关于锅炉烟气余热利用方案的探究

王啟文

资产经营中心应用化工厂 河南 南阳 473132

引言

随着我国经济的快速发展，能源需求量日益增长，特别是以煤为主要燃料的火力发电厂，每年都要消耗大量的煤炭、焦炭、天然气等资源，这就使得我国能源结构出现不合理现象，能源利用率低。特别是燃煤发电企业中锅炉烟气余热回收技术发展不成熟、未形成成熟的系统和装置。目前锅炉烟气余热利用主要包括烟气余热回收和凝结水回收两个方面。前者主要是对锅炉排出的高温烟气进行回收利用，在不增加任何燃料的前提下提高发电效率；后者主要是对凝结水进行回收，实现水的全部循环利用[1]。目前我国在锅炉烟气余热回收方面已经取得了一定成果，但是在实际工程应用中存在较多问题，如技术水平不高、成本过高等，在一定程度上影响了烟气余热利用效果[2]。随着能源需求的日益增长和环保意识的加强，锅炉烟气余热的利用方案受到了越来越多的关注。在工业生产和日常生活中，锅炉的使用非常普遍，而烟气中通常含有大量的余热未被充分利用。

1 余热锅炉的分类

余热锅炉的分类方法很多，按照热源温度可分为高温余热锅炉和低温余热锅炉，按照烟气出口温度可分为三类[3-4]：一类是烟气露点温度大于300℃的余热锅炉；二类是烟气露点温度小于300℃的余热锅炉；三类是烟气露点温度介于两者之间的余热锅炉。目前应用较多的是一种或几种类型，在实际工程中还可根据实际应用情况进行组合搭配使用。按照烟气成分分类，可以分为单相流和双相流余热锅炉；按照烟气成分分类，可以分为无机物烟气余热锅炉、有机物烟气余热锅炉和混合烟气余热锅炉；按照结构形式分类，可以分为两种类型：一种是直接布置在锅炉房内，另一种是布置在锅炉房外。由于目前余热锅炉的设计技术还不够成熟，所以工程设计中多采用第一种类型。

2 余热锅炉设计案例分析

某电厂2×600MW机组，每台机组配置两台锅炉，其中一台为循环流化床锅炉，另一台为汽轮发电机炉，其中汽轮机采用美国GE公司的亚临界参数、凝汽式汽轮机。该电厂的烟气温度高达600℃，在正常运行时产生的蒸汽约占总用气量的60%，发电过程中产生的烟气温度为900~1000℃，可以通过余热锅炉回收利用。该电厂1号机余热锅炉采用中压蒸汽过热器和省煤器，该锅炉还设有汽轮机抽气加热器。2号机余热锅炉采用低压过热器和省煤器，其中低压过热器主要由双级省煤器管组成，而省煤器则由二级省煤器构成。2号机余热锅炉的烟气流程如图1所示。该电厂的余热利用系统采用多级串联形式，利用两台余热锅炉将烟气中的显热和潜热进行回收利用，不仅能够减少发电过程中产生的热量损失，还能减少排放出的氮氧化物、二氧化硫等有害气体。

表1 初始热力参数

图1 余热锅炉的烟气流程

这个表格中包含了以下主要初始热力参数：①锅炉设计效率：这是指锅炉输出的热量占输入燃料总能量的比例。锅炉的设计效率因燃料类型、锅炉大小和设计等因素而异，一般来说，大型电站锅炉的效率可以达到85%以上。②烟气排放温度：这是指锅炉排出的烟气温度。根据锅炉的燃烧情况和烟气排放要求，烟气排放温度会有所不同。在这个表格中，假设烟气排放温度为200℃。③烟气排放流量：这是指锅炉每小时排出的烟气体积。烟气流量的大小与锅炉的大小和燃烧效率有关，可以根据实际需求进行计算。在这个表格中，假设烟气排放流量为50000Nm³/h。④烟气低位热值：这是指单位质量的烟气在完全燃烧时所能释放的最低热量。烟气低位热值可以根据燃料类型和燃烧条件进行计算，对于不同的燃料和燃烧方式，烟气的低位热值会有所不同。在这个表格中，假设烟气的低位热值为2000kJ/Nm³。⑤余热回收目标：这是指希望通过余热利用系统回收的热量占总排烟热量的比例。在这个表格中，假设余热回收目标为30%。⑥预期余热利用效率：这是指余热利用系统的预期效率。余热利用系统的效率受到多种因素的影响，如换热器的传热效率、制冷剂的选择和冷凝器的性能等。在这个表格中，假设预期余热利用效率为70%。

