提升，导致在全球范围内都面临着气候变化、生态环境、资源短缺等问题，因此为促进未来经济的发展急需重视、建立资源节约型、环境友好型社会。火力发电厂会耗费大量的煤炭，大约是40%的全国煤炭产量，污染排放物超过30%，因此其面临的节能减排工作任务极为严峻。从电力企业发展的角度来看，必须注重创新常规设计思路，改善设备装置基础，全面优化锅炉系统设计方案，从而进一步提高其机组运行效率。

关键词：锅炉；烟气余热；利用研究

引言

火力发电厂的排烟温度是锅炉设计的主要性能指标之一，设计值一般在120～140℃，其携带的热量造成的损失占电站锅炉输入热量的3%～8%，是影响锅炉热效率、锅炉制造成本、锅炉尾部受热面烟气低温腐蚀和引风机耗电率等的重要因素。电站锅炉运行过程中，由于实际煤种与设计煤种的差别、燃烧调整不及时等原因造成排烟温度高于设计值，甚至高达160℃，大量余热未充分利用，造成极大的能源浪费。

1电厂烟气余热利用节能的重要性

目前，国内外有众多专家学者开展了燃煤电厂的节能减排研究，其中有一部分专家开展了烟气余热利用系统的设计，利用预热回收装置对烟气进行余热再利用，变废为宝，不仅减少了烟气排放，同时也对排放物进行了再利用，达到了提质增效、节能降耗的目的，众多电力企业争相开展此项技术的研究和应用。

2电厂烟气余热利用研究

2.1经济指标与效益

烟气余热利用装置在安装以后，不会额外增加锅炉燃料，能够有效提升电厂循环的吸热量与循环效率。其次，在回热系统中通过输入烟气余热量，能够排挤部分抽汽，起到降低汽轮机循环热效率的作用。同时，循环吸热量会促使电厂的循环效率增加值递增，不可忽视的是，该值通常低于因排挤抽汽后所导致的汽轮机循环效率，所以经济效果更为良好，能够为电厂节约大量的成本。基于此，使用该装置能够降低回热抽汽量和汽轮机汽耗率，从而有利于整个机组发电煤耗率的显著降低。在开展热经济性分析时可以充分利用等效热降法，在系统中输入排烟余热，在保持锅炉有效热量不变的情况下，可以得到一样的经济效益计算结果。

2.2管束磨损、积灰、腐蚀防控措施

在机组运行过程中，低温省煤器受热面所经过的烟气灰尘量很大，所以必须控制好管束磨损、积灰防控的措施。首先可根据实际情况对烟气制定相应的流速，有效避免因管束长时间的运转造成自身的磨损，根据经验，将烟气的流速控制在10m/s。现场实际将烟气的流速设计在9.2m/s，此速度有效降低烟尘对管束的磨损，也可以避免堆积积灰。其次可以优化整个换热器自身结构的设计。比如采用蛇形管弯头保证焊口与烟气流动区完全隔离，有效避免弯头之间磨损严重。对于迎风面，可以加强此面的壁厚，确保更加耐磨。

设置防腐蚀的管式换热器，或是根据烟气酸露点的温度，通过热水再循环的方式，确定合适的低温省煤器的温度，从而有效地避开发生低温腐蚀的区域。设置烟气侧进、出口温度测试，及时控制烟气温度和水温。采用耐酸腐蚀的材料，减缓腐蚀的速度，并留有一定的腐蚀余量。

2.3防冻措施

对于室外布置烟气换热器本体及其管道，极寒地区冬季气温处于0℃以下的时间较长，在这种可能的寒冷天气情况下，机组停运时烟气换热器内会因存有大量积水而容易造成换热管冻坏。因此，机组冬季停运时，采取以下措施。（1）在系统投运前供水管道及排气、排污阀均设置有保温层；（2）设备本体各管组的集箱和母集箱、供水管道均设置有排污阀，停运后及时开阀排污；（3）可在设备本体各管组集箱的排气阀处引入厂用压缩空气，利用压缩空气可加快管束内的积水排出；（4）关键位置的排空、排气、仪表阀等管道设有伴热装置，以保证管道在冬季时不结冰。

