新型尾部烟气热能集合高效系统的研究与应用

郭建强

（内蒙古京能锡林发电有限公司，内蒙古锡林浩特 026000)

新型尾部烟气热能集合高效系统的研究与应用

郭建强

（内蒙古京能锡林发电有限公司，内蒙古锡林浩特 026000)

我国现役火电发电机组中锅炉排烟温度一般在125～150℃，褐煤锅炉的排烟温度一般在原煤水分40%时排烟温度能达到160℃，排烟热损失严重。集合高效热能回收系统是将锅炉尾部烟道的热能进行综合梯阶回收，此技术已在京能五间房2×660MW机组工程中不断取得创新和突破，有效地降低了锅炉排烟温度，实现了热能的深度回收和利用，降低了机组发电能耗。并且降低了污染物的排放，达到接近零排放的目的。

烟气热能；烟气余热；烟冷器；排烟温度

1 技术成果的主要用途和技术原理

1.1 技术成果的主要用途

一般褐煤锅炉的效率在90%～93%，排烟热损失影响锅炉效率大约在5%～8%，占总热损失的80%。而影响排烟热损失的重要原因是锅炉排烟温度，排烟温度一般每升高10℃，排烟热损失将会增加0.6%～1.0%。

京能五间房电厂2×660MW工程燃用内蒙古锡林郭勒地区的高水分褐煤，原煤水分在35%～40%，为了使煤粉得到干燥、燃烧稳定，空预器出口一次风温能达到380℃以上，同时空预器入口烟温必须要高于410℃，因而导致空预器出口排烟温度高于150℃以上，排烟热损失很大。针对此问题，本项目论证、实践了空预器旁路换热器、凝结水烟冷器、热媒水交换器的锅炉尾部烟气热能综合梯阶利用技术，机组煤耗可降低6～8g/（kW·h）[1]。

1.2 技术原理

新型尾部烟气热能集合高效应用系统充分利用复合相变换热技术，核心是“热平衡原理”，即将原来热管换热器中相互独立的设计部分构造成一个相互联系的整体。通过调节换热量，实现对整个系统不同工况及煤种水分变化的闭环控制，保证制粉系统干燥通风出力的前提下，达到大幅回收烟气热能的目的。同时，进入空预器的冷一、二次风用热媒水换热器来加热，提高空预器入口风温，保证整个设备免受低温腐蚀。

1.2.1 空预器旁路

空预器旁路系统是将锅炉一部分烟气直接引入空预器旁路烟道换热器中，而不经过空预器，分别通过给水换热器和凝结水换热器与给水和凝结水进行热交换，加热给水和凝结水[2]。

1.2.2 热媒水换热器

在空预器出口烟气系统上设置一级复合相变热媒水换热器，通过加热烟道换热器中的闭式循环水将热量传递给一、二次冷风，实现空气与烟气热量交换，并将空预器出口烟温降至90℃。同时，为了维持整个系统的能量平衡，在低温省煤器前设置一级烟冷器加热凝结水，实现工况改变及环境温度大幅变化时系统能量的平衡。

2 关键技术和创新点

2.1 关键技术

（1）本项目采用的原创性节能技术，在设计原理上实现了大胆的创新。即通过热媒水换热器将空预器入口一次风温提高，保证了褐煤制粉系统干燥处理的前提下减少空预器与一次风的热交换，最大限度提高旁路份额，将热量转移至旁路省煤器实现大幅降低排烟温度，使系统达到最高的经济性能。

（2）在降低锅炉排烟温度的同时，利用热媒水换热来提高器空预器入口一、二次风温，保持空预器冷端受热面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的腐蚀区域，从根本上避免了空预器冷端受热面结露腐蚀和由此发生的堵灰[3]。

2.2 创新点

（1）锅炉尾部烟道集合高效换热器在热力系统中的连接方式，直接影响到它的经济效果和分析计算的方法以及运行的安全、可靠性。简单的低温省煤器是将#7低加入口的凝结水引出加热后再进入#6低加出口，排挤六段抽汽量来提高蒸汽做功能力，此方案对于提高机组经济性而言，效果甚微，降低锅炉煤耗约2g/（kW·h）。而本工程是首先利用烟气余热加热来提高冷一、二次风温，通过提高空预器入口一、二次风温减少烟气在空预器中的换热，而将这部分热量用于加热高加和#5低加的旁路给水和凝结水，通过排挤汽轮机一、二、三、五次高品级的回热抽汽从而获得更高的经济效益，可降低煤耗约7g/（kW·h）。

（2）通过提高空预器入口一、二次热风温度，将空预器出口烟气温度提高到161.3℃，有效地避免脱硝机组空预器堵塞问题，大大提高空预器运行的可靠性[4]。

（3）集合高效的创新布置方式（见图1）

图1 集空预器烟气旁路、烟冷器、热媒水暖风器于一体的高效热能利用系统

3 查新与同类技术比较

查新现有空预器旁路系统如下图2：

图2 空预器旁路加热凝结水系统

本工程高效集合热能应用系统如图1所示，比较二者关键技术的不同点可以发现：

（1）现有的空预器烟气旁路系统只用于加热#5低加入口的凝结水，排挤低品质抽汽降低煤耗为1.5～2g/（kW·h）；而本工程除加热#5低加入口的凝结水外同时还加热高加入口的给水，排挤高品质抽汽可降低煤耗6～8g/（kW·h）。

