鍋爐煙氣余熱回收及水資源多級(jí)利用技術(shù)成效

鐘國(guó)棟，李廉明，俞 燕

（1.浙江物產(chǎn)環(huán)保能源股份有限公司，浙江杭州 310003；2.嘉興新嘉愛(ài)斯熱電有限公司，浙江嘉興 314016）

0 引言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長(zhǎng)和居民生活水平的日益提高，我國(guó)的工業(yè)和居民采暖熱力需求仍保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，這意味著熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱仍然存在著巨大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿?。在?060”碳達(dá)峰碳中和的政策背景下，提高環(huán)保理念、落實(shí)節(jié)能政策和改善環(huán)境質(zhì)量的需求亦不斷加深，我國(guó)熱電聯(lián)產(chǎn)行業(yè)受到了重點(diǎn)關(guān)注，行業(yè)規(guī)模發(fā)展迅速，近幾年的增長(zhǎng)速度保持在20%左右。與大型發(fā)電機(jī)組相比，熱電聯(lián)產(chǎn)能源利用率高，節(jié)能降碳方面的優(yōu)勢(shì)更為明顯。因此，發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱，將為實(shí)現(xiàn)我國(guó)的節(jié)能減排目標(biāo)和全球溫室氣體減排做出積極貢獻(xiàn)。

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組是能源供給主力軍，同時(shí)也是節(jié)能降耗的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，推進(jìn)熱電機(jī)組的節(jié)能降耗精細(xì)化管理，提高能源資源利用率，將為熱電聯(lián)產(chǎn)行業(yè)市場(chǎng)空間得以進(jìn)一步拓寬提供巨大的推動(dòng)力。

現(xiàn)階段工業(yè)用熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組普遍采用高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，其排煙溫度達(dá)到135～145 ℃，煙氣中有7%～15%的顯熱和10%左右的潛熱未被有效利用，形成了大量的資源浪費(fèi)。采用高效的熱量回收裝置，可以將煙氣余熱轉(zhuǎn)化為可利用的能源，是一種實(shí)現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保雙贏的重要途徑。

對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組而言，水資源的回收利用是推進(jìn)電廠節(jié)能管理的另一個(gè)重要舉措。熱電鍋爐汽包排污、疏水排汽、水處理濃水、脫硫脫硝廢水等，這些是日常供熱中的低品位水資源，目前一般電廠通常采用直接對(duì)空排放疏水排汽以及將廢水排入城市管網(wǎng)的措施處理這些“附屬品”，這不僅造成了資源浪費(fèi)，也在一定程度上造成了環(huán)境污染。因此，通過(guò)相關(guān)技術(shù)舉措，有效回收低品位排汽和減少脫硫廢水排放，實(shí)現(xiàn)能量和資源的雙重利用，將進(jìn)一步提升熱電企業(yè)的能源管控，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 項(xiàng)目基本情況

1.1 工藝流程

通常熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的生產(chǎn)工藝流程如圖1 所示：燃料通過(guò)汽運(yùn)、船運(yùn)的方式運(yùn)至廠區(qū)內(nèi)，燃料經(jīng)過(guò)粉碎等預(yù)處理后，經(jīng)輸送裝置輸送進(jìn)入爐前存料倉(cāng)，最終進(jìn)入爐膛燃燒放熱。燃料在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量900 ℃左右的高溫?zé)煔猓?jīng)過(guò)鍋爐爐膛水冷壁、過(guò)熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器等受熱面吸熱后，溫度仍然高達(dá)135～145 ℃，部分潛熱和顯熱可以回收利用。

圖1 熱電聯(lián)廠機(jī)組生產(chǎn)工藝

取水經(jīng)“一級(jí)反滲透+混床處理”工藝后，進(jìn)入鍋爐吸收熱量變?yōu)檎羝苿?dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。為了保持機(jī)組系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)指標(biāo)符合運(yùn)規(guī)要求，在鍋爐中需要進(jìn)行定時(shí)排污和連續(xù)排污。這里所謂“污水”是含鹽率相對(duì)較高，但其溫度壓力也遠(yuǎn)高于常溫給水，直接排放是能量的浪費(fèi)鍋爐產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過(guò)“電袋除塵+濕電除塵”三級(jí)除塵裝置、SNCR+SCR 脫硝、“一爐一塔”的濕法脫硫塔后，通過(guò)獨(dú)立煙囪排放到大氣中。

經(jīng)過(guò)廠內(nèi)污水站處理后脫硫產(chǎn)生的廢水一般納入污水管網(wǎng)，但在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的背景下，各個(gè)企業(yè)排污總量均受到限制，特別是采用煙氣余熱回收后，廢水量大大增加，需要通過(guò)廢水回用降低廢水排放量。