2.4设计方案和布置方法

该装置可以充分利用表面进行换热，借助烟气实现闭式循环水的加热，还可以垂直布置换热器。在装置换热管中可以分段利用烟气余热，即高温段和低温段，通常需要在装置上侧做好低温段的布置工作，在下侧，应布置高温段，然后，通过安装联箱促进两个温度段的有机连接。其次，应兼顾受热面的防磨与防腐问题，对其表面进行全面清洁。这样便于后期拆卸和替换热组件与密封件，确保换热管在更换过程中不会对其它换热管产生负面影响。该装置所运用的换热管钢质是ND钢，使用寿命通常能够达到5万小时以上。

除此之外，要将回式空气预热器安装在炉后框架运转层，而且，该装置通常在其烟气侧出口的下部布置，在支撑时可以选择从零米开始设支架的方式。

2.5电厂烟雨消白系统余热回收中的应用

目前个别地区电厂完成烟羽消白系统改造，采用空塔喷淋降温方式，在烟羽治理过程中烟气热量被喷淋得循环水带走最终散入大气中，造成了能量的浪费，可以通过回收这部分热量进行能源再利用从而达到节能减排的作用。

拟定新增热泵模块，烟羽消白系统循环水回水作为余热水引入热泵模块，通过热泵模块换热降低循环水温度，既通过热泵回收烟羽消白系统的循环水余热，对热网水或是凝结水进行加热：

1）新增热泵加热热网水系统，冬季通过热泵系统回收脱硫烟气提水装置的循环水余热，对热网回水进行一级加热，然后再进入热网加热器加热到供热需求温度供出。加热热网水系统具有系统简单、运行操控性较好和改造工程量小的特性，适用于冬季有采暖需求地区，仅在采暖季运行，系统运行费用低，综合收益高。在满负荷工况下，年净收益约为900～1000万元，可作为有采暖需求企业用户的首选工艺路线。

2）新增热泵加热凝结水系统，通过热泵系统回收脱硫烟气提水装置的循环水余热，加热凝结水系统，此系统需要设置凝结水升压泵等配套阀门管道，系统结构相对复杂，运维难度较大，改造工程量大，不受地域限制，全年均可运行，年总收益较好，但运维费用较高。在满负荷工况下，年净收益在500万元以上，对于没有采暖需求的工业企业，可作为烟气余热回收的优选方案。

综上所述，余热来加热凝结水，排挤汽轮机抽汽，增加汽轮机做功功率，降低煤耗。若电厂为供热机组，在采暖季节可将此部分余热用于采暖供热，热能利用效率更高，节能潜力更大。

结束语

综上所述，通过研究发现：烟气余热利用系统的设置，能够帮助全厂提高热效率、减少对于煤炭资源的消耗，促进发电量的增加。然而，不可忽视的是，因为回收锅炉烟道余热是有限的，所以排烟温度不可能过低，如果排烟温度低于烟气露点，必然会使换热设备在运转过程中滋生低温酸，从而对设备造成腐蚀损坏的影响，因此具体工程在考虑是否安装该系统时需要根据实际情况而定。总之，不管是老电厂改造、新建机组，烟气余热都能够发挥一定利用价值，为促进全厂热效率的提高就需要对烟气余热进行科学且合理的利用，进而节约煤耗，确保实现节能减排的目标。对于今后的电厂设计而言，需要加强对于烟气余热及其它各生产环节的节能研究工作。

参考文献

[1]李沁伦，王璐凯，刘银河.燃煤发电机组烟气余热利用系统改进研究[J].动力工程学报，2019，39（12）：1019-1026.

[2]廖航涛，李新成，李鹏霄.基于LNG厂站一体化的燃气轮机余热锅炉尾部烟气余热深度利用研究[J].能源与环境，2019（05）：11-13.

[3]史洪超，郑莆燕，杨宇，曹玮.二次再热机组锅炉烟气余热利用方案研究[J].热能动力工程，2019，34（05）：9-14，48.