孟俊峰

摘要：電站鍋爐排煙熱損失占主要能量損失的70～80%，對(duì)鍋爐尾部煙氣的進(jìn)行余熱回收利用改造在提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)減少了動(dòng)力燃料的消耗。近些年國(guó)內(nèi)外來對(duì)電站鍋爐煙氣余熱的回收利用研究越來越深入，余熱利用方式越來越多。主要有低（低）溫省煤器吸收煙氣余熱加熱汽輪機(jī)凝結(jié)水、低（低）溫省煤器與熱媒水換熱器組合、低（低）溫省煤器與熱媒水管式煙氣換熱器（MGGH）組合、空預(yù)器旁路煙氣余熱高能級(jí)利用系統(tǒng)等。多種余熱利用方式積極響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排方針的號(hào)召，對(duì)于提高電站機(jī)組的效率具有重要的實(shí)際意義。本文通過分析比較電站鍋爐煙氣余熱利用回收裝置的設(shè)計(jì)方案、節(jié)能效果，提出改造建議，為燃煤電廠的鍋爐煙氣余熱回收利用方面提供借鑒。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐;余熱利用;節(jié)能

引言

在世界范圍內(nèi)，燃煤電廠仍是主要的發(fā)電廠，目前我國(guó)火電機(jī)組裝機(jī)總量達(dá)到了全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量的60%以上，燃煤電廠作為能源消耗大戶，也是污染物排放大戶，面臨著節(jié)能和環(huán)保的雙重壓力，因此也是國(guó)家實(shí)施節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域。發(fā)改能源[2014]2093號(hào)中對(duì)火電節(jié)能減排提出了更嚴(yán)格和明確的強(qiáng)制要求：全國(guó)新建燃煤發(fā)電機(jī)組平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗低于300克/千瓦時(shí)，到2020年，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時(shí)，其中現(xiàn)役600MW及以上機(jī)組（除空冷機(jī)組外）改造后平均供電煤耗低于300克/千瓦時(shí)。

對(duì)火電企業(yè)而言，追求供電標(biāo)煤耗與污染物排放的降低，動(dòng)力不僅來自于國(guó)家對(duì)火電廠節(jié)能減排的硬性要求，更來自于機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和企業(yè)效益，尋求綜合解決火電廠節(jié)能減排問題的有效方法已成為發(fā)電企業(yè)的共識(shí)。

燃煤電廠節(jié)能減排主要技術(shù)有汽輪機(jī)通流部分改造和汽封改造、鍋爐煙氣余熱回收利用、鍋爐運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整等。電站鍋爐排煙熱損失作為鍋爐熱損失中最大的一項(xiàng)，達(dá)到鍋爐總熱損失的70%～80%，由于設(shè)計(jì)、運(yùn)行調(diào)整、燃用煤種偏離設(shè)計(jì)煤種等多種原因，致使鍋爐實(shí)際排煙溫度高于鍋爐設(shè)計(jì)排煙溫度，而通常大型火力發(fā)電廠鍋爐的排煙溫度為110～160℃，若排煙熱量直接被鍋爐利用，排煙溫度降低22℃，鍋爐效率提高1%。因此，減少鍋爐排煙余熱損失對(duì)電站機(jī)組的節(jié)能減排有重要的意義[1]。

1.鍋爐煙氣余熱利用方案

鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)，其本質(zhì)是通過換熱介質(zhì)回收鍋爐排煙“廢熱”加以利用，以達(dá)到節(jié)約能源的目的?！坝酂帷眮碓粗饕锌疹A(yù)器出口排煙所含熱量（低能級(jí)利用）和空預(yù)器旁路煙氣所攜帶熱量（高能級(jí)利用、多能級(jí)利用），以及熱風(fēng)調(diào)溫系統(tǒng)?！坝酂帷崩眯褪街饕小凹訜岬蛪耗Y(jié)水”、“加熱高壓給水”、“加熱冷風(fēng)”、“加熱煙囪排煙”等。

1.1、低（低）溫省煤器

低（低）溫省煤器是目前采用最多的煙氣余熱利用系統(tǒng)，主要有以下幾種布置型式：（1）布置在空氣預(yù)熱器后、電除塵器前;（2）布置在電除塵器與引風(fēng)機(jī)之間;（3）布置在引風(fēng)機(jī)與脫硫吸收塔之間;（4）如果排煙溫度較高，可以采用兩級(jí)串聯(lián)布置，即第一級(jí)（高溫段）布置在空氣預(yù)熱器與電除塵器之間，第二級(jí)（低溫段）布置在電除塵器和引風(fēng)機(jī)之間。低（低）溫省煤器系統(tǒng)主要用于加熱機(jī)側(cè)凝結(jié)水，入口水溫控制70℃-90℃之間。取水多來于7號(hào)低加出口，回水至6號(hào)低加入口。

1.2、熱風(fēng)調(diào)溫+低（低）溫省煤器系統(tǒng)