该方案的优点在于以下几点：首先，能够高效地利用锅炉烟气中的余热，提高能源利用效率；其次，通过使用先进的制冷剂，能够实现余热的冷却和再利用，降低能源浪费；最后，新型换热器的设计能够降低能量损失，减少对环境的影响。

3 效益分析

3.1 系统热经济性分析

通过锅炉烟气余热利用系统，可以有效地提高能源利用效率，降低能源成本，减少环境污染。具体效果如下：①能耗降低：通过利用烟气余热，可以减少燃料的使用量，降低能源消耗。同时，由于能源利用效率的提高，可以降低能源成本，提高企业的竞争力。②环保效益：通过减少燃料的使用量，可以降低二氧化碳等温室气体的排放量，减少环境污染，提高环境质量。③经济效益：通过降低能源成本和减少环境污染，可以提高企业的经济效益和社会效益。④技术优势：锅炉烟气余热利用技术已经得到了广泛的应用和推广，具有成熟的技术优势和可靠性保障。

3.2 系统技术经济性分析

锅炉烟气余热利用系统是一种能够将锅炉排放的烟气中的余热进行回收利用的技术，通过该系统的应用，可以有效地提高能源利用效率，降低能源成本，减少环境污染。在技术经济性分析中，需要考虑系统的投资、运行和维护成本，以及其产生的经济效益和社会效益等因素。

3.2.1 投资成本分析。锅炉烟气余热利用系统的投资成本主要包括以下几个部分。

（1）设备购置费：包括热源、换热器、散热器、控制系统等设备的购置费用。

（2）安装施工费：包括设备的安装、调试、检验等费用。

（3）运行维护费：包括设备的运行电费、冷却水或制冷剂的消耗费用、设备维护和检修等费用。

（4）其他费用：包括技术咨询、培训等费用。

3.2.2 经济效益分析。锅炉烟气余热利用系统的经济效益主要包括以下几个方面。

（1）能源成本降低：通过利用烟气余热，可以减少燃料的使用量，降低能源消耗，从而降低能源成本。

（2）环保效益：通过减少燃料的使用量，可以降低二氧化碳等温室气体的排放量，减少环境污染，提高环境质量。

（3）设备寿命延长：通过利用余热回收技术，可以降低设备的运行温度和压力，从而延长设备的使用寿命，降低维修和更换成本。

（4）生产效率提高：通过利用余热回收技术，可以提高设备的运行效率，从而提高生产效率，降低生产成本。

通过余热回收技术，可以降低能源成本5%到20%不等，同时还可以提高设备的运行效率和生产效率。

3.2.3 社会效益分析。锅炉烟气余热利用系统的社会效益主要包括以下几个方面。

（1）节能减排：通过利用余热回收技术，可以减少能源的消耗和废气的排放量，有助于缓解能源紧张和环境污染问题。

（2）促进可持续发展：通过利用余热回收技术，可以提高能源利用效率，促进可持续发展。

（3）增强企业竞争力：通过利用余热回收技术，可以降低企业的能源成本和生产成本，提高企业的竞争力。

（4）改善民生：通过利用余热回收技术，可以提高企业的经济效益和社会效益，改善民生。

3.3 效果分析

通过提高设备的运行效率，成功提高了生产效率，降低了生产成本。

4 结论

通过对锅炉烟气余热利用系统的经济性分析，可以得出以下结论：①锅炉烟气余热利用系统具有显著的热经济性优势，可以提高能源利用效率，降低能源成本，减少环境污染。②在实际应用中，需要根据具体情况对余热利用系统进行调整和优化，以实现最佳地热经济性效果。③锅炉烟气余热利用技术具有广泛的应用前景和市场潜力，对于促进能源节约和环境保护具有重要意义。

随着技术的不断创新，锅炉烟气余热回收技术在原有基础上不断进步，逐渐趋于成熟，技术水平不断提高。将凝结水回收与烟气余热回收相结合的方式，不仅可以解决传统凝结水回收装置中存在的诸多问题，还可以充分利用锅炉烟气余热资源，有效减少了锅炉排烟热损失，降低了机组能耗。由于我国燃煤发电企业中锅炉烟气余热资源的利用现状还比较落后，且应用方式较为单一，导致在实际工程中缺乏实际案例参考，设计方案存在一定的局限性。未来需要结合国内外研究现状以及我国燃煤电厂实际情况，进一步探索和开发更多高效的余热回收系统，实现锅炉烟气余热资源的最大化利用。结合节能减排的要求和企业自身发展需求，选择合理的余热回收方案。