石葉強(qiáng)

摘要：電廠煙氣及凝汽熱大量損失會(huì)導(dǎo)致燃煤機(jī)組能源利用率過低，因而，如何有效地利用這些余熱已成為目前研究的重點(diǎn)。基于此，本文首先闡述了燃煤鍋爐的概述，論述了燃煤機(jī)組鍋爐改造條件與目標(biāo)，并詳細(xì)分析了燃煤機(jī)組鍋爐尾氣與汽機(jī)凝汽余熱利用。

關(guān)鍵詞：燃煤機(jī)組;鍋爐尾氣;汽機(jī)凝汽;余熱利用

我國社會(huì)用電量的70%以上依靠火電機(jī)組，約占全國用煤量的50%，而大型火電機(jī)組的熱效率僅為40%左右，大量鍋爐尾氣（120～140℃）及汽機(jī)乏汽的低品位熱量損失是導(dǎo)致能源利用率低的主要因素。因此，如何有效利用這些余熱是提高能源利用率的關(guān)鍵。

一、燃煤鍋爐概述

燃煤鍋爐是燃料為燃煤的鍋爐，是指經(jīng)過燃煤在爐膛中燃燒釋放熱量，把熱媒水或其它有機(jī)熱載體（如導(dǎo)熱油等）加熱到一定溫度（或壓力）的熱能動(dòng)力設(shè)備。主要由煤粉制備系統(tǒng)、燃燒器、受熱面、空氣預(yù)熱器等部分組成。

二、燃煤機(jī)組鍋爐改造條件與目標(biāo)

以往對(duì)燃煤機(jī)組鍋爐改造的余熱分析，大多在除塵器處安裝煙氣換熱器或低溫省煤器，對(duì)循環(huán)凝結(jié)水進(jìn)行加熱，使其代替部分汽機(jī)抽氣，從而提高燃煤機(jī)組發(fā)電效率，降低煤耗率。采暖期加熱熱網(wǎng)水的節(jié)能效果比加熱凝結(jié)水更為突出，利用鍋爐尾氣余熱夏季加熱凝結(jié)水，冬季加熱熱網(wǎng)水，可提高能源的綜合利用率。有研究者提出了一種燃煤機(jī)組鍋爐余熱利用系統(tǒng)，在空氣預(yù)熱器內(nèi)安裝低溫空氣預(yù)熱器，以減少尾氣及空氣余熱能力，但這樣易影響燃煤機(jī)組發(fā)電量。也有研究人員表示，通過安裝蒸汽吸收式熱泵抽取部分蒸汽作為驅(qū)動(dòng)加熱熱源，能有效解決余熱利用的安全問題，但汽機(jī)抽氣易影響機(jī)組的發(fā)電效果。

某電廠燃煤機(jī)組的尾氣余熱利用裝置布置在空氣預(yù)熱器后、除塵器前，煙氣量1200000m3/h，裝置入口煙氣溫度135℃。根據(jù)脫硫系統(tǒng)對(duì)余熱利用裝置的要求，需對(duì)進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣進(jìn)行冷卻處理，以達(dá)到節(jié)能降耗效果。脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，石膏帶水量和廢水排放量不變，除霧器沖洗需正常用水，系統(tǒng)需補(bǔ)水36.7m3/h，這部分補(bǔ)水量可通過降低FGD系統(tǒng)入口煙氣溫度實(shí)現(xiàn)零補(bǔ)給，最終使煙氣脫硫系統(tǒng)入口煙氣溫度由135℃降至85℃。

