火電廠中燃煤鍋爐余熱的利用技術(shù)的應(yīng)用
2012-12-31 00:00:00張磊孫立秋段秋喜
【摘 要】隨著國民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，我國的火力發(fā)電事業(yè)也發(fā)生了翻天覆地的變化。在這一變化的過程當(dāng)中，我們針對當(dāng)前火電廠在鍋爐余熱利用率低、能源價格上漲導(dǎo)致發(fā)電虧損、環(huán)境壓力逐漸增大的現(xiàn)狀，提出了通過加大對鍋爐連排水和煙氣余熱利用的想法，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的，介紹了一些煙氣余熱利用的相關(guān)技術(shù)，為我國創(chuàng)造客觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，也為企業(yè)的創(chuàng)收和節(jié)能減排提供了一種新的途徑。
【關(guān)鍵詞】火力發(fā)電廠；燃煤鍋爐；余熱利用；節(jié)能減排
我國絕大部分的電能是靠煤電生產(chǎn)出來的，然而燃煤產(chǎn)生的大量熱能并沒有得到充分的利用。在當(dāng)今節(jié)能減排的大背景下，煤價越來越高，發(fā)電企業(yè)的虧損日益嚴(yán)重，如何充分利用煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的熱能，為企業(yè)帶來更多的價值成了一個非常重要的話題。在火力發(fā)電廠中，鍋爐余熱可以通過各種技術(shù)進(jìn)行充分的利用，以提高全場的熱效率。在可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的前提之下，利用這些熱能就顯得極為重要了，鍋爐的余熱利用有很多的方式，例如利用鍋爐尾部煙道的煙氣熱量加熱給水的省煤器、在尾部煙道中利用煙氣熱量加熱參與爐膛燃燒空氣的空氣預(yù)熱器、利用鍋爐的連續(xù)排污水的熱量加熱給水的給水加熱武器等等，除了利用這些常規(guī)的利用方式之外，還有利用鍋爐連排水進(jìn)行直接發(fā)電的裝置以及深度利用鍋爐尾部煙氣熱量的裝置等。使用技術(shù)較為成熟、性能較為可靠的低溫余熱回收利用技術(shù)來達(dá)到經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的雙重效益。
1.火力發(fā)電廠中鍋爐低溫余熱利用技術(shù)
1.1鍋爐汽水系統(tǒng)的余熱利用技術(shù)
對火力發(fā)電廠的鍋爐汽水系統(tǒng)余熱利用主要集中在兩個方面：利用鍋爐連排水所含有的高品位熱能做功，驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，剩余的水汽混合物可以送到熱水站，全部回收再利用，并生產(chǎn)出可供周圍企業(yè)或者居民使用的熱水；連排水直接引入加熱器加熱給水，但它屬于常規(guī)的熱能利用，效率比較低。
依靠螺桿膨脹動力機(jī)，利用鍋爐連排水，通過聯(lián)軸器帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電后排出的水汽混合物可以進(jìn)入熱水站加熱水，向社會提供熱水或者供暖，并且可以利用排污余熱加熱鍋爐給水，減少爐內(nèi)水在爐膛內(nèi)所吸收的熱量，以此來提高燃料的利用效率。值得一提的是，螺桿膨脹發(fā)電機(jī)是目前可以適應(yīng)過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水兩相混合物、熱液以及高鹽分低品質(zhì)流體的發(fā)電設(shè)備，可以很好地適應(yīng)鍋爐連排水不穩(wěn)定的壓力、溫度和不均衡的流量，并且能夠在部分負(fù)荷、變轉(zhuǎn)速甚至比較惡劣的環(huán)境下運行，可以做到無人值守，節(jié)省了人工成本。
1.2鍋爐排煙系統(tǒng)的余熱利用技術(shù)
火電廠鍋爐的各項熱能損耗中，排煙熱量損失最大。在一般情況下，排煙溫度每升高10攝氏度，排煙熱損失就會相應(yīng)的增加0.6%～1.0%，發(fā)電煤耗增加2g/（kW·h）左右。我國現(xiàn)役的火電機(jī)組中，鍋爐排煙一般都在125～150攝氏度之間。排煙溫度偏高是一個普遍存在的現(xiàn)象，也由此造成了巨大的熱量損失。這部分預(yù)熱的回收主要依靠的是在排煙系統(tǒng)中安裝煙氣冷卻器，通過水或者空氣等導(dǎo)熱介質(zhì)將熱能傳遞至鍋爐的給水系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)，以用于加熱助燃空氣、凝結(jié)水或生產(chǎn)、生活用熱水，以此來達(dá)到節(jié)能的目的。
