燃煤机组锅炉尾气与汽机凝汽余热利用分析

石叶强

摘要：电厂烟气及凝汽热大量损失会导致燃煤机组能源利用率过低，因而，如何有效地利用这些余热已成为目前研究的重点。基于此，本文首先阐述了燃煤锅炉的概述，论述了燃煤机组锅炉改造条件与目标，并详细分析了燃煤机组锅炉尾气与汽机凝汽余热利用。

关键词：燃煤机组;锅炉尾气;汽机凝汽;余热利用

我国社会用电量的70%以上依靠火电机组，约占全国用煤量的50%，而大型火电机组的热效率仅为40%左右，大量锅炉尾气（120～140℃）及汽机乏汽的低品位热量损失是导致能源利用率低的主要因素。因此，如何有效利用这些余热是提高能源利用率的关键。

一、燃煤锅炉概述

燃煤锅炉是燃料为燃煤的锅炉，是指经过燃煤在炉膛中燃烧释放热量，把热媒水或其它有机热载体（如导热油等）加热到一定温度（或压力）的热能动力设备。主要由煤粉制备系统、燃烧器、受热面、空气预热器等部分组成。

二、燃煤机组锅炉改造条件与目标

以往对燃煤机组锅炉改造的余热分析，大多在除尘器处安装烟气换热器或低温省煤器，对循环凝结水进行加热，使其代替部分汽机抽气，从而提高燃煤机组发电效率，降低煤耗率。采暖期加热热网水的节能效果比加热凝结水更为突出，利用锅炉尾气余热夏季加热凝结水，冬季加热热网水，可提高能源的综合利用率。有研究者提出了一种燃煤机组锅炉余热利用系统，在空气预热器内安装低温空气预热器，以减少尾气及空气余热能力，但这样易影响燃煤机组发电量。也有研究人员表示，通过安装蒸汽吸收式热泵抽取部分蒸汽作为驱动加热热源，能有效解决余热利用的安全问题，但汽机抽气易影响机组的发电效果。

某电厂燃煤机组的尾气余热利用装置布置在空气预热器后、除尘器前，烟气量1200000m3/h，装置入口烟气温度135℃。根据脱硫系统对余热利用装置的要求，需对进入脱硫系统的烟气进行冷却处理，以达到节能降耗效果。脱硫系统运行时，石膏带水量和废水排放量不变，除雾器冲洗需正常用水，系统需补水36.7m3/h，这部分补水量可通过降低FGD系统入口烟气温度实现零补给，最终使烟气脱硫系统入口烟气温度由135℃降至85℃。

三、燃煤机组锅炉尾气与汽机凝汽余热利用

1、换热设备的位置。可将换热装置布置在空预器后、除尘器前。在除尘器入口增加低温省煤器，降低入口烟气温度及烟尘比电阻，提高粉尘驱进速度。采用不锈钢换热管后，电除尘前烟气温度可降至110℃。若在除尘后引风机前安装换热装置，烟气温度下降时SO3会析出，若烟气中无粉尘吸收，则会腐蚀引风机，因此不建议采用这种方法。换热装置布置在引风机后脱硫塔前，降温后的烟气进入脱硫系统完成脱硫，该方法安全可靠，但换热器和烟道易受低温腐蚀，假设余热回收后烟气温度为85℃，可使用以下两种换热设备布置：①一段式低压省煤器在脱硫塔前安装氟塑料或搪瓷热管换热器，使烟气温度由135℃降至85℃。②两段式低压省煤器。除尘器前安装不锈钢换热器，将烟气温度降至110℃，此时引风机会影响烟气温升，可在脱硫塔前安装氟塑料或搪瓷热管换热器，使烟气温度降至85℃。

2、余热利用方式。燃煤机组锅炉尾气及汽轮机凝汽余热利用方式为：①加热低压加热器入口凝结水。回收烟气余热加热的凝结水回水，排挤低加抽汽，提高蒸汽做功能力，提高燃煤机组发电率，降低能耗。②加热热网循环水。假设燃煤机组工作负荷为72.75%，当烟气温度从115℃下降到85℃时，燃煤机组一个月可回收1500 TJ热量;若烟气温度从135℃降至85℃，燃煤机组一个月可回收2400TJ热量。因此，可在供暖期利用烟气回收热量加热热网回水。③加热燃煤机组锅炉给风。对专门回收烟气的余热加热锅炉进行了改造，由于入口风温度升高，引起排烟温度上升，冷风吸收热量不能被锅炉全部吸收，虽然前置式暖风器不能全方位提高锅炉运行效率，但能提高空预器中蓄热元件的温度。当燃煤硫分含量较高时，可避免空预器中硫酸氢铵的堵塞，并可代替暖风器消耗蒸汽，降低能耗。

