唐學(xué)英 賈津秋

【摘 要】 煙氣余熱損失是電站鍋爐熱損失最重要的一項，對節(jié)能降耗，提高電廠效率有意義重大，務(wù)必需要引起重視。本文就煙氣余熱回收利用系統(tǒng)在電站鍋爐的應(yīng)用方面進行了簡要的探討。

【關(guān)鍵詞】 煙氣余熱；節(jié)能減排；鍋爐

前言：

鍋爐余熱資源的回收利用是節(jié)約能源的重要措施，工業(yè)鍋爐排煙余熱所占鍋爐熱量的比重較大，尤其對于燃氣鍋爐。在天然氣鍋爐熱損失中，主要為排煙熱損失。通常燃氣鍋爐的排煙溫度較高，一般在160～240℃。煙氣中含大量過熱態(tài)水蒸氣，是煙氣熱量的主要攜帶者，約為55%～75%。天然氣鍋爐尾部增設(shè)煙氣冷凝換熱裝置，可回收利用排煙顯熱與煙氣凝結(jié)潛熱，并減少有害氣體排放量，煙氣冷凝水可經(jīng)簡單處理后回收利用。

煙氣凝結(jié)換熱包括水蒸氣凝結(jié)和煙氣中的不凝結(jié)氣體對流換熱2個過程。煙氣在流經(jīng)換熱器時，由于水蒸氣的凝結(jié)造成了煙氣的組成成分發(fā)生變化，使得換熱過程比較復(fù)雜。當冷凝換熱器的表面溫度低于水蒸氣露點溫度時，煙氣中水蒸氣釋放潛熱后，開始凝結(jié)，換熱器表面形成凝結(jié)液膜包圍，同時在該液膜外還存在一層不凝結(jié)氣體。

一、煙氣余熱利用系統(tǒng)設(shè)計原則

煙氣余熱利用系統(tǒng)的設(shè)計要遵循以下幾個原則：（1）安全可靠原則。余熱利用系統(tǒng)中所有參數(shù)都必須在保證機組正?？煽窟\行的前提下選取，譬如選取合適的換熱材料，保證換熱系數(shù)；合理設(shè)計和控制受熱面壁溫，以避開煙氣低溫腐蝕，保證換熱介質(zhì)不泄露；以及注意管道連接、施工建設(shè)等方面的安全問題。（2）經(jīng)濟性原則。在運行安全可靠的前提下，還要控制設(shè)備投資及安裝維護費用，保證較高的投資回報比。（3）高效原則。盡可能保證回收得到的煙氣熱量的能級最高，做到能量的梯級利用。

二、煙氣回收技術(shù)

（1）直接接觸冷凝式

直接接觸式冷凝換熱的原理，一般以水作為熱的載體，向煙氣中直接噴入溫度低于煙氣中水蒸氣露點溫度的水，煙氣與水直接接觸換熱，二者之間伴隨著顯熱交換的同時還伴隨著潛熱交換；而且煙氣中的各種組分在與水接觸時被吸附吸收，對煙氣起到清洗凈化的目的。

采用燃氣鍋爐煙氣直接接觸冷凝熱量回收系統(tǒng)（簡稱DCC-HRS能源回收系統(tǒng)）對燃氣鍋爐排煙煙氣進行換熱。實驗表明，通過這種換熱方式可使鍋爐排放煙氣中殘余的可利用熱能絕大部分被吸收到循環(huán)水中，同時洗滌過程溶解了煙氣中的SO2、NOx、TSP，進而達到了煙氣熱量充分回收以及空氣污染物零排放的效果。采用DCC-HRS能源回收系統(tǒng)直接加熱冷水（自來水20℃），獲得60℃熱水，熱量不足部分仍用原蒸汽加熱系統(tǒng)加熱，從而達到在改造工作量小、使用方便的前提下，減少加熱熱水的蒸汽量。

