鍋爐尾部煙氣余熱利用探討

李寶坤

（京能（赤峰）能源發(fā)展有限公司,內(nèi)蒙古 赤峰 024007）

鍋爐尾部煙氣余熱利用探討

李寶坤

（京能（赤峰）能源發(fā)展有限公司,內(nèi)蒙古 赤峰 024007）

近幾十年來，通過自主創(chuàng)新和技術(shù)引進(jìn)，國內(nèi)以大容量、高參數(shù)火力發(fā)電廠建設(shè)取得了長足的發(fā)展。比如凝結(jié)水系統(tǒng)利用鍋爐煙氣余熱來進(jìn)行加溫，減少了機(jī)組回?zé)岢槠麚p失，并且實(shí)現(xiàn)了鍋爐排煙溫度自動控制，提高了循環(huán)系統(tǒng)的效率，通過對這些新技術(shù)的應(yīng)用，我國火力發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的整體水平有了大幅提高。煙氣回收技術(shù)具有良好的節(jié)能減排、降低發(fā)電煤耗的作用，并且能夠提高全廠凈效率，本文通過介紹和分析以期對新建和老機(jī)組設(shè)計優(yōu)化提出合理的建議。

鍋爐煙氣；余熱利用；全廠凈效率

從上世紀(jì)50年代以來，各種等級的電站鍋爐上均采用了煙氣余熱利用技術(shù)，在熱量回收和提高過來效率方面取得了一定的成效，上世紀(jì)90年代以來，西方發(fā)達(dá)國家根據(jù)環(huán)保要求和能源價格變化，通過計算將鍋爐排煙溫度設(shè)計值降至100℃左右，電廠供電煤耗可以降低5-7 g/kwh。目前，華能玉環(huán)電廠全廠凈效率指標(biāo)達(dá)到了45.46％。本文以鍋爐煙氣余熱回收利用為切入點(diǎn)，為進(jìn)一步提高全廠的熱力循環(huán)效率，通過對這項(xiàng)技術(shù)的探討，實(shí)現(xiàn)對煙氣余熱的充分利用。

如今超超臨界鍋爐出口蒸汽的初參數(shù)已經(jīng)達(dá)到了主汽壓力30Mpa，主汽溫度600℃，再熱溫度620℃，其鍋爐效率已經(jīng)接近95％，鍋爐燃燒技術(shù)和汽輪機(jī)設(shè)計已經(jīng)相當(dāng)成熟，從鍋爐和汽輪機(jī)本體設(shè)計來提高效率已是技術(shù)的極限。根據(jù)鍋爐反平衡法，鍋爐效率η=100-（q1+q2+q3+q4+q5）其中：

q2：排煙熱損失——鍋爐最主要的熱損失。

q3：化學(xué)未完全燃燒熱損失——指燃燒過程中產(chǎn)生的可燃?xì)怏w未完全燃燒產(chǎn)生的損失。

q4：機(jī)械不完全燃燒損失——未完全燃燒的碳就隨同灰渣排出爐外而產(chǎn)生的熱損失。

q5：散熱損失——鍋爐產(chǎn)生的熱量通過爐本體、汽水管道、煙風(fēng)道等設(shè)備散失的熱量。

q6：灰渣物理熱損失——爐渣外排所帶走的熱量。

按國內(nèi)常規(guī)設(shè)計，對于大容量高參數(shù)煤粉爐，空預(yù)器出口煙溫一般在120℃-130℃之間，q3、q4、q5、q6已基本沒有可挖的潛力，而對于q2情況則大不一樣。對鍋爐效率影響最大的一項(xiàng)損失就是排煙熱損失，所占比例大約是 6％-9％，從提高全廠的發(fā)電經(jīng)濟(jì)性和鍋爐效率來說，降低排煙損失有非常重要的作用。

1 合理排煙溫度的設(shè)計

考慮設(shè)備的正常運(yùn)行，合理的排煙溫度設(shè)計。脫硫塔煙氣入口溫度控制在85℃-95℃之間是一般濕法脫硫工藝要求，脫硫后煙氣溫度一般為40℃-60℃，因此，煙氣余熱利用工藝應(yīng)確保脫硫塔入口溫度處于85℃-95℃這個區(qū)間。

2 煙氣余熱的利用方案

目前煙氣余熱利用技術(shù)基本有如下幾種：預(yù)熱鍋爐送風(fēng)、預(yù)熱凝結(jié)水以提高給水的初溫、通過干燥裝置烘干燃料、供熱區(qū)域在供熱期間預(yù)熱熱網(wǎng)循環(huán)水。