3、换热器材质。燃煤机组锅炉换热器材质主要包括ND钢或304钢等金属材质、氟塑料材质和搪瓷热管材质。①金属材质中，应用最广泛的是20G钢和ND钢换热管。当换热管壁温在25～105℃范围内时，20G钢的腐蚀速率不大于0.2mm/a，ND钢的腐蚀速率不大于0.1mm/a。②氟塑料材质。该材料耐腐蚀性强，温度范围宽，氟塑料换热器的应用可解决金属换热器的腐蚀问题，氟塑料可制成小直径薄壁管，以提高换热管的传热系数。③搪瓷热管材质。搪瓷复合涂层可解决换热器的低温腐蚀问题，搪瓷玻璃为无机防腐蚀，使用时不考虑温度变化，搪瓷耐磨。在烟道内放置搪瓷涂层换热管，受热段吸收烟气热量，降低烟气温度，提高燃煤机组的工作效率。

4、锅炉尾气、汽机凝汽余热加热热网系统。通过燃煤机组锅炉采暖期和非采暖期的运行，探究烟气换热器和吸收式热泵的余热利用效果。烟气换热器与低压加热器并联加热循环凝结水，代替汽机抽气，节约煤炭资源消耗;吸收式热泵利用汽机排汽冷凝水的气化潜热现象为机组提供热网用热，锅炉运用高温蒸汽与热水作为驱动热源。

采暖期间，吸收式热泵循环水回收冷凝器散失气化潜热，热网回水温度提高到90℃，利用锅炉尾气换热装置可将水温加热到120℃，此时水温能满足采暖期供水温度需求。在非采暖期，吸收式热泵机组与热网管路隔离处理，采用烟气换热器回收燃煤机组锅炉余热，循环凝结水加热并与低压加热器并联，从而减少汽机抽气，实现余热利用。

5、锅炉尾部烟道改造。某发电厂对湿冷机组烟道进行了改造，在原有烟道位置增加了烟气换热器。夏季烟气换热器进出口烟气温度分别为115.8℃和120℃，冷却凝结水进出口温度分别为98℃和136℃。根据烟气换热器冷却介质温度及低价出口凝结水温度的实际情况，实现两者之间的温度平衡，并将烟气换热器管道系统并联，降低低压换热器的运行负荷。冬季燃煤机组锅炉烟气换热器温度为134.7℃和100℃，冷却介质进出口温度为90℃和120℃，冷却介质是热网70℃回水加热后的90℃循环水。同时，燃煤机组烟气中的氧化硫及水蒸气结合，最终产生硫酸蒸气，烟气温度的降低使硫酸蒸汽凝结，对换热装置产生低温腐蚀作用。炉膛出口过剩空气系数1.2，酸露点温度96℃，此时烟气换热装置出口烟气温度高于酸露点温度。

6、余热利用后的经济性。在不影响燃煤机组发电量的前提下，采用烟气换热装置和吸收式热泵装置，可充分利用燃煤机组锅炉的尾气和凝汽余热，在节约煤炭资源消耗量的同时，减少二氧化硫及颗粒物的排放量。燃煤机组烟气换热器采暖期余热利用率为21.74MW，非采暖期关闭热网连接阀门，仅使用烟气换热器的低加并联系统，此时烟气换热器的余热利用率为22.44MW。通过分析可知，采用这种锅炉烟气余热利用方式，采暖期可节约标煤1.42万t，非采暖期可节约标煤1.76万t。采用烟气换热装置及吸收式热泵装置，锅炉年余热利用总量为59.58MW，采暖期36.14MW，非采暖期22.44MW;全年可節约标煤31815.65t，采暖期可节约标煤14190.76t，非采暖期可节约标煤17624.89t。通过对电厂燃煤机组锅炉烟气余热利用的经济性分析，为今后节能减排措施的实施提供重要参考。

总之，燃煤机组锅炉烟气换热器与吸收式热泵的协同应用，可利用回收的凝汽和烟气余热作为锅炉的采暖热源，在不影响锅炉发电量前提下，保证系统的高效运行。采用烟气换热器及吸收式热泵的余热利用方式不会影响燃煤机组的性能，保证机组的安全运行，通过对换热设备布置、余热利用方式、换热器材质、余热加热热网系统及锅炉尾部烟道改造等方面的研究，有效地提高了系统的余热利用效果。

参考文献：

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[2]李源.燃煤机组锅炉尾气与汽机凝汽余热利用分析[J].化工管理，2020（01）.

[3]李泽敏.燃煤机组锅炉尾气与汽机凝汽余热利用分析[J].电子乐园，2019（06）.