經(jīng)過相關(guān)研究開發(fā)了一種燃氣鍋爐尾部煙氣余熱回收冷凝型節(jié)能器，該節(jié)能器采用水霧和煙氣直接接觸并逆向流動換熱，傳熱效率高，無接觸熱阻和污垢熱阻，可將煙氣溫度冷卻到40℃左右，從而可以充分回收水蒸氣凝結(jié)所釋放的汽化潛熱。實測表明，廣州某冷軋帶鋼有限公司4t/h燃氣鍋爐在應(yīng)用燃氣鍋爐尾部煙氣余熱回收冷凝型節(jié)能器后，按照燃料低位發(fā)熱值計算，鍋爐熱效率提高了14個百分點，節(jié)能效果非常明顯。

（2）間接接觸冷凝式

將渦街技術(shù)應(yīng)用于翅片管換熱，在SZS10-1.25-Q型燃氣鍋爐排煙系統(tǒng)增設(shè)高效渦街換熱器（即QY-R-10高效節(jié)能系統(tǒng)），同時指出翅片管高翅化與紊流換熱相比，不增加煙氣阻力，將煙氣側(cè)對流換熱系數(shù)提高數(shù)倍，能在很小的傳熱溫差下?lián)Q熱，從而使燃氣鍋爐達到高效節(jié)能。有實測數(shù)據(jù)得知，排煙溫度由190℃降到35℃，鍋爐效率由85.94%提高到95.59%。

將熱管換熱器以組合式形式應(yīng)用于工業(yè)鍋爐中，組合后的換熱器上一半熱管用于加熱空氣，另一半熱管用于加熱熱水，經(jīng)驗表明，采用熱管空氣預(yù)熱器后，排煙溫度由250℃降到150℃，鍋爐效率提高6%左右。

將毛細泵環(huán)應(yīng)用于燃氣鍋爐排煙熱回收，研究表明，毛細泵環(huán)（CPL）利用相變潛熱的吸收與釋放，在溫差很小的情況下提供強大的傳熱能力，同時通過在蒸發(fā)器內(nèi)加毛細芯的辦法，使遠距離傳熱僅需依靠毛細力就可實現(xiàn)。CPL具有如下優(yōu)點：首先，借助相變潛熱實現(xiàn)能量傳輸轉(zhuǎn)移，換熱能力強，傳熱系數(shù)高；其次，僅依靠毛細力就能實現(xiàn)遠程傳熱；無運動部件，運行更為可靠；與傳統(tǒng)應(yīng)用的熱管相比，大大提高了傳熱能力；最后，現(xiàn)場布置靈活而具有特色。

（3）換熱方式

1、直接換熱。直接換熱方式是指直接設(shè)置換熱器，讓煙氣與冷源在同一個換熱器內(nèi)直接進行熱交換。該方式為一級換熱，換熱效率較高。但該方式加熱凝結(jié)水時對換熱器的綜合性能要求較高，換熱管一旦出現(xiàn)問題，凝結(jié)水會受污染，進而機組安全運行受到影響；同時換熱器管側(cè)要承受較高的凝結(jié)水系統(tǒng)壓力，導(dǎo)致?lián)Q熱器制造成本增加。

2、間接換熱。間接換熱是指設(shè)置一個熱量中間傳遞裝置，利用中間換熱介質(zhì)將煙氣熱量轉(zhuǎn)移給冷源。這是一種二級換熱方式，該方式換熱系數(shù)較直接換熱低且系統(tǒng)復(fù)雜。由于要加設(shè)閉式換熱介質(zhì)（比如水）系統(tǒng)、循環(huán)水泵、膨脹機等設(shè)備，使得投資增加。但該系統(tǒng)穩(wěn)定安全，便于調(diào)節(jié)，換熱管不需要承受較高壓力，因此更適用于超臨界、超超臨界機組。

三、加裝煙氣換熱器的運行

（1）換熱器傳熱管金屬壁溫的運行控制

在機組滿負荷工況，排煙溫度較高，翅片傳熱管金屬管壁溫度設(shè)計取值為92.5℃；在機組部分負荷運行工況，排煙溫度較低，可采用煙氣熱量回收裝置傳熱管壁溫自動控制系統(tǒng)，啟動換熱器給水再循環(huán)，保證運行中翅片傳熱管金屬管壁溫度不低于92.5℃。

