浅析工业企业锅炉烟气余热利用的高效循环系统

尹星 尹蕊 巴迪龙

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

浅析工业企业锅炉烟气余热利用的高效循环系统

尹星 尹蕊 巴迪龙

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

按照能级理论，工业供热或纯凝机组，都可以看作由若干个能级组成的子系统，这里根据能级和系统工程原理，提出了一种深度利用烟气余热和减少回热抽汽做功损失，实现排烟温度稳恒控制的高效系统，以供同行参考。

排烟温度；烟气余热回收；低温余热发电

1 背景技术

国内工业锅炉排烟温度大都在120～150℃。对于排烟温度为120～150℃的锅炉，传统的理念认为已经满足各项指标要求了，继续降低排烟温度，就可能出现腐蚀等不可控因素。而湿法脱硫的最佳工作温度为80～90℃。从120～130℃的烟气温度降低到80～90℃，其中蕴含着大量的热量。湿法脱硫系统中取消了GGH系统后，提高增加了进入脱硫系统的烟气温度，这将降低脱硫效率。烟气温度处于80～90℃为最佳的脱硫温度区间。为了满足这个要求，就要采用脱硫系统前喷水减温或增加脱硫工艺水量。若采取脱硫系统前喷水减温，把烟温降低到80～90℃，需要大量的减温水，同时加重了脱硫系统的负担，也浪费了烟气所蕴含的巨大热量。

传统理论和固有的技术经济分析认为：工业锅炉的排烟温度在120～140℃内较好，很少采用低于120℃的排烟温度。但是当前在价格成本和环保脱硫等要求方面发生了巨大的差异变化，燃料价格高涨，从经济成本方面考虑，进一步降低排烟温度成为目前工业锅炉节能减排技术发展的必然趋势。针对上述情况，有必要重新审视传统的工业锅炉排烟温度范围的相关结论，通过技术经济分析，提出适合于当前情况新的工业锅炉排烟温度选择范围。

低温省煤器这一提高烟气余热利用效率的设备陆续引起了各行业的广泛关注。

2 国内外低温省煤器应用概况

2.1 国外烟气余热利用技术现状

在国外低温省煤器较早就得到了应用。最初，前苏联为了减少排烟损失在改装锅炉机组时，在锅炉对流竖井的下部装设低温省煤器，供加热热网水之用[1]。

2.1.1 西方国家烟气余热回收技术和工程应用

1）回收烟气余热，加热凝结水

低温省煤器烟气布置在电除尘器和脱硫塔之间的烟道上，烟气流过低温省煤器，烟气温度从160℃降低到120℃后进入脱硫塔；水布置在汽轮机低压抽汽回热系统，加热凝结水。由低温省煤器设计参数可知，烟气温度降低了47℃，部分凝结水温度提高了42℃，低温省煤器在设计负荷工况的最低传热管金属壁温高于86℃。布置位置和系统流程如图1所示。

图1 低温省煤器系统计置图

2）回收烟气余热加热锅炉进风

低温省煤器烟气布置在电除尘器和脱硫塔之间的烟道上，烟气流过低温省煤器，烟气温度从140℃降低到80℃后进入脱硫塔；循环水冷端进入低温省煤器，热端进入锅炉暖风器，将锅炉进风温度由26℃提高到66℃。

旁路高温省煤器和低温省煤器组合(加热高压与低压给水)

在空气预热器旁路烟道系统内设置高温省煤器，加热汽轮机高、低压抽汽回热系统的凝结水。在电除尘器和脱硫塔之间的烟道上布置低温省煤器，烟气流过低温省煤器，烟气温度从150℃降低到90℃后进入脱硫塔。闭式循环水冷端进入低温省煤器，热端进入锅炉暖风器，将锅炉进风温度由23℃提高到120℃。

2.1.2 东亚国家烟气余热回收技术和工程应用

由于烟气排放的要求比较高，所以一般都安装有GGH。烟气放热段的GGH布置在电除尘器上游，烟气被循环水冷却后进入低温除尘器(烟气温度在85～95℃)。烟气加热段的GGH布置在烟囱入口，由循环水加热烟气。脱硫后的干净烟气被加热到78℃以上再排向大气。