熱風(fēng)調(diào)溫系統(tǒng)通過不用（或少用）一次冷風(fēng)，達(dá)到降低排煙溫度的目的。磨煤機(jī)入口風(fēng)溫依靠每臺(tái)磨煤機(jī)入口風(fēng)道設(shè)置的以凝結(jié)水（或高壓給水）為介質(zhì)的風(fēng)溫冷卻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)適合于冷風(fēng)摻入量較大的鍋爐。

1.3、熱媒水暖風(fēng)器+低（低）溫省煤器

低（低）溫省煤器系統(tǒng)煙氣換熱器安裝于空氣預(yù)熱器與電除塵器之間煙道內(nèi)，用于加熱機(jī)側(cè)凝結(jié)水。熱媒水暖風(fēng)器吸熱端安裝于引風(fēng)機(jī)與脫硫吸收塔之間，脫硫塔后煙道未設(shè)置換熱器，放熱端安裝于送風(fēng)機(jī)與空氣預(yù)熱器之間風(fēng)道內(nèi)。低溫省煤器系統(tǒng)設(shè)計(jì)煙氣換熱器設(shè)計(jì)進(jìn)口煙溫155℃/135℃，出口煙溫120℃，煙溫降35/15℃;熱媒水暖風(fēng)器吸熱端設(shè)計(jì)進(jìn)口煙溫125℃，出口煙溫95℃，煙氣溫降30℃;熱媒水暖風(fēng)器空氣溫升53℃。

1.4、熱媒水管式煙氣換熱器（MGGH）+低（低）溫省煤器

低（低）溫省煤器系統(tǒng)煙氣換熱器安裝于空氣預(yù)熱器與電除塵器之間煙道內(nèi)，用于加熱機(jī)側(cè)凝結(jié)水。熱媒水管式煙氣換熱器（MGGH）吸熱端安裝于空氣預(yù)熱器與電除塵器之間煙道（或者安裝與引風(fēng)機(jī)與脫硫吸收塔之間），脫硫吸收塔后煙道安裝放熱端換熱器。在電除塵器前安裝MGGH，降低流經(jīng)電除塵器的煙氣溫度，可明顯提高除塵效率;同時(shí)MGGH吸收脫硫塔前煙氣熱量，加熱煙囪入口煙氣，可將進(jìn)入煙囪煙氣溫度提升至80℃以上，防止下游設(shè)備腐蝕，基本消除白煙及石膏雨。

1.5、空預(yù)器旁路煙氣余熱多能級(jí)利用系統(tǒng)

常規(guī)煙氣余熱利用系統(tǒng)受以下因素制約：（1）電站鍋爐排煙溫度較低（120～160℃），煙氣余熱能級(jí)品級(jí)較差;（2）為防止低溫腐蝕，煙氣余熱利用裝置出口煙氣溫度般不能低于95℃;（3）工程實(shí)際中需考慮換熱面積對(duì)投資成本的影響，煙-水換熱溫差一般在20℃以上。結(jié)合電站回?zé)嵯到y(tǒng)的汽水參數(shù)，常規(guī)煙氣余熱回收的熱量最高只能排擠6號(hào)低壓加熱器抽汽，可使發(fā)電煤耗下降1.53g/kWh，節(jié)能效果有限。

德國(guó) Niederaussen電廠K號(hào)機(jī)組將煙氣余熱利用裝置分三級(jí)布置在電站系統(tǒng)中：1、Ⅱ級(jí)煙氣余熱利用裝置位于與空氣預(yù)熱器并聯(lián)的旁路煙道中，約1/3的煙氣不經(jīng)過空氣預(yù)熱器而直接進(jìn)入旁路煙道，依次通過I級(jí)、Ⅱ級(jí)裝置，其中I級(jí)裝置加熱高壓給水，Ⅱ級(jí)裝置加熱低壓凝結(jié)水，Ⅲ級(jí)裝置位于引風(fēng)機(jī)與脫硫塔之間，用于加熱冷二次風(fēng)。提高煙氣余熱能級(jí)、梯級(jí)利用煙氣熱量，是目前煙氣余熱利用率最高的系統(tǒng)。[2]

2.節(jié)能效果分析比較

2.1、低（低）溫省煤器節(jié)能效果分析

低（低）溫省煤器系統(tǒng)鍋爐熱效率計(jì)算方法不變，煙氣余熱由汽機(jī)側(cè)吸收利用，計(jì)算利用余熱后，基于主再熱蒸汽基準(zhǔn)的熱耗率。節(jié)能量分析結(jié)果如下表：

2.2、熱風(fēng)調(diào)溫+低（低）溫省煤器系統(tǒng)

熱風(fēng)調(diào)溫系統(tǒng)按照媒介的不同可分為以凝結(jié)水作為媒介的熱風(fēng)調(diào)溫系統(tǒng)和以高壓給水作為媒介的熱風(fēng)調(diào)溫系統(tǒng)，以凝結(jié)水作為調(diào)溫媒介時(shí)，汽機(jī)側(cè)將此部分熱量等同于常規(guī)低溫省煤器計(jì)算，節(jié)能效果優(yōu)于常規(guī)低（低）溫省煤器。以高壓給水作為調(diào)溫媒介時(shí)，回收的熱量排擠高壓抽汽，其節(jié)能效果優(yōu)于凝結(jié)水作為調(diào)溫媒質(zhì)的系統(tǒng)。