2.煙氣余熱回收設(shè)置設(shè)計中的技術(shù)難點以及解決辦法
煙氣冷卻后可能會導(dǎo)致二氧化硫等酸性腐蝕氣體結(jié)露腐蝕管壁，所以我們要格外的注意。煙氣深度冷卻器源于歐美地區(qū)，可以較大程度的降低煙氣溫度，節(jié)能效果非常明顯。當(dāng)溫度較高的煙氣通過冷卻器的時候，與冷卻器內(nèi)翅片管束中的水進(jìn)行熱量交換，水吸收余熱后溫度會上升，從而降低煙氣的溫度。在具體設(shè)計時，要根據(jù)需要來確定冷卻器的布置形式和安放位置。由于實際運行工況和設(shè)計排煙溫度之間可能存在差距，所以新建工程在設(shè)計階段就應(yīng)該預(yù)留下安裝冷卻器及相關(guān)系統(tǒng)器件的位置。在布置的時候，可以將冷卻器按照高溫和低溫兩個階段來分開布置，高溫段布置于除塵器之前的煙道，低溫段布置于除塵器之后的煙道，這樣可以提高后側(cè)除塵器的工作效率，增加除塵效果，降低除塵器的能耗，如果使用布袋除塵器還能延長布袋的使用壽命防止它被高溫所破壞。要根據(jù)具體的情況、具體的需求來選擇安裝的位置，這樣才能達(dá)到最佳的熱能回收效果，節(jié)約能源和成本。
2.1換熱材料的低溫腐蝕問題
在鍋爐尾部煙氣余熱利用技術(shù)中，這一問題是最為突出的。出口排煙溫度過低會使換熱器的壁溫低于硫酸蒸汽的凝結(jié)點，引起金屬受熱面的嚴(yán)重腐蝕，這曾經(jīng)是長期困擾設(shè)計人員降低鍋爐排煙溫度、提高鍋爐效率的瓶頸。目前國內(nèi)主要是根據(jù)適合的酸露點計算，選取合適的煙氣冷卻器工作溫度。國外廠家已開發(fā)出一系列的含氟聚合物材料，例如聚四氟乙烯材料來用于這部分低壓換熱區(qū)域，有效地解決了傳統(tǒng)金屬材料的腐蝕難題。
2.2換熱管的積灰問題
煙氣余熱換熱器由于工作的溫度低，煙氣中的SO3、SO2、HF以及HCI等成分會與表面的凝結(jié)積水混合并粘附在低溫受熱面表面，不僅污染傳熱管表面，影響傳熱效率，嚴(yán)重的時候還會堵塞煙氣流動通道，增加煙氣的流動阻力，甚至影響鍋爐的安全運行，導(dǎo)致不得不停爐清灰。對此，國內(nèi)一般在設(shè)計和工程中采取以下措施：
（1）根據(jù)煙氣灰特性以及流速，在設(shè)計的時候應(yīng)該適當(dāng)?shù)奶岣邍?yán)肅，選擇合適的換熱管間距來減少省煤器管壁的積灰。
（2）在換熱管排間安裝吹灰裝置。
（3）在結(jié)構(gòu)設(shè)計上進(jìn)行充分的考慮，以避免堵灰死點的出現(xiàn)，管排采用可拆卸的結(jié)構(gòu)，受熱面的面積靈活可調(diào)，便于維修和清理。
在國外，特別是歐洲各國，隨著新材料的普遍應(yīng)用，由于這類高分子材料本身所具有的不粘性以及自清潔特性，可以明顯的減少換熱面外表面的積灰陳積而且可以快速和徹底的清除少量的積灰，從而有效地延長了檢修間隔，提高了全廠的可用率。
在我國，隨著節(jié)能減排觀念的日漸深入，目前關(guān)于鍋爐余熱的利用技術(shù)和應(yīng)用已經(jīng)越來越能引起人們的關(guān)注，合理的設(shè)計和安裝煙氣余熱回收裝置，可以提高火力發(fā)電廠的熱效率、增加發(fā)電量、降低煤耗。然而，對于各種各樣的燃煤鍋爐余熱利用還是要遵循一定的規(guī)律的：抽取的旁路煙氣量是有一定限度的；排煙的溫度不能降得太低，過分追求低得排煙溫度和凝結(jié)水的溫升，反而會引起鍋爐效率的下降以及低溫?zé)煔饫鋮s器的腐蝕或者設(shè)備的造價過高。
3.總結(jié)
綜上所述，通過對火力發(fā)電廠中燃煤鍋爐余熱利用技術(shù)的分析可以看出，對鍋爐余熱進(jìn)行利用可以產(chǎn)生客觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。近幾年來，我國面臨的節(jié)能減排的壓力越來越大，作為耗能大戶的各個火力發(fā)電廠如何積極地利用新技術(shù)、提高發(fā)電廠的綜合節(jié)能減排水平，既符合發(fā)電廠本身降低消耗、減少虧損、提高效益的要求，又符合企業(yè)履行應(yīng)盡的社會責(zé)任的需要。余熱利用是科技創(chuàng)新在火電廠節(jié)能減排、增加企業(yè)效益的具體體現(xiàn)，為提高能源利用效率、減輕發(fā)電企業(yè)虧損拓展了一條新的有效途徑。
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