1.2 需要解決的問(wèn)題

（1）通過(guò)煙氣余熱回收裝置，有效解決了煙氣余熱直接排放浪費(fèi)的問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)煙氣余熱加熱生活用水，節(jié)約標(biāo)煤炭資源，降低CO2（二氧化碳）排放。

（2）通過(guò)水資源多級(jí)利用措施，有效解決了脫硫廢水排放難的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了脫硫廢水零排放，同時(shí)通過(guò)增加疏水排汽和乏汽回收裝置，解決低品位蒸汽直接排放的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)能源的多級(jí)利用。

1.3 采取的研究方法、技術(shù)路線

項(xiàng)目采用“理論計(jì)算+現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)+數(shù)據(jù)模型+裝置設(shè)計(jì)+現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試”的技術(shù)路線。

首先，通過(guò)理論計(jì)算，得到鍋爐不同負(fù)荷下的煙氣量、排煙溫度等相關(guān)理論數(shù)據(jù)，以及不同負(fù)荷條件下的疏水排汽量理論值。

其次，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到鍋爐實(shí)際運(yùn)行的排煙溫度和煙氣量數(shù)據(jù)并予以預(yù)修正，通過(guò)尾部煙道模型和疏水系統(tǒng)模型，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行理論擬合和參數(shù)修正，得到基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的理論數(shù)值。

然后，根據(jù)該模型聯(lián)系設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)相關(guān)裝置設(shè)備，考慮到實(shí)際生產(chǎn)中的誤差問(wèn)題，設(shè)計(jì)須留有一定的裕量。

最后，根據(jù)計(jì)算所得數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行安裝調(diào)試、指導(dǎo)，給出煙氣余熱回收裝置安裝前后設(shè)備在不同負(fù)荷運(yùn)行下的節(jié)能效益，以及通過(guò)熱量換算和回水利用計(jì)算疏水排汽和乏汽回收裝置的節(jié)水和余熱利用效益，并對(duì)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行量化數(shù)據(jù)指導(dǎo)。

2 項(xiàng)目實(shí)施方案

2.1 煙氣深度冷凝與潛熱回收脫白模塊

在鍋爐的各項(xiàng)熱損失中，排煙損失是占比較大的一項(xiàng)。熱電機(jī)組鍋爐煙氣雖然經(jīng)過(guò)尾部受熱面加熱給水或蒸汽進(jìn)行熱量交換，但排煙溫度仍有135～145 ℃，本項(xiàng)目將對(duì)這一部分熱量進(jìn)行回收利用，增加企業(yè)效益。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有熱電機(jī)組鍋爐進(jìn)行尾部煙道改造，增加煙氣余熱回收利用裝置，在引風(fēng)機(jī)后的煙道上布置一臺(tái)氟塑鋼低溫省煤器，利用煙氣余熱加熱除鹽水。設(shè)計(jì)工況為將煙氣溫度由135 ℃降低至95 ℃，除鹽水流量以40 t/h 計(jì)算，先經(jīng)過(guò)冷渣機(jī)再流入氟塑鋼低溫省煤器，水溫由冷渣機(jī)出口35 ℃升溫至 85 ℃，實(shí)現(xiàn)鍋爐煙氣余熱的回收利用。

燃煤鍋爐煙氣深度冷凝與潛熱回收脫白模塊主要由無(wú)腐蝕不粘灰材料技術(shù)和深度冷凝余熱回收技術(shù)構(gòu)成。

2.1.1 無(wú)腐蝕不粘灰材料技術(shù)

煙道中特殊工作環(huán)境對(duì)換熱器本體設(shè)備有較高的要求：首先，脫硫入口煙氣溫度在135 ℃左右，要求選擇換熱效率較高的設(shè)備；其次，根據(jù)日常運(yùn)行工況脫硫塔入口煙道段處于干濕交界區(qū)，煙氣濕度較大，具有一定腐蝕性，需要選擇耐腐蝕的材料；然后，鍋爐引風(fēng)機(jī)未進(jìn)行擴(kuò)容的情況下，需要選擇設(shè)備阻力較小的設(shè)備；最后，脫硫入口煙氣雖經(jīng)過(guò)除塵設(shè)備去除大量的粉塵，但是仍然含有一定的粉塵，尤其是在鍋爐啟爐過(guò)程中除塵器無(wú)法投運(yùn)，會(huì)伴有大量的粉塵，因此所選設(shè)備換熱面要求具有一定的光滑性，不易附著粉塵且要耐磨損。

既要保證換熱效率又要保證設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行不被腐蝕，同時(shí)要求煙氣阻力小、不易積灰、耐磨損、使用壽命長(zhǎng)，在經(jīng)過(guò)一系列的項(xiàng)目調(diào)研、數(shù)據(jù)分析和研究論證后，最后選定管殼式氟塑料換熱器，系統(tǒng)與煙氣接觸材料采用聚四氟乙烯（Poly Fluoroalkoxy，PFA）。

