发电厂锅炉烟气余热回收方案热经济性研究

龙群力，朱彦雷，刘继平

(1.大唐略阳发电有限公司，陕西 略阳 724300；2.西安交通大学能动学院，陕西 西安 710049)

0 引言

火电行业是我国耗能大户。2011年全国火电机组装机容量达到7.6亿kWh，发电量达到38 975亿kWh，所消耗的标准煤超过12亿吨［1］。提高我国燃煤火电机组的热经济性、减少环境污染，对火电行业的可持续发展具有重要意义。

排烟热损失是电站锅炉各项热损失中最大的一项，一般在3%～5%左右，约占锅炉总热损失60%以上［2］。我国许多电站锅炉实际排烟温度高于设计值，热损失很大；另一方面，排烟温度过高时，为保证脱硫系统正常运行，需要对烟气进行降温处理，使脱硫系统投资和运行费用增加。通过回收排烟余热以降低锅炉排烟温度，既能提高机组热经济性，又能降低脱硫系统费用，经济效益显著。

我国从上世纪80年代开始研究利用烟气的排烟余热，林万超等人提出了利用低压省煤器加热凝结水的余热利用方法，并获得了国家发明专利［3］。近年来随着国内锅炉材料的技术进步，以及煤炭价格的不断攀升，锅炉排烟余热利用迅速成为火电厂节能领域关注的热点［4-6］。

锅炉排烟余热属于低温余热，其能量品位较低。根据等效热降理论［7］，回收余热应用于热力系统时，所替代的抽汽能级越高，其热经济性越好。目前排烟余热基本上利用在低压加热系统。研究电厂供热系统采用厂用汽为热源，由于热网供水温度较低，可以采用排烟余热；而厂用汽能级高于低加抽汽，在供暖期采用排烟余热供暖具有较高的热经济性；而在非供暖期仍可利用排烟余热加热凝结水。本文将分析该电厂余热回收的热经济性，并为其工程应用提供依据。

1 余热回收方案设计

某电厂装备两台330 MW凝汽式燃煤机组，在发电的同时向附近的居民小区供热。该小区供暖面积为100 000 m2，设计热负荷6.11 MW。由于热负荷较小，供热系统采用厂用汽经混合式换热器进行供暖，厂用汽压力为0.5 MPa，热网水流量为210 t/h，供水温度为80℃，回水温度为55℃，年耗汽量为25 000 t。

该电厂冬季平均排烟温度为110℃，考虑在锅炉除尘器后的烟道内设置排烟余热换热器，根据锅炉的实际运行参数，计算设计负荷下换热器所回收的热量与其出口烟温的关系如图1所示。从该图可以看出，当换热器出口烟温达到84.7℃所回收的余热量即可满足供热系统要求。虽然进一步降低烟温可提高余热回收量，但换热器的投资也将增加。因此本文按照供热系统的供回水温度、流量及热负荷设计余热回收换热器，在供暖期回收排烟余热作为供热热源。

该厂330MW机组1号低加出水温度为52.6℃、接近热网回水温度；3号低加出水温度为83.6℃，接近热网的出水温度。因此考虑在非供暖期从1号低加引出部分凝结水，在烟气余热换热器中加热后返回3号低加出口。

图1 余热回收量与换热器出口烟温的关系

根据上述思路，对烟气余热换热器进行热平衡计算，其结果见表1。由于供暖期和非供暖期的介质温度、流量比较接近，计算过程中可假设烟气余热换热器的热负荷不变。根据该方案，设计排烟余热回收系统如图2所示。

2 热经济性分析

2.1 供暖期的热经济性分析

原混合换热系统采用厂用汽加热，厂用汽与热网水混合后供给用户。根据等效热降理论［6］，在主蒸汽流量不变的情况下汽轮发电机的功率减少。

式中：ΔNd为混合换热系统采用厂用汽加热机组功率减小值，kW；DT为混合加热系统耗汽量，kg/s；hT为厂用汽焓值，kJ/kg；hn为汽轮机低压缸排汽焓值，kJ/kg；、ηjxηdj分别为机械效率及电机效率。

表1 烟气余热换热器的热力计算结果

图2 某电厂排烟余热回收系统

设机组的发电煤耗率为b0，则由于供热采用厂用汽，机组年发电标准煤耗量增加

式中：n为供热系统年运行小时数，取3 000 h。根据上述公式，计算获得机组供暖期标准煤耗量增加987.9 t/a。

采用排烟余热供暖，不需要消耗厂用汽，可节约标准煤987.9 t/a。

2.2 非供暖期的热经济性分析

在非供暖期，部分凝结水在烟气余热换热器中吸热，2号、3号低加的抽汽量减少。根据等效热降理论，在主蒸汽流量不变的条件下汽轮发电机的功率增加：

式中：ΔNd为回收利用排烟余热后机组功率的增加值，kW；D′T为排烟余热换热器的凝结水流量，kg/s；τ2、τ3分别为 2 号、3 号低加的加热焓升，kJ/kg；η2、η3分别为2号、3号低加的抽汽效率。

设机组的发电煤耗率为b0，则回收利用排烟，机组年发电标准煤耗量减小值

式中：n′为非供暖期年运行小时数，取4 000 h。根据上述公式，计算获得非供暖期可节约标准煤883.1 t/a。

2.3 全年的热经济性

综合上述计算结果可知，采用图1所示的烟气余热回收系统，供暖期可节约标准煤987.9 t/a，非供暖期可节约标准煤883.1 t/a，合计每年可节约标准煤1 871 h，具有显著的经济效益。

3 结语

分析某电厂锅炉烟气余热回收利用热经济性，经过论证设计了供暖期利用烟气余热进行供暖、非供暖期利用烟气余热加热凝结水的锅炉排烟余热回收方案。 研究表明，采用该排烟余热回收方案，在供暖期利用排烟余热作为供热系统的热源，可完全替代厂用汽，可节约标准煤987.9 t/a；在非供暖期从1号低加出口引出部分凝结水，经过排烟余热换热器加热后返回3号低加出口，可节约标准煤883.1 t/a，合计每年可节约标准煤1 871 t，具有良好的节能减排效果。