煙氣余熱利用系統(tǒng)節(jié)能效果及運(yùn)行分析

摘要：詳細(xì)介紹了煙氣余熱利用的現(xiàn)狀及技術(shù)原理，并對(duì)技術(shù)路線的發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述。以某熱電廠煙氣余熱利用系統(tǒng)的運(yùn)行情況為例，介紹了煙氣余熱利用系統(tǒng)的節(jié)能效果及運(yùn)行情況，并提出了應(yīng)對(duì)低溫腐蝕的治理措施。

關(guān)鍵詞：煙氣余熱利用;節(jié)能降耗;低溫腐蝕

1 煙氣余熱利用的理論分析

1.1? ? 煙氣余熱利用的現(xiàn)狀

節(jié)能降耗是供熱企業(yè)永恒的話題和企業(yè)經(jīng)營(yíng)提質(zhì)增效的關(guān)鍵，利用好鍋爐尾部煙氣的熱量是熱電廠節(jié)能降耗的突破點(diǎn)。對(duì)煙氣進(jìn)行深度治理，對(duì)煙氣余熱進(jìn)行回收利用，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用以及合理配置，確保工藝裝置的平穩(wěn)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)能減排的挖潛力度，能夠增強(qiáng)企業(yè)的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力。

火電廠鍋爐排煙損失余熱為4%～8%，影響排煙損失的主要因素是排煙溫度，排煙溫度每下降10 ℃，鍋爐熱效率可提高約1%。因此，鍋爐煙氣余熱利用是火電機(jī)組節(jié)能降耗的有效手段，成為節(jié)能領(lǐng)域的研究重點(diǎn)[1]。為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召，余熱回收利用技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)中得到大力發(fā)展和落實(shí)，但我國(guó)工業(yè)余熱回收利用仍存在技術(shù)及儲(chǔ)熱方面的問題[2]。

1.2? ? 煙氣余熱利用的技術(shù)路線

鍋爐煙氣余熱可被用來加熱鍋爐給水、凝結(jié)水、一次風(fēng)、二次風(fēng)、管網(wǎng)回水或用于干燥原煤等[3]。

傳統(tǒng)的煙氣余熱利用是通過換熱器將鍋爐尾部煙氣中的熱量提取出來，提高鍋爐熱效率。近些年，為了進(jìn)一步深度提取低品位熱能，一些電廠將熱泵用于廢氣、廢水余熱回收，表現(xiàn)出了較高的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)[4]。煙氣余熱利用需要綜合考慮換熱器的額外布置、換熱面的增大以及熱泵等設(shè)備的投入帶來的綜合成本問題以及煙氣的低溫腐蝕問題[3]。

未來的研究需要集中于發(fā)展效率高、容量大、熱適應(yīng)性好、穩(wěn)定可靠的熱泵技術(shù)，同時(shí)基于工質(zhì)對(duì)、新型循環(huán)、高密度熱質(zhì)傳遞等關(guān)鍵技術(shù)，研究分散式低品位余熱利用的高效吸附/吸收式制冷/熱泵機(jī)組及余熱儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)，形成集中—分散余熱覆蓋的熱、電、冷、儲(chǔ)、運(yùn)網(wǎng)絡(luò)化利用準(zhǔn)則與方案，實(shí)現(xiàn)工業(yè)余熱的高效利用[5]。

2 煙氣余熱利用運(yùn)行分析

2.1? ? 項(xiàng)目概況

為貫徹《環(huán)境保護(hù)法》《大氣污染防治法》，加強(qiáng)對(duì)燃煤大氣污染物的排放控制，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展，改善環(huán)境質(zhì)量。某熱電廠于2018年完成鍋爐尾部煙氣冷凝深度治理項(xiàng)目，有效消除了石膏雨、白色煙羽，加速了煙氣擴(kuò)散，減小了局部污染，同時(shí)有效地利用了鍋爐尾部煙氣余熱，在改善環(huán)境的同時(shí)節(jié)約了能源。

2.2? ? 技術(shù)原理

該熱電廠采用脫硫前原煙氣余熱回收+脫硫塔后凈煙氣冷凝技術(shù)，煙氣余熱利用系統(tǒng)在脫硫前原煙道安裝換熱器對(duì)除鹽水進(jìn)行加熱，做到煙氣余熱回收，在脫硫塔出口凈煙道安裝煙氣冷凝器，降低煙氣溫度，凝結(jié)析出煙氣中的水蒸氣，冷凝后的煙氣通過煙囪排向大氣。經(jīng)過煙氣冷凝器升溫后的循環(huán)水，在采暖季部分用于預(yù)熱化水站原水，另一部分循環(huán)水進(jìn)冷卻塔冷卻后經(jīng)循環(huán)水泵加壓再次進(jìn)入煙氣冷凝器換熱。技術(shù)原理如圖1所示。