2.2 国内烟气余热利用技术

国内工业企业虽早已有低温省煤器的应用，但早期低温省煤器应用的主要目的是降低锅炉排烟温度。由于种种原因，技术改造后的锅炉排烟温度仍然高于设计排烟温度。

近年来，国内低温省煤器技术研发、设计、制造也逐渐发展起来,能初步满足工企锅炉的实施应用。以四川省某工程为例，该工程通过在脱硫吸收塔前加装烟气冷却器，利用锅炉排烟余热加热从2号低加热器进口引出部分或者全部凝结水，凝结水从78.8℃升温至101.5℃，然后在2号低压加热器的出口与剩下的凝结水汇集后进入3号低加热器，从而减少了回热系统对低压缸的抽汽，在机组运行条件不变的情况下有更多的蒸汽进入低压缸做功，达到了充分利用锅炉的排烟余热的目的。由于进入吸收塔的烟气温度设计值从124℃降低到84℃，实际运行中从137℃降低到了92℃，从而大大减少了吸收塔工业冷却水耗用量[2]。该厂的低温省煤器的运行参数见表1，系统设置方案见图1。

表1 某企业锅炉系统低温省煤器运行参数

3 工业企业锅炉烟气余热利用系统的组成

通过对国内外工业锅炉烟气余热利用系统的分析研究，对于我国燃用烟煤的大容量工业机组而言，可采用的低温省煤器设置方案主要有四种布置方式：一是布置在空预器后、除尘器前；二是布置在除尘器后、引风机前；三是布置在引风机后、脱硫装置前；四是分段布置，第一级低温省煤器布置在空预器后、除尘器前，第二级低温省煤器布置在引风机后、脱硫装置前。

工业企业锅炉烟气余热利用系统的五个部分构成为：烟气深度冷却系统、空气加热前置预热器系统、旁路高压给水系统、凝结水系统和性能优化及控制系统。

4 水泥厂中低温纯余热发电的高效循环系统

在水泥厂，中低温纯余热发电系统一般设置两台余热锅炉，一台为窑尾锅炉，通常称SP炉；一台为窑头锅炉，通常称AQC锅炉。SP锅炉设置在最后一级预热器和窑尾主排风机之间。废气温度一般在300～400℃，含尘量高、一般标准为50～80 g/m3,废气的负压较大。

AQC锅炉设置的主要考虑因素为冷却机排出的高温废气,其含尘量标准状况下为10～20 g/m3,腐蚀性大。高温废气经AQC锅炉热交换和后，其温度只需保证在不结露和节点温差合理的前提下尽可能降低。因此为加大热能利用率，AQC锅炉设置为双压余热高效循环系统，分设高、低压省煤器。高压省煤器加热后的热水同时作为窑尾蒸发器和窑头高压蒸发器的给水。窑头低压省煤器加热后的热水供窑头低压蒸发器使用，窑尾锅炉及窑头锅炉高压过热器同时生产一种压力的过热蒸汽，混合后进入汽轮机入口段。汽轮机的排气经凝汽器凝结成水由凝结水泵输送到除氧器，除氧后一部分水由高压给水泵加压送回窑头锅炉的高压省煤器重新循环，另一部分水由低压给水泵加压送回窑头锅炉的低压省煤器重新循环[3]。

5 经济性分析

5.1 主要经济技术指标

以某2×4 000 tpd水泥熟料生产线配套2×7.5 MW水泥余热发电高效循环系统工程为例进行经济性分析，该配套余热发电工程窑尾AQC锅炉使用双压余热高效循环系统，主要经济指标见表2。

表2 某水泥企业余热高效循环系统

5.2 投资概算

该2x7.5 MW水泥余热发电工程投资概算如下：

工程静态投资7 792.17万元，建筑工程费203.19万元，设备购置费5 519.97万元，安装工程费999.67万元，其他费用1 069.34万元。

6 结论

工业企业高效循环系统可以实现锅炉排烟温度自动控制,提高机组安全经济性和运行灵活性，对2×4 000 tpd水泥熟料生产线的烟气余热利用方案进行理论和计算分析，每千瓦时电成本约0.08元，在不增加水泥烧成热耗的情况下，每吨熟料可增加25～40 kWh的电力，因此可节约大量电力费用，降低水泥产品成本，提高企业的经济效益。

排烟温度是关系到锅炉经济性和安全性的复杂问题，随着能源价格和环保要求的不断提高，应把工业锅炉的排烟温度降低到经济合理的水平。

针对水泥厂的余热发电项目,发电规模越大，单位发电量投资越低，反之越高。当然还需结合当地的上网电价，将投资回收控制在3～5年以内，反之投资风险加大，需慎重考虑。

[1]白炎武,刘全山,王冠文,等.一种具有高效循环系统的煤粉锅炉电站分析[C].中国动力工程学会600/1 000 MW超超临界机组技术交流2010年会,2010.

[2]潘炯.水泥厂中低温纯余热发电技术及其应用[C].全国新型干法水泥生产技术交流会,2003：38-41.

[3]GB 50049-94,小型火力发电厂设计规范[S].