三、燃煤機(jī)組鍋爐尾氣與汽機(jī)凝汽余熱利用

1、換熱設(shè)備的位置。可將換熱裝置布置在空預(yù)器后、除塵器前。在除塵器入口增加低溫省煤器，降低入口煙氣溫度及煙塵比電阻，提高粉塵驅(qū)進(jìn)速度。采用不銹鋼換熱管后，電除塵前煙氣溫度可降至110℃。若在除塵后引風(fēng)機(jī)前安裝換熱裝置，煙氣溫度下降時(shí)SO3會(huì)析出，若煙氣中無粉塵吸收，則會(huì)腐蝕引風(fēng)機(jī)，因此不建議采用這種方法。換熱裝置布置在引風(fēng)機(jī)后脫硫塔前，降溫后的煙氣進(jìn)入脫硫系統(tǒng)完成脫硫，該方法安全可靠，但換熱器和煙道易受低溫腐蝕，假設(shè)余熱回收后煙氣溫度為85℃，可使用以下兩種換熱設(shè)備布置：①一段式低壓省煤器在脫硫塔前安裝氟塑料或搪瓷熱管換熱器，使煙氣溫度由135℃降至85℃。②兩段式低壓省煤器。除塵器前安裝不銹鋼換熱器，將煙氣溫度降至110℃，此時(shí)引風(fēng)機(jī)會(huì)影響煙氣溫升，可在脫硫塔前安裝氟塑料或搪瓷熱管換熱器，使煙氣溫度降至85℃。

2、余熱利用方式。燃煤機(jī)組鍋爐尾氣及汽輪機(jī)凝汽余熱利用方式為：①加熱低壓加熱器入口凝結(jié)水?；厥諢煔庥酂峒訜岬哪Y(jié)水回水，排擠低加抽汽，提高蒸汽做功能力，提高燃煤機(jī)組發(fā)電率，降低能耗。②加熱熱網(wǎng)循環(huán)水。假設(shè)燃煤機(jī)組工作負(fù)荷為72.75%，當(dāng)煙氣溫度從115℃下降到85℃時(shí)，燃煤機(jī)組一個(gè)月可回收1500 TJ熱量;若煙氣溫度從135℃降至85℃，燃煤機(jī)組一個(gè)月可回收2400TJ熱量。因此，可在供暖期利用煙氣回收熱量加熱熱網(wǎng)回水。③加熱燃煤機(jī)組鍋爐給風(fēng)。對(duì)專門回收煙氣的余熱加熱鍋爐進(jìn)行了改造，由于入口風(fēng)溫度升高，引起排煙溫度上升，冷風(fēng)吸收熱量不能被鍋爐全部吸收，雖然前置式暖風(fēng)器不能全方位提高鍋爐運(yùn)行效率，但能提高空預(yù)器中蓄熱元件的溫度。當(dāng)燃煤硫分含量較高時(shí)，可避免空預(yù)器中硫酸氫銨的堵塞，并可代替暖風(fēng)器消耗蒸汽，降低能耗。

3、換熱器材質(zhì)。燃煤機(jī)組鍋爐換熱器材質(zhì)主要包括ND鋼或304鋼等金屬材質(zhì)、氟塑料材質(zhì)和搪瓷熱管材質(zhì)。①金屬材質(zhì)中，應(yīng)用最廣泛的是20G鋼和ND鋼換熱管。當(dāng)換熱管壁溫在25～105℃范圍內(nèi)時(shí)，20G鋼的腐蝕速率不大于0.2mm/a，ND鋼的腐蝕速率不大于0.1mm/a。②氟塑料材質(zhì)。該材料耐腐蝕性強(qiáng)，溫度范圍寬，氟塑料換熱器的應(yīng)用可解決金屬換熱器的腐蝕問題，氟塑料可制成小直徑薄壁管，以提高換熱管的傳熱系數(shù)。③搪瓷熱管材質(zhì)。搪瓷復(fù)合涂層可解決換熱器的低溫腐蝕問題，搪瓷玻璃為無機(jī)防腐蝕，使用時(shí)不考慮溫度變化，搪瓷耐磨。在煙道內(nèi)放置搪瓷涂層換熱管，受熱段吸收煙氣熱量，降低煙氣溫度，提高燃煤機(jī)組的工作效率。

4、鍋爐尾氣、汽機(jī)凝汽余熱加熱熱網(wǎng)系統(tǒng)。通過燃煤機(jī)組鍋爐采暖期和非采暖期的運(yùn)行，探究煙氣換熱器和吸收式熱泵的余熱利用效果。煙氣換熱器與低壓加熱器并聯(lián)加熱循環(huán)凝結(jié)水，代替汽機(jī)抽氣，節(jié)約煤炭資源消耗;吸收式熱泵利用汽機(jī)排汽冷凝水的氣化潛熱現(xiàn)象為機(jī)組提供熱網(wǎng)用熱，鍋爐運(yùn)用高溫蒸汽與熱水作為驅(qū)動(dòng)熱源。

