浅谈烟气余热回收系统的应用

金正风，冯福笋，蒋玲花

（1.江苏巴威工程技术股份有限公司，江苏 镇江 212215；2.江苏科技大学，江苏 镇江 212000）

浅谈烟气余热回收系统的应用

金正风1，冯福笋2，蒋玲花2

（1.江苏巴威工程技术股份有限公司，江苏 镇江 212215；2.江苏科技大学，江苏 镇江 212000）

通过对烟气回收中存在的问题进行分析，提出了采用热管换热器解决低温露点腐蚀的方法，并列举工程设计方案及其达到的节能效果。

余热回收装置；热管换热器；低温腐蚀；节能

烟气余热回收系统可将锅炉烟气中大部分的热量回收，用以加热凝结水、热网水或其他介质，可减少汽轮机抽汽量及汽轮机额定工况的进汽量，降低机组热耗，最终降低机组燃煤量，减少SO2、CO2排放量，从而实现节能环保，降耗减排。

一、锅炉烟气余热问题分析

大型锅炉都安装有铸铁管或不锈钢式省煤器，用来助燃空气或预热锅炉给水，但是由于石油、煤、天然气燃料中均含有硫，在燃烧时产生的硫氧化物与水蒸汽结合后即形成硫酸蒸汽。当锅炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点，就会在其表面结露，引起腐蚀，严重影响了锅炉的运行安全。目前，锅炉都是通过提高排烟温度来缓解结露的产生，致使锅炉烟气温度过高，导致大量热能损失及环境污染。

一般工业锅炉的热效率约为60%～70%，排烟温度250～350℃，而导热油炉，排烟温度更是达到280℃以上，大量余热未充分利用，节能空间很大。

为了进一步降低排烟温度和提高热效率，因此要从酸露点确定、设计选材和正确操作等方面采取措施，来避免低温露点腐蚀。

1.稍高于烟气露点温度

露点是衡量低温腐蚀的重要参数。露点防腐蚀的一般方法是通过精心的设计，在效率降低不多的情况下，提高换热面的壁温，使之稍高于烟气露点温度。其具体温度可依下式计算：

式中：tDP—换热器传热面壁温，℃；

2.选用耐腐蚀材料

在进行烟气余热回收时，由于受到换热器传热面所能承受的最高温度限制，使余热得不到充分回收。不

同的材料允许的最高使用温度不尽相同，因此，在设计时，应根据换热器的壁温选择合适的材质。比如，可以用ND钢(09CrCuSb)，因为它具有较高的抵抗低温腐蚀能力，不但能抗硫酸腐蚀，而且在负氯离子中也具有较高的耐蚀性，而它的力学性能与碳钢相当。

3.正确操作

锅炉上安装的预热器经常由于操作不当带来不利影响。如加热炉的频繁启停有可能造成预热器的低温腐蚀。因此，在加热炉的操作规程中，也应列入保护换热器正常工作的规定。

通过利用热管式换热器的余热回收装置能将烟气中的高品位余热进行回收，可使工业炉效率提高8%～10%。它是把传统工业锅炉排出的废气，用于提高锅炉软水温度，或用锅炉排出的废烟气，加热锅炉助燃空气提高送风温度，实现节能，这个装置的使用对锅炉效率的提高具有重大意义。

二、余热回收装置的使用

目前，国内外烟气余热回收系统中的换热器，主要有回转式换热器、焊接板(管)式换热器、热管换热器及热媒式换热器，其中以热媒式和热管式为主。热媒式换热器由于运转设备多，设备维护和运转费用高，对系统的要求十分苛刻，在国内应用较少。热管是一种新型、高效的传热元件，其内部靠工质循环实现热量传递，当量热导率可达金属的103～104倍。以热管为主要传热元件的热管换热器较其他型式换热器具有独特的优点，在利用热能、回收废热、节约原料、降低成本等方面，特别适用于中低温的余热回收，广泛应用于锅炉余热回收，取得了明显的节能效果。

热管换热器可通过不同形式的组合，回收锅炉烟气余热，如预热锅炉助燃空气的空预器、预热锅炉给水的省煤器、生产热水的水加热器及生产蒸汽的余热锅炉。热管换热器能够将燃气锅炉烟气温度降低至80℃左右，燃柴油锅炉烟气温度降低至100℃左右，这是铸铁管或不锈钢式省煤器或空气预热器无法做到的。

图1 吸液芯型热管的工作原理示意图

图1 为吸液芯型热管的工作原理示意图。热管主要由3个基本部分组成：一是两端密封的容器，多数做成圆管状；二是由多孔材料(金属网、金属纤维等)构成吸液芯，覆盖在管壁的内表面；三是容器内充有一定数量的工质及其蒸气。