2.1.2 深度冷凝余熱回收技術(shù)

由于煙氣脫硫采用石灰石—石膏法，間接增加煙氣中的水蒸汽含量，GWH（低溫省煤器）使煙氣進(jìn)入脫硫塔的溫度降低，同時(shí)吸收塔的出口溫度也隨之下降，但仍攜帶大量的潛熱，通過(guò)在脫硫塔出口設(shè)置CDH（煙氣冷凝器）對(duì)煙氣進(jìn)行冷凝，可以回收熱量和煙氣冷凝水，實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水。此外，在煙氣深度冷凝過(guò)程中，蒸汽相變可促進(jìn)細(xì)顆粒物的慣性脫除，部分SO2（二氧化硫）也在冷凝過(guò)程中被凝結(jié)液吸收脫除。因此，該技術(shù)可回收濕煙氣余熱及加深煙氣冷凝，消除白色煙羽，提高能源利用率和減少煙氣排放濕度，并實(shí)現(xiàn)微細(xì)顆粒物和SO2的協(xié)同脫除，經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益顯著。

2.2 水資源多級(jí)利用

2.2.1 疏水排汽回收利用

目前，熱電鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)定期排污、連續(xù)排污、疏水?dāng)U容器等形式或設(shè)備產(chǎn)生大量的具有低位熱能的蒸汽，這部分蒸汽直接排入大氣，造成能源（熱能和純水）的浪費(fèi)，也會(huì)對(duì)鍋爐鋼架結(jié)構(gòu)及周圍的設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。

擬利用乏汽回收裝置的無(wú)壓冷凝換熱能力，加快定排的工質(zhì)閃蒸速度，可以使定排擴(kuò)容能力在現(xiàn)在基礎(chǔ)上有所提高，閃蒸汽能全部快速冷凝，回收乏汽余熱。同時(shí)將鍋爐連排水母管接入“多級(jí)降壓汽化擴(kuò)容凈化回收裝置”，通過(guò)熱網(wǎng)低壓供汽的熱焓值補(bǔ)償，連排水進(jìn)入裝置后經(jīng)過(guò)過(guò)濾、汽化及焓差補(bǔ)償?shù)攘鞒毯筮_(dá)到合格品位的低壓供熱蒸汽再并入供汽管網(wǎng)，進(jìn)一步利用疏水排汽余熱。

2.2.2 工藝廢水達(dá)標(biāo)回用

結(jié)合現(xiàn)有脫硫脫硝廢水處理工藝特點(diǎn)，在傳統(tǒng)廢水處理工藝流程下端增加“蒸發(fā)濃縮—煙道蒸發(fā)”工藝路線，對(duì)脫硫廢水進(jìn)行處理。

擬建設(shè)一臺(tái)蒸發(fā)塔，并對(duì)原有煙道設(shè)計(jì)進(jìn)行改造：利用脫硫原煙氣在蒸發(fā)塔中與逆向噴淋的廢水進(jìn)行換熱，廢水吸收煙氣熱量蒸發(fā)濃縮；基于水與無(wú)機(jī)鹽及懸浮物沸點(diǎn)的差異實(shí)現(xiàn)分離；出水箱內(nèi)的廢水再通過(guò)計(jì)量泵噴射至電袋除塵器入口煙道內(nèi)，利用煙氣余熱進(jìn)行煙道蒸發(fā)，無(wú)需額外熱源。通過(guò)廢水處理后回收利用，實(shí)現(xiàn)廢水零排放同時(shí)減少?gòu)S內(nèi)耗水量。

3 實(shí)施成效

該項(xiàng)目實(shí)施后，公司實(shí)業(yè)板塊將邁上節(jié)能快車道。預(yù)期的項(xiàng)目效益如下：

（1）通過(guò)安裝氟塑鋼換熱器實(shí)現(xiàn)煙氣余熱回收利用，公司年節(jié)約5000 kcal/kg（20 920 kJ/kg）的原煤超過(guò)1.5 萬(wàn)噸。

（2）通過(guò)設(shè)置多級(jí)降壓汽化擴(kuò)容凈化回收裝置和乏汽回收裝置，實(shí)現(xiàn)年回收疏水乏汽6 萬(wàn)噸；同時(shí)，廢水零排放系統(tǒng)研發(fā)投產(chǎn)后，能減少?gòu)S內(nèi)系統(tǒng)耗水量約3.4 t/h，每年可節(jié)省脫硫系統(tǒng)耗水量至少2 萬(wàn)噸。

4 結(jié)論

通過(guò)煙氣余熱回收利用和水資源多級(jí)利用措施，加強(qiáng)熱電企業(yè)能源管控，優(yōu)化創(chuàng)新節(jié)能精細(xì)化舉措，能有效提高資源利用率，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，節(jié)省煤炭資源，減少CO2排放，為企業(yè)的綠色發(fā)展貢獻(xiàn)力量。