（2）本工程增加一级加热#6低加旁路凝结水的烟冷器，用于调节系统由于工况变化导致的能量的不平衡。

4 推广应用情况及前景

4.1 推广应用情况

京能五间房电厂一期2×660MW工程是国内首次在大型褐煤火电机组的锅炉尾部将空预器烟气旁路、凝结水烟冷器和热媒水换热器集中应用的范例。打破了常规低温省煤器的设计理念及结构布局。锅炉尾部烟气热能集合高效应用技术的成功应用于国内大型高含水褐煤火电机组烟气余热深度综合利用方面，起到了广泛的示范效应。

4.2 应用前景

根据调查，在电力行业中，燃煤机组的过剩热能约占燃料消耗总量的17%～67%，可回收利用的烟气热能约在60%左右。尾部烟气热能集合高效回收装置降低了排烟温度，减少了热量排放损失，有效地解决了高水分褐煤锅炉效率低的问题，同时减少污染物的排放[1]。对于在建和改扩建的大型褐煤火电机组提供了典型的设计方案，应用前景广阔。

5 经济和社会效益情况

“烟气热能集合高效应用系统”可以使烟气温度降低60～70℃，降低煤耗6～8g/（kW·h），机组效率提高0.7%～1.5%。

1）等效标煤量

本工程锅炉蒸发量为2 117t/h，以原空预器出口烟气温度161.3℃计，使用复合相变换热器后尾部排烟温度为90℃，此区间烟气温度降幅为71.3℃。

式中：Vg为烟气流量，单位：m3/h；

ρg为烟气密度，取1.295 kg/m3；

Cpg为烟气比热，取1.12 kJ/（kg·℃）；

ΔT为复合相变换热器前排烟温度与复合相变换热器后排烟温度差值，单位：℃；

φ为设备保热系数，取0.98；

Q为复合相变换热器回收热量，单位：kW。等效标煤量：

式中：Q为复合相变换热器回收热量，单位：kW；

HR为全年设备运行小时数，取5 500小时；

Qp为标煤的发热量，单位：kCal/kg；

ηk为锅炉效率，取93.02%；

860为“大卡”和“千瓦时”单位转换系数。

使用新型尾部烟气集合高效热能回收技术后，回收烟气中的热量71 308kW，差不多年节约标煤51 799t（按年运行5 500h计）。

2）引风机增加的能耗

（1） 烟气系统阻力增加950Pa，引风机能耗Py增加：

式中：Δhy为增加的烟气阻力，单位：Pa；

Vg为烟气流量，单位：m3/h；

ηk为引风机效率，取85%。

引风机耗电量将增加786.397kW，占总节能量71 308kW的1.1%。

增加的年总耗电量E为：

式中：Py为引风机增加的能耗；

HR为全年设备运行小时数，取5 500h。

（2） 烟气流量变化对风机电耗的影响

烟气温度降低的同时，烟气流量会大大降低，风机处理烟气流量减少会使风机电耗大幅下降。

（3） 实际运行表明：系统阻力增加导致风机电耗增加与烟气量减少引起的电耗降低基本相当。

6 结束语

大型褐煤锅炉通过对锅炉尾部烟气热能集合高效系统的综合利用，机组可实现降低煤耗约7.7g/（kW·h）。每吨标煤按260元/t计算，全年节约燃料成本约1 346万元。

同时由于除尘器入口处烟温可减低至90℃，实现了低温除尘器对SO3和Hg部分脱除，也大幅降低了脱硫系统的水耗，社会效益及环保效益显著，为火电机组的可持续发展创造了条件。

[1] 刘新建.工业锅炉尾部烟气余热综合利用技术的应用[J].价值工程，2013.

[2] 周武，向朝晟，李键.火力发电厂锅炉尾部烟气余热利用技术[J].东方电气评论，2012.

[3] 刘贺佳.燃气锅炉尾部烟气凝结换热及余热回收利用研究[D].天津：河北工业大学，2015.

[4] 马有福，杨丽娟，吕俊复.电站锅炉尾部烟气余热利用系统技术经济性比较[J].动力工程学报，2017.

Research and Application of High Energy System for Heat Generation of New Tail Flue Gas

Guo Jian-qiang

The exhaust gas temperature of boilers in China is about 125～150℃.The exhaust gas temperature of lignite boilers is generally 160℃ when the raw coal water is 40%，and the heat loss is serious.The combination of efficient heat recovery system is the boiler tail flue heat energy integrated ladder recovery，this technology has been in Beijing to five room 2 × 660MW unit project in continuous innovation and breakthrough，effectively reducing the boiler exhaust temperature，The depth of heat recovery and utilization，reducing the unit power generation.And reduce the emissions of pollutants，to achieve the purpose of close to zero emissions.

flue gas heat；flue gas waste heat；smoke cooler；exhaust gas temperature

TP273.5

B

1003–6490（2017）11–0235–02

2017–09–07

郭建强（1984—），男，内蒙古乌兰察布人，助理工程师，主要研究方向锅炉节能。