李源（吉林燃料乙醇有限責任公司，吉林 吉林132101）

現(xiàn)如今，能源資源的高效利用以及生態(tài)環(huán)境治理依然是我國國民經濟發(fā)展的瓶頸，超過70%的用電依靠火電機組，燃煤機組發(fā)電需消耗大量煤炭資源。但大型燃煤機組熱效率只能達到40%，140℃的鍋爐尾氣與汽機凝汽的低品位熱量損失導致燃煤機組能源利用率不高，面對這一情況，有必要對燃煤機組鍋爐裝置進行改造，強化對尾氣與凝汽的余熱利用。

1 燃煤機組鍋爐改造條件與目標分析

以往的燃煤機組鍋爐改造余熱分析中，大多數(shù)是在除塵器位置加設一個煙氣換熱器或低溫省煤器，以此加熱循環(huán)凝結水，使其取代一部分的汽機抽氣，從而提升燃煤機組發(fā)電效率，降低煤耗率。采暖期加熱熱網(wǎng)水帶來的節(jié)能效果比加熱凝結水更加突出，應用鍋爐尾氣余熱夏季加熱凝結水，冬季加熱熱網(wǎng)水的方式可以提升能源綜合利用率。有研究人員提出一種燃煤機組鍋爐余熱利用系統(tǒng)，在空氣預熱器內安裝低溫空氣預熱器，降低尾氣和空氣余熱的能力，但這樣容易影響燃煤機組的發(fā)電量。也有研究人員表示，通過安裝蒸汽吸收式熱泵抽取一部分的蒸汽為驅動加熱熱源，可有效解決余熱利用時的安全問題，但汽機抽氣容易影響機組發(fā)電效果。

某電廠燃煤機組的尾氣余熱利用裝置布置在空氣預熱器之后，除塵器之前，煙氣量1200000m3/h，裝置入口煙氣溫度135℃。按照脫硫系統(tǒng)對余熱利用裝置提出的需求，需對進入脫硫系統(tǒng)內的煙氣冷卻處理，從而達到節(jié)能降耗的效果。脫硫系統(tǒng)運行時石膏帶水量與廢水排放量不會變化，除霧器沖洗時需要正常用水，系統(tǒng)需要36.7m3/h補充水量，這部分的補水量可以通過降低FGD系統(tǒng)的入口煙氣溫度實現(xiàn)零補給，最終煙氣脫硫系統(tǒng)入口煙氣的溫度從135℃降低到85℃[1]。

2 燃煤機組鍋爐尾氣與汽機凝汽余熱利用分析

2.1 換熱設備布置位置

建議將換熱裝置布置在空預器之后和除塵器之前。在除塵器入口的位置增加低溫省煤器，降低入口煙氣溫度和煙塵比電阻，提升粉塵驅進速度。應用不銹鋼換熱管后電除塵前的煙氣溫度能夠下降到110℃。將換熱裝置安裝在除塵后引風機之前，煙氣溫度降低的同時會有SO3析出，煙氣中如果沒有粉塵吸收將會導致引風機腐蝕問題，因此該方法不建議使用。將換熱裝置布置在引風機后脫硫塔前，降溫之后的煙氣能夠進入脫硫系統(tǒng)完成脫硫，該方法安全可靠，但換熱器與煙道容易受到低溫腐蝕影響。假設余熱回收之后煙氣溫度為85攝氏度，建議采用以下兩種換熱設備布置方式：①一段式低壓省煤器，在脫硫塔之前安裝氟塑料或搪瓷熱管換熱器，使135℃的煙氣溫度下降到85℃。②兩段式低壓省煤器。在除塵器前安裝不銹鋼材質的換熱器，先將煙氣溫度下降到110℃，這時引風機會影響煙氣溫度升高，建議在脫硫塔前安裝氟塑料或搪瓷熱管材質的換熱器，成功降低煙氣溫度至85℃[2]。

2.2 余熱利用方式

燃煤機組鍋爐尾氣和汽機凝汽余熱利用方式如下：①加熱低壓加熱器入口凝結水。對煙氣余熱加熱凝結水的回水進行回收，排擠低加抽汽，提升蒸汽的做功能力，增加燃煤機組發(fā)電率并降低能耗。②加熱熱網(wǎng)循環(huán)水。假設燃煤機組工作負荷為72.75%，煙氣如果從115℃下降到85℃，1個月燃煤機組可回收1500TJ 熱量；煙氣如果從135℃下降到85℃，1 個月燃煤機組可回收2400TJ 的熱量、因此，供暖期內建議將煙氣回收熱量加熱熱網(wǎng)回水。③加熱燃煤機組鍋爐給風。對專門回收煙氣的余熱加熱鍋爐進行改造，入口風溫度升高引發(fā)排煙溫度上升，冷風吸收熱量無法被鍋爐全部吸收，雖然前置式的暖風器不能全方位提升鍋爐運行效率，但可以提高空預器內蓄熱元件的溫度。當燃煤硫分比較高時，它能夠避免空預器內硫酸氫銨堵塞，且能夠代替暖風器消耗蒸汽，降低能耗[3]。