（2）換熱器傳熱管堵灰情況分析及清灰措施

為防止換熱器積灰，常規(guī)的設(shè)計應(yīng)從下述2個方面予以足夠重視：

a）保證煙道截面大小，保證煙氣流通，優(yōu)化吹灰器數(shù)量及布置方式，保證吹灰效果；

b）采用合理煙氣流速，一般保證流速不低于12m/s，這樣煙氣中的積灰不會留存在煙道內(nèi)，而是跟隨煙氣流動。

四、煙氣余熱利用系統(tǒng)設(shè)置位置

（1）空氣預(yù)熱器

空氣預(yù)熱器旁設(shè)置的余熱換熱裝置，按煙氣流動方式分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種。

串聯(lián)方式為在空氣預(yù)熱器后的水平煙道上串聯(lián)安裝相變換熱裝置，可利用該處回收的熱量加熱除鹽水補水。相變換熱裝置技術(shù)成熟可靠，且后期維護簡單，因此具有較高的投資收益。該技術(shù)的具體思路是設(shè)計時，在煙氣酸露點溫度上加5-10℃定為換熱管管壁面溫度，再加上10-15℃定為排煙溫度。該換熱方式在降低排煙溫度、提高機組效率的同時，可以使得換熱管壁高于酸露點，有效避免硫酸腐蝕，從而保證換熱器穩(wěn)定運行；同時通過不時釋放不凝氣體，該系統(tǒng)可有效解決相變換熱器的老化問題，延長設(shè)備壽命，大幅降低設(shè)備后期維護費用。

并聯(lián)方式將煙氣進入空氣預(yù)熱器前分成兩股，一股按原方式通過空氣預(yù)熱器，另一股進入新設(shè)的旁路省煤器，在旁路省煤器將熱量傳遞給高壓給水或凝結(jié)水。在空氣預(yù)熱器和旁路省煤器出來的煙氣匯合后進入除塵器。該方式尤其適用于褐煤電站，這是由于褐煤燃燒后煙氣量大，更適合分股利用。譬如德國科隆Niederaussem電廠K號機組采用該技術(shù)后，機組節(jié)約標準煤耗7g（/kW·h），發(fā)電效率提高1.4%左右，凈熱效率達到45.2%。該余熱利用技術(shù)相當于從空氣預(yù)熱器中抽出一部分熱量加熱其他冷源。需要注意到的是，該技術(shù)應(yīng)用時要求兩股煙氣量分配合理，否則導(dǎo)致機組效率降低。

（2）脫硫塔后

脫硫塔后煙氣溫度較低，品質(zhì)不高，通常會與上述位置設(shè)置的換熱器共同組成余熱回收系統(tǒng)，比如冷凝水先從脫硫塔后煙氣吸熱，然后進入脫硫塔前余熱利用系統(tǒng)再次吸熱；或者冷空氣先從脫硫塔后煙氣吸熱，然后再被送入空氣預(yù)熱器。經(jīng)脫硫塔后余熱利用系統(tǒng)換熱后煙氣中的水氣大量凝結(jié)，將其回收凈化后可當作脫硫用工藝用水、電廠循環(huán)冷卻水補水等，美國里海大學(xué)對該技術(shù)進行了研究，并取得了良好的效果；該方式還可有效降低“石膏雨”的排放，對處于缺水地區(qū)的電站有積極的經(jīng)濟和社會效益。

煙氣余熱利用系統(tǒng)的設(shè)置與煙氣成分、溫度、冷源類型等都有關(guān)系，并沒有一成不變最好的設(shè)置方法。因此余熱利用系統(tǒng)可能是上述設(shè)置方式中的一個，也可能是幾個方式的組合。

五、煙氣余熱利用對環(huán)保的貢獻

煙氣余熱利用提高了燃氣蒸汽鍋爐的給水溫度。煙氣余熱回收除了可大幅度節(jié)約能源外，由于冷凝的作用，排入大氣的有害物質(zhì)也將大為減少。正常的情況下，柴油燃燒后的煙氣成份有一氧化碳、二氧化碳、水蒸氣、氮氣、氮氧化物、硫化物、煙塵等。據(jù)科學(xué)測定煙氣冷凝后排入大氣的有害物質(zhì)減少量如下：二氧化硫減少80%；水蒸氣減少60%；一氧化碳減少60%；煙塵減少93%；氮氧化物減少50%；二氧化碳減少40%。因此，項目除了節(jié)能外，排煙將更加符合環(huán)保要求。

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