王啟文

資產(chǎn)經(jīng)營中心應(yīng)用化工廠 河南 南陽 473132

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求量日益增長，特別是以煤為主要燃料的火力發(fā)電廠，每年都要消耗大量的煤炭、焦炭、天然氣等資源，這就使得我國能源結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不合理現(xiàn)象，能源利用率低。特別是燃煤發(fā)電企業(yè)中鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)發(fā)展不成熟、未形成成熟的系統(tǒng)和裝置。目前鍋爐煙氣余熱利用主要包括煙氣余熱回收和凝結(jié)水回收兩個(gè)方面。前者主要是對(duì)鍋爐排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)行回收利用，在不增加任何燃料的前提下提高發(fā)電效率；后者主要是對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)水的全部循環(huán)利用[1]。目前我國在鍋爐煙氣余熱回收方面已經(jīng)取得了一定成果，但是在實(shí)際工程應(yīng)用中存在較多問題，如技術(shù)水平不高、成本過高等，在一定程度上影響了煙氣余熱利用效果[2]。隨著能源需求的日益增長和環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，鍋爐煙氣余熱的利用方案受到了越來越多的關(guān)注。在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，鍋爐的使用非常普遍，而煙氣中通常含有大量的余熱未被充分利用。

1 余熱鍋爐的分類

余熱鍋爐的分類方法很多，按照熱源溫度可分為高溫余熱鍋爐和低溫余熱鍋爐，按照煙氣出口溫度可分為三類[3-4]：一類是煙氣露點(diǎn)溫度大于300℃的余熱鍋爐；二類是煙氣露點(diǎn)溫度小于300℃的余熱鍋爐；三類是煙氣露點(diǎn)溫度介于兩者之間的余熱鍋爐。目前應(yīng)用較多的是一種或幾種類型，在實(shí)際工程中還可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行組合搭配使用。按照煙氣成分分類，可以分為單相流和雙相流余熱鍋爐；按照煙氣成分分類，可以分為無機(jī)物煙氣余熱鍋爐、有機(jī)物煙氣余熱鍋爐和混合煙氣余熱鍋爐；按照結(jié)構(gòu)形式分類，可以分為兩種類型：一種是直接布置在鍋爐房內(nèi)，另一種是布置在鍋爐房外。由于目前余熱鍋爐的設(shè)計(jì)技術(shù)還不夠成熟，所以工程設(shè)計(jì)中多采用第一種類型。

2 余熱鍋爐設(shè)計(jì)案例分析

某電廠2×600MW機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配置兩臺(tái)鍋爐，其中一臺(tái)為循環(huán)流化床鍋爐，另一臺(tái)為汽輪發(fā)電機(jī)爐，其中汽輪機(jī)采用美國GE公司的亞臨界參數(shù)、凝汽式汽輪機(jī)。該電廠的煙氣溫度高達(dá)600℃，在正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的蒸汽約占總用氣量的60%，發(fā)電過程中產(chǎn)生的煙氣溫度為900~1000℃，可以通過余熱鍋爐回收利用。該電廠1號(hào)機(jī)余熱鍋爐采用中壓蒸汽過熱器和省煤器，該鍋爐還設(shè)有汽輪機(jī)抽氣加熱器。2號(hào)機(jī)余熱鍋爐采用低壓過熱器和省煤器，其中低壓過熱器主要由雙級(jí)省煤器管組成，而省煤器則由二級(jí)省煤器構(gòu)成。2號(hào)機(jī)余熱鍋爐的煙氣流程如圖1所示。該電廠的余熱利用系統(tǒng)采用多級(jí)串聯(lián)形式，利用兩臺(tái)余熱鍋爐將煙氣中的顯熱和潛熱進(jìn)行回收利用，不僅能夠減少發(fā)電過程中產(chǎn)生的熱量損失，還能減少排放出的氮氧化物、二氧化硫等有害氣體。

表1 初始熱力參數(shù)

圖1 余熱鍋爐的煙氣流程

這個(gè)表格中包含了以下主要初始熱力參數(shù)：①鍋爐設(shè)計(jì)效率：這是指鍋爐輸出的熱量占輸入燃料總能量的比例。鍋爐的設(shè)計(jì)效率因燃料類型、鍋爐大小和設(shè)計(jì)等因素而異，一般來說，大型電站鍋爐的效率可以達(dá)到85%以上。②煙氣排放溫度：這是指鍋爐排出的煙氣溫度。根據(jù)鍋爐的燃燒情況和煙氣排放要求，煙氣排放溫度會(huì)有所不同。在這個(gè)表格中，假設(shè)煙氣排放溫度為200℃。③煙氣排放流量：這是指鍋爐每小時(shí)排出的煙氣體積。煙氣流量的大小與鍋爐的大小和燃燒效率有關(guān)，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行計(jì)算。在這個(gè)表格中，假設(shè)煙氣排放流量為50000Nm3/h。④煙氣低位熱值：這是指單位質(zhì)量的煙氣在完全燃燒時(shí)所能釋放的最低熱量。煙氣低位熱值可以根據(jù)燃料類型和燃燒條件進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于不同的燃料和燃燒方式，煙氣的低位熱值會(huì)有所不同。在這個(gè)表格中，假設(shè)煙氣的低位熱值為2000kJ/Nm3。⑤余熱回收目標(biāo)：這是指希望通過余熱利用系統(tǒng)回收的熱量占總排煙熱量的比例。在這個(gè)表格中，假設(shè)余熱回收目標(biāo)為30%。⑥預(yù)期余熱利用效率：這是指余熱利用系統(tǒng)的預(yù)期效率。余熱利用系統(tǒng)的效率受到多種因素的影響，如換熱器的傳熱效率、制冷劑的選擇和冷凝器的性能等。在這個(gè)表格中，假設(shè)預(yù)期余熱利用效率為70%。

