锅炉烟气余热利用研究

李振新

摘要：近年来，社会经济的高速发展很大程度是以牺牲环境与资源换来的，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。从电力企业组织的角度来看，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。

Abstract： In recent years， the rapid development of social economy has largely been at the expense of environment and resources， leading to global problems such as climate change， ecological environment and resource shortages. Therefore， in order to promote future economic development， it is urgently needed to build a resource-saving and environment-friendly society. Thermal power plants consume a large amount of coal， about 40% of the national coal output， and polluting emissions exceed 30%. Therefore， the task of energy conservation and emission reduction is extremely severe. From the perspective of power enterprise organization， it is necessary to focus on innovating conventional design ideas， improving the foundation of equipment and equipment， and fully optimizing the boiler system design plan， thereby further improving the operating efficiency of its units.

关键词：锅炉;烟气余热;利用研究

Key words： boiler;flue gas waste heat;utilization research

中图分类号：TK11+5                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）24-0131-02

0  引言

在火力发电厂设计中为促进全厂热效率的提高、减少煤炭消耗和增加发电量，就需要对锅炉的烟气余热进行科学、合理的利用，最终实现节能减排的目的。在锅炉各项损失中，锅炉排烟损失是一项最大的热损失，为促进煤耗的减少和发电量的增加，就需要对烟气余热进行科学、合理、有效的利用[1]。

1  烟气余热利用途径

一般来讲，被加热介质不同，其利用途径也不尽相同，简而言之，烟气余热的主要利用途径包括热网水、加热凝结水和预热并干燥燃料。此外，当前烟气余热的换热方式主要分为两种——直接换热方式和间接换热方式。

1.1 预热并干燥燃料

近年来，大规模褐煤煤矿在内蒙、东北等地相继开发出来，当前研究的新课题就在于高水分褐煤预干燥，存在许多干燥工艺。干燥机滚筒作为核心设备，其结构为圆筒体，而且可以回转。其次，该干燥机滚筒略带倾斜角度，在其中一端的上部加入湿物料，就能够在另一端的下部收集干物料。与此同时，如果有超过150℃的热烟气从进料端或者出料端进入，就能够从另一端的上部排出。固体物料通常能够在滚筒内部停留12到14分钟，从而使出口的烟气温度降低到120℃左右[2]。

1.2 加热热网水

为锅炉系统组装防腐蚀管式换热器可以充分加热厂房或者厂区水暖系统的热网循环水，同时可以全部替代或者替代一部分常规的热网加热器，以此降低加热器的蒸汽耗量，并增进发电量。

1.3 加热凝结水

针对汽机回热系统中的凝结水，在加热时可以充分利用烟气余热，这对于汽机抽汽量的减少与煤耗的降低十分有效，从而能够促進全厂热效率的全面提高。

2  在老厂改造中应用烟气余热利用

2.1 工程概况

某6×200MW机组是由两台前苏联和四台捷克所制造而成的，它组建于20世纪70年代，该机组常用燃料是晋北烟煤。起初，其锅炉排烟温度是170.5℃，经过多次调整机组燃烧系统，使最终的排烟温度降低了10℃，即160℃。然而不可忽视的是，机组依然损失了很多锅炉排烟热量，锅炉总体效率呈偏低状态。为了更为充分地利用烟气余热，电厂进行了必要的节能改造，并将烟气余热利用装置安装在尾部烟道[3]。

2.2 做好烟气余热利用系统组装工作，优化系统布置方案，精选系统设备型号

做好烟气余热利用系统组装工作，促进水侧和汽轮机回热系统低压部分的有机连接，这样便于凝结水充分吸收排烟热量，与此同时，要将排烟温度降低20℃左右。其次，加热后的凝结水会再次进入低压加热器系统内，该系统属于汽轮机热力系统的重要组成部分，这种烟气余热利用装置方法与组合布置方案属于一种由旧低压加热器所改造的低成本高效率方案[4]。

烟气余热利用装置是一种烟气-水换热器，烟气走管外、凝结水走管内，引风机在改造项目中需要保持不断，因引风机压头富裕量不足，在设计该装置时需要尽可能少增加烟气侧阻力，在计算时可以选择相应的管束，在众多光管中因为顺列H形鳍片管管束具备多方面的优点与功能，像不易积灰、换热系数较高，能够优先选择，同时，可以在原有的引风机可接受的范围内进一步提升烟气的侧阻力。