热管的一端与热流体接触，管内的工质受热后蒸发，变成蒸气，管内对应的饱和蒸气压力也相应提高。这一受热区段称为蒸发段。产生的蒸气靠空间内微小的压差，经过中间的传输段(不受热的绝热段)流向另一端的冷凝段。在冷凝段，工质向冷流体放出热量而使管内的蒸气又冷凝成液体。吸液芯型热管中冷凝的液体工质靠吸液芯的毛细管作用又回流到蒸发段，继续重复上述过程。而重力式热管则不需要管芯，只需将冷凝段布置在上部，蒸发段在下部，工作液就可以靠重力作用回流到蒸发段。

2.热管换热器性能特点

热管是敏度极高的换热元件，它是在真空管内液体之间相互传递热量，真空内部热阻小，具有良好的等温性能等特点，具体表现如下。

(1)体积小，传热效率高

热管可以相变传热，还可以对热管肋化，强化其传热效果。相同热负荷下，可减少管数、扩大流通面积、降低流速、减轻磨损，延长换热器的使用寿命。

公司的治理结构作为企业发展的重要组成部分，对于企业的长期发展而言具有重要影响，一方面，公司的治理结构极大地影响了企业投资者的回报，对于企业和投资者的利益起到的平衡的作用。现代化的企业制度下，企业的生产和经营大多都是采取所有权和经营权分离的模式，这种情况下，由于市场投资者的股权比较分散，对企业的控制权也就很难得到保障，而公司治理结构的调整和优化就是为了在根本上保障投资者和所有者的权益。另一方面，公司治理结构的存在也是为了协调集团内众多的利益群体。不仅可以对企业的管理者起到积极的激励作用。同时也会有效地保障企业经营决策的科学性。

(2)具有极强的抗腐蚀能力

由于传热靠真空管内液体相变进行，而且壁面温度高、等温性能好，设计时应该使管壁温度稍高于烟气露点温度，这样烟气冲刷热管时就不会结露，烟气中含硫不会溢出，而是随烟气排出，所以热管、管箱和管道不会被腐蚀。

(3)布置灵活

热管可以作为通用的传热元件，对于传热量要求不同的换热器，可以用改变热管根数的方法进行任意组合。

(4)工作安全可靠

每根热管是独立的换热元件，即使其中1根发生故障，也不影响整个换热器的正常工作。在检修时，可以单独进行更换。

三、工程方案及节能效果

1.某工程基本资料

2012年4月，某工程建设2 950t/h超临界燃煤发电锅炉配备烟气脱硫系统，并于同年12月在脱硫吸收塔前入口处加装低温烟气余热回收系统吸收排烟余热，将排烟温度从125℃ 降低到85℃左右。机组容量为2×1 000MW超临界燃煤；煤种选用烟煤；烟气露点温度约70℃；引风机入口烟气温度约125℃(THA工况)。

2.设计方案

(1)烟气余热回收系统布置

烟气侧：烟气通过静电除尘器后，在引风机和脱硫吸收塔烟气进口间的烟道之前，设置烟气余热回收系统。根据初步计算，要求烟气热量回收装置处的烟道截面积为31.85m2(6.5m×4.9m)，换热器长度约6.45m。

水侧：在机组运行时，通过低压加热器，使进水温度高于60℃，进入烟气余热回收系统之后，出水温度达到80℃。烟气余热回收系统出水口与暖风器进水口相连接，从而实现热能重复利用。在送风机出口与空气预热器入口之间，加装的暖风器会使通过的空气温度及空气预热器壁温升高，防止低温腐蚀。

(2)烟气余热回收系统流程图见图2。

(3)热力计算结果见表1。

3.节能效果

至2013年年底，该工程脱硫系统设置烟气余热回收系统，已运行5 500h，烟气余热回收系统设备前后情况对比统计见表2，结果表明，设置烟气余热回收系统具有显著的节能效果和经济效益。

表1

表2

四、结语

设置烟气余热回收系统，可以充分吸收烟气余热，节约煤源，降低脱硫用水，增加发电量，提高发电机组整体效率，值得推广。当然，回收锅炉烟气的余热也要注意不能使排烟温度过低，防止造成低温生煤器的腐蚀。如何最大限度地利用余热，提高电厂的经济效益，响应国家节能减排政策，建设节能环保型，仍需要不断的努力。

图2 系统流程图

[1] 吴洪春. 工业锅炉节能的方向和指标[J].煤炭技术，2004(9).

[2] 杨广仁. 锅炉烟气余热的回收利用[J].油气田地面工程，2004(9).

[3] 张洪源. 锅炉烟气余热回收利用分析与措施研究[J].企业技术开发，2009(5).

[4] 梁著文. 烟气余热回收装置的利用[J].沿海企业与科技，2010(10).

[5] 汤学忠. 热能转换与利用[M].北京：冶金工业出版社，2002.

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