該方案的優(yōu)點(diǎn)在于以下幾點(diǎn)：首先，能夠高效地利用鍋爐煙氣中的余熱，提高能源利用效率；其次，通過使用先進(jìn)的制冷劑，能夠?qū)崿F(xiàn)余熱的冷卻和再利用，降低能源浪費(fèi)；最后，新型換熱器的設(shè)計(jì)能夠降低能量損失，減少對(duì)環(huán)境的影響。

3 效益分析

3.1 系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性分析

通過鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)，可以有效地提高能源利用效率，降低能源成本，減少環(huán)境污染。具體效果如下：①能耗降低：通過利用煙氣余熱，可以減少燃料的使用量，降低能源消耗。同時(shí)，由于能源利用效率的提高，可以降低能源成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。②環(huán)保效益：通過減少燃料的使用量，可以降低二氧化碳等溫室氣體的排放量，減少環(huán)境污染，提高環(huán)境質(zhì)量。③經(jīng)濟(jì)效益：通過降低能源成本和減少環(huán)境污染，可以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。④技術(shù)優(yōu)勢(shì)：鍋爐煙氣余熱利用技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，具有成熟的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和可靠性保障。

3.2 系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)是一種能夠?qū)㈠仩t排放的煙氣中的余熱進(jìn)行回收利用的技術(shù)，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，可以有效地提高能源利用效率，降低能源成本，減少環(huán)境污染。在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析中，需要考慮系統(tǒng)的投資、運(yùn)行和維護(hù)成本，以及其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等因素。

3.2.1 投資成本分析。鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)的投資成本主要包括以下幾個(gè)部分。

（1）設(shè)備購置費(fèi)：包括熱源、換熱器、散熱器、控制系統(tǒng)等設(shè)備的購置費(fèi)用。

（2）安裝施工費(fèi)：包括設(shè)備的安裝、調(diào)試、檢驗(yàn)等費(fèi)用。

（3）運(yùn)行維護(hù)費(fèi)：包括設(shè)備的運(yùn)行電費(fèi)、冷卻水或制冷劑的消耗費(fèi)用、設(shè)備維護(hù)和檢修等費(fèi)用。

（4）其他費(fèi)用：包括技術(shù)咨詢、培訓(xùn)等費(fèi)用。

3.2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析。鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）能源成本降低：通過利用煙氣余熱，可以減少燃料的使用量，降低能源消耗，從而降低能源成本。

（2）環(huán)保效益：通過減少燃料的使用量，可以降低二氧化碳等溫室氣體的排放量，減少環(huán)境污染，提高環(huán)境質(zhì)量。

（3）設(shè)備壽命延長：通過利用余熱回收技術(shù)，可以降低設(shè)備的運(yùn)行溫度和壓力，從而延長設(shè)備的使用壽命，降低維修和更換成本。

（4）生產(chǎn)效率提高：通過利用余熱回收技術(shù)，可以提高設(shè)備的運(yùn)行效率，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

通過余熱回收技術(shù)，可以降低能源成本5%到20%不等，同時(shí)還可以提高設(shè)備的運(yùn)行效率和生產(chǎn)效率。

3.2.3 社會(huì)效益分析。鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)的社會(huì)效益主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）節(jié)能減排：通過利用余熱回收技術(shù)，可以減少能源的消耗和廢氣的排放量，有助于緩解能源緊張和環(huán)境污染問題。

（2）促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展：通過利用余熱回收技術(shù)，可以提高能源利用效率，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

（3）增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力：通過利用余熱回收技術(shù)，可以降低企業(yè)的能源成本和生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

（4）改善民生：通過利用余熱回收技術(shù)，可以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，改善民生。

3.3 效果分析

通過提高設(shè)備的運(yùn)行效率，成功提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

4 結(jié)論

通過對(duì)鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析，可以得出以下結(jié)論：①鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)具有顯著的熱經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，可以提高能源利用效率，降低能源成本，減少環(huán)境污染。②在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況對(duì)余熱利用系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)最佳地?zé)峤?jīng)濟(jì)性效果。③鍋爐煙氣余熱利用技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力，對(duì)于促進(jìn)能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)在原有基礎(chǔ)上不斷進(jìn)步，逐漸趨于成熟，技術(shù)水平不斷提高。將凝結(jié)水回收與煙氣余熱回收相結(jié)合的方式，不僅可以解決傳統(tǒng)凝結(jié)水回收裝置中存在的諸多問題，還可以充分利用鍋爐煙氣余熱資源，有效減少了鍋爐排煙熱損失，降低了機(jī)組能耗。由于我國燃煤發(fā)電企業(yè)中鍋爐煙氣余熱資源的利用現(xiàn)狀還比較落后，且應(yīng)用方式較為單一，導(dǎo)致在實(shí)際工程中缺乏實(shí)際案例參考，設(shè)計(jì)方案存在一定的局限性。未來需要結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及我國燃煤電廠實(shí)際情況，進(jìn)一步探索和開發(fā)更多高效的余熱回收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鍋爐煙氣余熱資源的最大化利用。結(jié)合節(jié)能減排的要求和企業(yè)自身發(fā)展需求，選擇合理的余熱回收方案。