2.3 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，能够排出部分抽汽，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，该值通常低于因排出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耗率，从而有利于整个机组发电煤耗率的显著降低[5]。

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。

2.4 相关注意事项

2.4.1 磨损问题

解决磨损问题，应充分发挥平均烟速较低的优势，同时借助基于3.3次方关系来迅速降低磨损速度。其次，增加壁厚也可以有效降低磨损程度。再次，为静电除尘器之前的垂直烟道组装该装置能够使灰粒动能得到有效降低，并减轻磨损程度[6]。

2.4.2 腐蚀问题

为有效的解决低温腐蚀问题，就需要对壁温进行强有力的控制，该装置可以在80.0-100.0℃之间调节进水问题，最低管子壁温在95.0-125.0℃之间，如此可保证最低壁温比烟气露点的94.3略高一点，避免出现低温腐蚀的情况[7]。

2.4.3 引风机出力问题

加装低压省煤器的之后会进一步增加烟道的阻力，因此，在正式加装之前，必须准确核算引风机的余量，而且，必须准确定位在此基础上将最大允许的阻力增加值。

3  在新建机组中应用烟气余热利用

3.1 工程概况

某2×600MW级装备使用的是超临界燃褐煤，配备了空冷机组。内蒙古锡林浩特胜利煤田露天矿褐煤，全水分最高、表面积超过15%，且可磨性系数与发热量不高，中低硫、低灰。同时运用了七级回热抽汽热系统，并配有3台高压加热器、1台除氧器和3台低压加热器[8]。

由于机组燃用的是高水分褐煤，因此要求制粉系统所具有的干燥能力比较充分，针对正压直吹式制粉系统即使用热风为干燥剂的，干燥用热风在进入磨煤机以后，风量比较大，同时风温也比较高，而且，要将褐煤一次风率的设计值控制到35%至42%之间，在此状态下，入磨风温必须保持在330℃到370℃之间，与此同时，风温应该比常规烟煤高100℃。目前，高风温的获得方法主要是运用三分仓回转式预热器对温度较高的烟气进行加热，为此褐煤炉一般具有相对较高的排烟温度。为降低空预器出口烟温，在该工程中应用了适度加大回转式空气预热器尺寸。

3.2 系统拟定方案

在该项工程中，加热凝结水的主要方法是烟气余热，新建工程成功运用了间接换热方式，在水换热器内充分吸收烟气余热闭式循环水，并用凝结水顺利完成了热交换作业，不仅使热量得以充分利用，而且可防止因磨损而污染凝结水，对于超临界、超超临界机组来说极具现实意义[9]。

3.3 設计方案和布置方法

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[10]。

4  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、电厂其它各生产环节的节能研究工作。

参考文献：

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[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]王皓，李军，王霄楠，宋磊.燃气热水锅炉烟气余热利用及消白雾技术分析与热能计算[J].区域供热，2019（05）：139-145.

[4]刘岗，黄玉妹，沈洪洪，任建兴.低温省煤器联合暖风器在630MW超临界机组锅炉烟气余热利用系统中的应用[J].上海电力学院学报，2019，35（04）：373-378.

[5]王秀红，盛伟，刘全山.电站锅炉烟气余热利用技术方案研究[J].发电技术，2019，40（03）：276-280.

[6]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.

[7]刘亚玲，张诚，刘朝.ORC利用工业锅炉烟气余热发电技术经济性评估[J].重庆大学学报，2019，42（01）：70-78.

[8]林文强.关于锅炉尾部烟气余热在除尘过程中的利用探讨[J].能源与环境，2018（05）：23，25.

[9]李斌，王金平，安连锁.协同颗粒物脱除和水分回收的电站锅炉烟气余热利用系统[J].环境工程，2018，36（10）：179-183.

[10]Quoilin， S， Orosz， M， Hemond， H， etal. Performance anddesignoptimizationofalow-costsolarorganicRankinecyclefor remotepowergeneration[J]. Solarenergy， 2011， 85（5）： W5-966.