采暖期間，吸收式熱泵循環(huán)水回收冷凝器散失氣化潛熱，熱網(wǎng)回水溫度提高到90℃，利用鍋爐尾氣換熱裝置可將水溫加熱到120℃，此時(shí)水溫能滿足采暖期供水溫度需求。在非采暖期，吸收式熱泵機(jī)組與熱網(wǎng)管路隔離處理，采用煙氣換熱器回收燃煤機(jī)組鍋爐余熱，循環(huán)凝結(jié)水加熱并與低壓加熱器并聯(lián)，從而減少汽機(jī)抽氣，實(shí)現(xiàn)余熱利用。

5、鍋爐尾部煙道改造。某發(fā)電廠對(duì)濕冷機(jī)組煙道進(jìn)行了改造，在原有煙道位置增加了煙氣換熱器。夏季煙氣換熱器進(jìn)出口煙氣溫度分別為115.8℃和120℃，冷卻凝結(jié)水進(jìn)出口溫度分別為98℃和136℃。根據(jù)煙氣換熱器冷卻介質(zhì)溫度及低價(jià)出口凝結(jié)水溫度的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)兩者之間的溫度平衡，并將煙氣換熱器管道系統(tǒng)并聯(lián)，降低低壓換熱器的運(yùn)行負(fù)荷。冬季燃煤機(jī)組鍋爐煙氣換熱器溫度為134.7℃和100℃，冷卻介質(zhì)進(jìn)出口溫度為90℃和120℃，冷卻介質(zhì)是熱網(wǎng)70℃回水加熱后的90℃循環(huán)水。同時(shí)，燃煤機(jī)組煙氣中的氧化硫及水蒸氣結(jié)合，最終產(chǎn)生硫酸蒸氣，煙氣溫度的降低使硫酸蒸汽凝結(jié)，對(duì)換熱裝置產(chǎn)生低溫腐蝕作用。爐膛出口過?？諝庀禂?shù)1.2，酸露點(diǎn)溫度96℃，此時(shí)煙氣換熱裝置出口煙氣溫度高于酸露點(diǎn)溫度。

6、余熱利用后的經(jīng)濟(jì)性。在不影響燃煤機(jī)組發(fā)電量的前提下，采用煙氣換熱裝置和吸收式熱泵裝置，可充分利用燃煤機(jī)組鍋爐的尾氣和凝汽余熱，在節(jié)約煤炭資源消耗量的同時(shí)，減少二氧化硫及顆粒物的排放量。燃煤機(jī)組煙氣換熱器采暖期余熱利用率為21.74MW，非采暖期關(guān)閉熱網(wǎng)連接閥門，僅使用煙氣換熱器的低加并聯(lián)系統(tǒng)，此時(shí)煙氣換熱器的余熱利用率為22.44MW。通過分析可知，采用這種鍋爐煙氣余熱利用方式，采暖期可節(jié)約標(biāo)煤1.42萬t，非采暖期可節(jié)約標(biāo)煤1.76萬t。采用煙氣換熱裝置及吸收式熱泵裝置，鍋爐年余熱利用總量為59.58MW，采暖期36.14MW，非采暖期22.44MW;全年可節(jié)約標(biāo)煤31815.65t，采暖期可節(jié)約標(biāo)煤14190.76t，非采暖期可節(jié)約標(biāo)煤17624.89t。通過對(duì)電廠燃煤機(jī)組鍋爐煙氣余熱利用的經(jīng)濟(jì)性分析，為今后節(jié)能減排措施的實(shí)施提供重要參考。

總之，燃煤機(jī)組鍋爐煙氣換熱器與吸收式熱泵的協(xié)同應(yīng)用，可利用回收的凝汽和煙氣余熱作為鍋爐的采暖熱源，在不影響鍋爐發(fā)電量前提下，保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行。采用煙氣換熱器及吸收式熱泵的余熱利用方式不會(huì)影響燃煤機(jī)組的性能，保證機(jī)組的安全運(yùn)行，通過對(duì)換熱設(shè)備布置、余熱利用方式、換熱器材質(zhì)、余熱加熱熱網(wǎng)系統(tǒng)及鍋爐尾部煙道改造等方面的研究，有效地提高了系統(tǒng)的余熱利用效果。

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