2.3、熱媒水暖風(fēng)器+低（低）溫省煤器

通過熱媒水暖風(fēng)器，利用煙氣余熱對(duì)空預(yù)器入口一、二次風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，在熱一、二次風(fēng)溫不變或僅略上升的前提下，能夠降低空預(yù)器換熱量，空預(yù)器出口煙氣溫度升高。本系統(tǒng)比常規(guī)低（低）溫省煤器具有更大節(jié)能效益，在同樣最終煙氣溫度下，機(jī)側(cè)可以匹配更高的抽水溫度和回水溫度，提高能量利用效率。

2.4、熱媒水管式煙氣換熱器（MGGH）+低（低）溫省煤器

采用熱媒水管式煙氣換熱器（MGGH），可解決常規(guī)回轉(zhuǎn)式GGH容易堵塞漏風(fēng)等弊端，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定長(zhǎng)期的干煙囪排放，避免了昂貴的煙囪防方腐處理。同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)低低溫?zé)煔馓幚?，使電除塵效率以及脫硫效率大幅提高，煙塵排放可以達(dá)超低排放標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)在節(jié)能方面等同于常規(guī)低（低）溫省煤器。

2.5、空預(yù)器旁路煙氣余熱多能級(jí)利用系統(tǒng)

德國(guó) Niederaussen電廠K號(hào)機(jī)組空預(yù)器旁路煙氣余熱多能級(jí)利用系統(tǒng)裝置分三級(jí)布置：I級(jí)裝置加熱高壓給水，Ⅱ級(jí)裝置加熱低壓凝結(jié)水，Ⅲ級(jí)裝置位于引風(fēng)機(jī)與脫硫塔之間，用于加熱冷二次風(fēng)。可使Niederaussen電廠K號(hào)機(jī)組節(jié)約發(fā)電煤耗約7g/kWh，機(jī)組發(fā)電效率提高約1.4%。

針對(duì)國(guó)內(nèi)電廠煙氣余熱利用的現(xiàn)狀，通過借鑒德國(guó)Niederaussen電廠余熱多能級(jí)利用的方式，分析計(jì)算新型高效空預(yù)器旁路煙氣余熱多能級(jí)利用系統(tǒng)的節(jié)能效果，核算結(jié)果表明空預(yù)器旁路煙氣余熱多能級(jí)利用系統(tǒng)有巨大節(jié)能潛力，平均發(fā)電標(biāo)煤耗降低值在6g/kWh。[2]

3.總結(jié)

電站鍋爐煙氣余熱利用技術(shù)是提高燃煤電廠熱力經(jīng)濟(jì)性、降低發(fā)電煤耗、減少污染物排放的重要技術(shù)之一。通過合理設(shè)計(jì)煙氣余熱利用裝置，回收煙氣余熱用于高壓給水、加熱凝結(jié)水，可以減少加熱器抽汽，從而增加汽輪機(jī)組出力，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性;降低排煙溫度可減少脫硫系統(tǒng)的噴淋水量，減少發(fā)電水耗，取得不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。

從節(jié)能角度看，煙氣余熱熱品質(zhì)越高，節(jié)能效果越明顯;排擠的抽汽壓力品質(zhì)越高，節(jié)能效果越明顯。同樣煙氣冷卻深度前提下，余熱利用系統(tǒng)不同，節(jié)能效果差異較大。采用空預(yù)器旁路煙氣+熱媒水暖風(fēng)器系統(tǒng)節(jié)能效果最佳，低（低）溫省煤器+熱媒水暖風(fēng)器節(jié)能效果次之，常規(guī)低（低）溫省煤器系統(tǒng)節(jié)能效果較差。

空預(yù)器旁路煙氣+熱媒水暖風(fēng)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程造價(jià)成本最高，低（低）溫省煤器+熱媒水暖風(fēng)器工程造價(jià)成本次之，傳統(tǒng)的低（低）溫省煤器工程造價(jià)成本最低。綜合考慮節(jié)能效果、工程造價(jià)等因素，新建機(jī)組推薦采用空預(yù)器旁路的煙氣余熱綜合利用方案，節(jié)能效果最佳，在役機(jī)組改造推薦采用熱媒水暖風(fēng)器+低（低）溫省煤器方案，節(jié)能效果較好。

【參考文獻(xiàn)】

[1]常海青，張燕.鍋爐煙氣余熱深度利用及減排技術(shù)的研究與應(yīng)用.中國(guó)電力，2017（2）.

[2]廖高良，李楊，周元祥.電站鍋爐煙氣余熱利用研究綜述[J].熱能動(dòng)力工程，2017（6）.