2.3? ? 運(yùn)行節(jié)能效果

煙氣余熱利用系統(tǒng)從2018年10月底投運(yùn)至今，運(yùn)行比較平穩(wěn)，節(jié)能效果顯著，鍋爐負(fù)荷在80%以上時(shí)，鍋爐出口煙氣經(jīng)過余熱利用系統(tǒng)后從110 ℃降至47 ℃，除鹽水加熱器將除鹽水溫度由31 ℃提升至80 ℃，煙氣冷凝器將化水站的部分自來水由10 ℃加熱至20 ℃，大大提升了鍋爐熱效率。通過計(jì)算可得出，鍋爐熱效率提升2%～3%，上網(wǎng)汽標(biāo)煤耗降低1.5 kg/t。全年可節(jié)約標(biāo)煤約1 440 t，在現(xiàn)行煤價(jià)居高不下的情況下，可直接節(jié)約燃料成本約185萬元。

2.4? ? 運(yùn)行問題及治理措施

在煙氣余熱利用系統(tǒng)近三年的運(yùn)行過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，主要原因是煙氣的低溫腐蝕。針對(duì)該問題，有研究表明眾多因素中水蒸氣和SO3體積分?jǐn)?shù)對(duì)酸露點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生直接影響，而其他因素都是通過影響水蒸氣和SO3體積分?jǐn)?shù)來間接影響酸露點(diǎn)[6]。在該熱電廠煙氣余熱利用系統(tǒng)中，因?yàn)樗?、低溫?zé)煔饫淠盁煔庵谢覊m的存在，三者共同對(duì)煙氣余熱系統(tǒng)造成了一定的影響。

2.4.1? ? 煙氣余熱系統(tǒng)煙道泄漏

由于施工質(zhì)量及成本控制原因，煙氣余熱利用系統(tǒng)中煙道本體及連接處在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后有煙氣冷凝水滴漏現(xiàn)象。燃煤鍋爐煙氣露點(diǎn)溫度在85～100 ℃，而除鹽水加熱器末端煙氣溫度可達(dá)到85 ℃左右，水蒸氣和SO3體積分?jǐn)?shù)直接影響露點(diǎn)溫度。由于燃煤品質(zhì)及運(yùn)行調(diào)整原因，鍋爐出口煙氣會(huì)在除鹽水加熱器末端附近結(jié)露，形成酸水，腐蝕非不銹鋼煙道，從而造成煙氣余熱系統(tǒng)煙道泄漏問題。

針對(duì)煙氣余熱系統(tǒng)煙道泄漏問題，該熱電廠的解決辦法是在維修過程中對(duì)發(fā)生泄漏的煙道處進(jìn)行鋼板貼補(bǔ)，貼補(bǔ)后對(duì)煙道整體重新進(jìn)行防腐處理。

2.4.2? ? 煙氣余熱系統(tǒng)換熱器堵塞

系統(tǒng)建成后運(yùn)行兩年時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐引風(fēng)機(jī)出力增大，每噸上網(wǎng)蒸汽電耗上漲約2 kW·h，說明鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)存在明顯阻力，2021年度檢修過程中對(duì)鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)檢查及高壓水清理，再次啟爐后引風(fēng)機(jī)阻力沒有得到明顯改善。

再次停爐后對(duì)煙氣余熱系統(tǒng)的除鹽水加熱器進(jìn)行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)換熱器尾部堵塞極其嚴(yán)重，如圖2所示。

主要原因是除鹽水加熱器末端煙氣溫度在煙氣露點(diǎn)以下，結(jié)露后形成酸水，同時(shí)換熱器本身由于翅片材質(zhì)原因，不具備抗腐蝕能力，翅片被腐蝕后在其周圍形成了酸水和煙氣中殘余的灰塵所結(jié)的垢。后期清理過程中發(fā)現(xiàn)所淤積的垢強(qiáng)度較大，類似于混凝土的性質(zhì)，同時(shí)除鹽水加熱器空間較小，給清理工作帶來了不小的麻煩。

針對(duì)煙氣余熱系統(tǒng)換熱器堵塞問題，該熱電廠利用高壓水對(duì)除鹽水加熱器進(jìn)行整體清理，并將尾部堵塞段的翅片拆除，處理后效果如圖3所示。

再次啟爐后，運(yùn)行中引風(fēng)機(jī)電流在相同負(fù)荷情況下較清理之前下降15%～20%，引風(fēng)機(jī)電耗較清理之前下降1.5 kW·h/t。煙氣經(jīng)過余熱利用系統(tǒng)后出口溫度沒有明顯變化，較清理之前換熱效果沒有明顯變化。

3 結(jié)論及建議

煙氣余熱利用系統(tǒng)可以有效利用鍋爐出口高溫?zé)煔鉄崃繉?duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)等進(jìn)行加熱，有效梯級(jí)利用能源，提高能源利用率，降低熱電廠單耗。但同時(shí)因?yàn)榈蜏馗g，也帶來了一系列的運(yùn)行問題。通過施工過程中材質(zhì)的把控和吹灰系統(tǒng)的合理設(shè)置，可以有效解決低溫腐蝕問題。此外，通過運(yùn)行調(diào)整以及定期對(duì)煙氣余熱利用系統(tǒng)清灰，也可較大程度減少由于低溫腐蝕帶來的系統(tǒng)堵塞問題。

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收稿日期：2021-08-19

作者簡(jiǎn)介：楊成思（1987—），男，天津人，工程師，從事熱電廠管理工作。