2.1 提高凝結(jié)水水溫

通過提高鍋爐給水溫度可以提高熱力循環(huán)效率，提高凝結(jié)水溫度是提高鍋爐給水初溫的途徑之一。采取的方法主要有兩個：一是煙氣與凝結(jié)水直接進(jìn)行熱交換后，然后通過煙氣回?zé)峒訜崞骷訜崮Y(jié)水，這種方法為直接加熱方式。二是采用間接加熱方式。即安裝煙氣回?zé)峒訜崞骷八畵Q熱器，凝結(jié)水與吸收煙氣余熱后的閉式水進(jìn)入進(jìn)行熱交換，然后并入主凝結(jié)水系統(tǒng)。通過提高凝結(jié)水水溫，回?zé)岢槠到y(tǒng)所需要的汽輪抽汽量減少。這種方式減少了回?zé)嵯到y(tǒng)的抽汽量，從而提高了汽輪機(jī)的絕對內(nèi)效率和循環(huán)熱效率，使機(jī)組得到了附加的電功率。

2.2 提高空預(yù)器的入口風(fēng)溫

降低q2的最直接有效的方法就是提高鍋爐的送風(fēng)溫度，利用煙溫回收技術(shù)對一、二次風(fēng)的預(yù)熱，可以提高進(jìn)入爐膛的進(jìn)風(fēng)溫度，從而有助于提高鍋爐的效率。常用的方法是以除鹽水為傳熱介質(zhì)，用除鹽水吸收脫硫塔進(jìn)口煙氣熱量，然后設(shè)置換熱器，用除鹽水的熱量加熱冷一、二次風(fēng)，常規(guī)低壓抽氣蒸汽暖風(fēng)器被換熱器代替或者減少輔助蒸汽用汽量，節(jié)省下來的的輔助蒸汽則可以增加機(jī)組發(fā)電量。

2.3 利用煙氣余熱干燥褐煤

我國褐煤產(chǎn)地主要分布在內(nèi)蒙、東北和云南，褐煤最近幾年開始廣泛應(yīng)用到發(fā)電廠。褐煤是一種低熱值的煤炭，是發(fā)育不完全的煤，水分含量50％-60％。褐煤經(jīng)過干燥脫水處理后，其水分含量可降低至14％。干燥前、后的褐煤在國內(nèi)300MW褐煤鍋爐機(jī)組中進(jìn)行摻燒實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過計算鍋爐效率可提高約1％-2％，鍋爐主要風(fēng)機(jī)電耗下降約25％-29％，同時，制粉系統(tǒng)的電耗也明顯降低。

2.4 區(qū)域供熱利用

設(shè)計思路為利用煙氣預(yù)熱代替或部分代替機(jī)組熱網(wǎng)加熱器熱量，達(dá)到節(jié)省加熱熱網(wǎng)換熱器蒸汽量的目的，這種換熱器一般采用采用防腐蝕材料的換熱器，通過吸收煙氣預(yù)熱提高地區(qū)的熱網(wǎng)循環(huán)水溫度，減少抽汽用量從而增加了機(jī)組發(fā)電量，提高了全廠的熱能利用效率。這種技術(shù)在國外普遍使用，并且這種聯(lián)合生產(chǎn)方式是符合能源的梯級利用、合理用能的原則，符合中國目前創(chuàng)建節(jié)約環(huán)保型社會的宗旨。

3 煙氣余熱回收難點(diǎn)及措施

3.1 低溫腐蝕及措施

引起金屬受熱面的腐蝕的主要原因就是鍋爐出口排煙溫度過低，空預(yù)器管壁溫度低于硫酸蒸汽的凝結(jié)溫度，從而產(chǎn)生結(jié)露。目前主要的解決辦法是根據(jù)設(shè)計煤種，計算出煙氣的酸露點(diǎn)，再選擇適當(dāng)?shù)呐艧煖囟取Ｈ秉c(diǎn)是排煙溫度高，q2損失大。解決這一問題主要是采用新材料-含氟聚合物材料，如聚四氟乙烯材料（PTFE），經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，這種材料能有效解決傳統(tǒng)金屬材料腐蝕問題。

3.2 換熱管的積灰問題

這是所有電廠存在的共性問題，一般采用措施是：適當(dāng)提高煙速、選擇合適的換熱管間距、安裝吹灰裝置等。隨著新材料的應(yīng)用，比如PTFE材料具有的不粘性及自清潔特性，可以減少外表面的積灰數(shù)量和時間，有效地延長了檢修間隔。如果同時采用提高鍋爐入風(fēng)溫度，降低了空預(yù)器管壁溫度，降低了結(jié)露的風(fēng)險。

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