2.3 換熱器材質

燃煤機組鍋爐換熱器材質主要有ND 鋼或304鋼等金屬材質、氟塑料材質以及搪瓷熱管材質三種。具體如下：①金屬材質，當前應用最廣泛的就是20G 鋼與ND 鋼材質的換熱管。換熱管壁溫在25～105℃范圍內時，20G 鋼腐蝕速度不超過0.2mm/a，ND 鋼腐蝕速度不超過0.1mm/a。②氟塑料材質。該材料耐腐蝕性較強，溫度范圍較寬，應用氟塑料換熱器可以解決金屬換熱器腐蝕問題，氟塑料可以制作為小直徑薄壁管，提升換熱管傳熱系數(shù)。③搪瓷熱管材質。搪瓷復合涂層可以解決換熱器低溫腐蝕問題，搪瓷玻璃無機防腐，應用時不用考慮溫度變化，且搪瓷耐磨損，將搪瓷涂層換熱管放置在煙道內部，受熱段吸收煙氣熱量的同時可以降低煙氣的溫度，提升燃煤機組工作效率。

2.4 鍋爐尾氣與汽機凝汽余熱加熱熱網(wǎng)系統(tǒng)

通過對采暖期和非采暖期的燃煤機組鍋爐運行，探究煙氣換熱器、吸收式熱泵應用下達到的余熱利用效果。煙氣換熱器可以對循環(huán)凝結水進行加熱，同低壓加熱器并聯(lián)，代替汽機抽氣，節(jié)約煤炭資源消耗；吸收式熱泵憑借汽機排汽冷凝成水的氣化潛熱現(xiàn)象為機組提供熱網(wǎng)用熱，將高溫蒸汽和熱水作為鍋爐的驅動熱源。

采暖期內，吸收式熱泵循環(huán)水回收冷凝器散失氣化潛熱，熱網(wǎng)回水溫度提升到了90℃，應用鍋爐尾氣換熱裝置將水溫加熱到120℃，這時水的溫度可以滿足采暖期內的供水溫度需求。非采暖期內，對吸收式熱泵機組與熱網(wǎng)管路隔離處理，應用煙氣換熱器將燃煤機組鍋爐的余熱進行回收，加熱循環(huán)凝結水并與低壓加熱器并聯(lián)，從而減少汽機抽氣，實現(xiàn)余熱利用。

2.5 鍋爐尾部煙道改造

某發(fā)電廠對濕冷機組煙道進行改造，在原有的煙道位置加設了煙氣換熱器。夏季時期，煙氣換熱器進出口的煙氣溫度分別為115.8℃和120℃，冷卻凝結水的進出口溫度分別為98℃和136℃。按照煙氣換熱器冷卻介質溫度與低價出口凝結水溫度的實際情況，達到二者溫度平衡，將煙氣換熱器管道系統(tǒng)并聯(lián)，降低低壓換熱器的運行負荷。冬季時節(jié)，燃煤機組鍋爐煙氣換熱器溫度為134.7℃和100℃，冷卻介質進出口的溫度為90℃與120℃，冷卻介質是熱網(wǎng)70℃回水加熱后的90℃循環(huán)水。與此同時，燃煤機組煙氣中氧化硫和水蒸氣相結合，最終產生硫酸蒸汽，煙氣溫度的下降使硫酸蒸汽凝結，并對換熱裝置造成低溫腐蝕影響。鍋爐爐膛出口過?？諝庀禂?shù)是1.2，酸露點的溫度是96℃，這時煙氣換熱裝置出口處煙氣的溫度比酸露點高。

2.6 余熱利用后的經濟性分析

以不影響燃煤機組發(fā)電量為前提，應用煙氣換熱裝置與吸收式熱泵裝置可以對燃煤機組鍋爐內的尾氣與凝汽余熱進行充分利用，在節(jié)約煤炭資源耗費量的同時，可減少二氧化硫和顆粒物的排放量。采暖期燃煤機組煙氣換熱器余熱利用量為21.74MW，非采暖期關閉熱網(wǎng)的連接閥門，只使用煙氣換熱器的低加并聯(lián)系統(tǒng)，這時煙氣換熱器的余熱利用量是22.44MW。經分析得知，應用這種燃煤機組鍋爐煙氣余熱利用方式后，采暖季節(jié)能夠節(jié)省1.42萬t的標煤，非采暖季節(jié)可以節(jié)省1.76萬t的標煤。煙氣換熱裝置和吸收式熱泵裝置的使用，使鍋爐余熱利用年總量為59.58MW，采暖期36.14MW，非采暖期22.44MW；每年可總共節(jié)省31815.65t 標煤量，采暖期可節(jié)省14190.76 標煤量，非采暖期可節(jié)省17624.89標煤量。通過對電廠燃煤機組鍋爐煙氣余熱利用后的經濟性分析，為接下來各企業(yè)節(jié)約能耗、節(jié)能減排措施的實施提供重要參考。

3 結語

總而言之，燃煤機組鍋爐煙氣換熱器和吸收式熱泵的協(xié)同應用，可將回收凝汽與煙氣的余熱作為鍋爐的采暖熱源，在不影響鍋爐發(fā)電量的情況下保障系統(tǒng)高效運行。煙氣換熱器和吸收式熱泵應用下的余熱利用方式不會影響燃煤機組性能，可保證機組運行安全，通過對換熱設備布置位置、余熱利用方式、換熱器材質、余熱加熱熱網(wǎng)系統(tǒng)以及鍋爐尾部煙道改造的研究，有效提升了系統(tǒng)余熱利用效果。