我國煙氣余熱利用換熱器發(fā)展概述

摘要：我國余熱資源豐富，目前煙氣熱損失是電站鍋爐各項熱損失中最大的一項。煙氣余熱利用換熱器通過對煙氣余熱的二次吸收，提升余熱利用效率，對于提升鍋爐運行效率有重要的意義。另外煙氣余熱利用換熱器配合除塵設(shè)備使用可以明顯增強除塵效率，有助于降低煙氣污染排放。煙氣余熱利用換熱器在鍋爐系統(tǒng)中的增配使用能有效節(jié)約能源，降低煙氣污染排放，有效推動我國鍋爐使用行業(yè)“節(jié)能減排”目標(biāo)的實現(xiàn)。文章將對我國余熱利用情況、煙氣余熱回收利用技術(shù)及煙氣余熱利用換熱器進行介紹，以供參考。

關(guān)鍵詞：余熱利用；煙氣余熱利用換熱器；煙氣冷卻器；低溫省煤器；節(jié)能減排

中圖分類號：TK172 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）33-0001-06

1 煙氣余熱利用的前景

1.1 我國余熱資源情況

余熱資源是指在現(xiàn)有條件下，在能源利用設(shè)備中沒有被利用的多余或廢棄的能源，是有可能回收而尚未回收的能量，廣泛存在電站鍋爐及工業(yè)設(shè)備中。從其來源分可分為高溫?zé)煔庥酂帷⒗鋮s介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、化學(xué)反應(yīng)余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱等六類，其中，高溫?zé)煔庥酂峥偭考s占余熱總資源的50%，冷卻介質(zhì)余熱占余熱總資源的20%，廢汽廢水余熱占11%。

余熱屬于二次能源，我國余熱資源豐富，各種工業(yè)爐窯的能量支出中，廢氣余熱約占15%～35%，鍋爐煙氣熱損失是各項熱損失中最大的一項，一般在5%～8%之間。特別是在鋼鐵、電力、有色、化工、水泥、建材、石油與石化、輕工、煤炭等行業(yè)，余熱資源約占其燃料總消耗量的17%～67%，其中可回收率達60%。目前，我國余熱資源利用比例低，大型鋼鐵企業(yè)余熱利用率約為30%～50%，其他行業(yè)則更低，余熱利用提升潛力大。

高溫?zé)煔獾呐艧煖囟雀咭恢笔怯绊戝仩t經(jīng)濟運行的主要原因。國家質(zhì)檢總局頒布的《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》也明確規(guī)定，“鍋爐排煙溫度設(shè)計應(yīng)當(dāng)綜合考慮鍋爐的安全性和經(jīng)濟性，并且符合以下要求：（一）額定蒸發(fā)量小于1t/h的蒸汽鍋爐，不高于230℃；（二）額定蒸發(fā)量小于0.7MW的蒸汽鍋爐，不高于180℃。”為減輕低溫腐蝕，一般排煙溫度設(shè)計在130℃～150℃，但由于尾部受熱面積灰、腐蝕、漏風(fēng)和燃燒工況的影響，實際運行排煙溫度大都高于設(shè)計值20℃以上，燃用高硫煤的鍋爐排煙溫度甚至高達200℃。排煙溫度每升高10℃，鍋爐熱效率約下降1%。對大型發(fā)電鍋爐，鍋爐效率已高達90%～94%，哪怕鍋爐效率提高1%，其經(jīng)濟效益和社會效益也是巨大的，因此鍋爐的運行效率直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。如果能有效利用這些余熱，則可節(jié)約大量能源，減少大氣污染，且降低企業(yè)生產(chǎn)成本，因此余熱利用對我國實現(xiàn)節(jié)能減排及環(huán)保戰(zhàn)略具有重要的現(xiàn)實意義。

1.2 燃煤電廠的發(fā)展

目前，我國煤炭產(chǎn)量約一半用于發(fā)電，約73.4%的裝機是火電機組，發(fā)電量的81%來自火電。一次能源結(jié)構(gòu)決定了我國在相當(dāng)一段時間內(nèi)以化石燃料為主要能源。火電裝機仍然在發(fā)電裝機中占有決定性地位。發(fā)電企業(yè)燃料成本占全部成本的70%以上。

1.3 煤電機組大氣污染情況

2011年全國火電裝機容量和發(fā)電量分別比上一年增長8.17%和14.16%，2009年全國電力煙塵年排放量為235萬噸，2011年就降到155萬噸；2009年全國二氧化硫排放總量為2214.4萬噸，電力行業(yè)二氧化硫排放量約占全國排放總量的46.4%，為1027.5萬噸。2011年全國電力二氧化硫排放降到913萬噸，電力行業(yè)二氧化硫排放量約占全國排放總量的比重降到41.2%；2009年全國氮氧化物排放總量為1692.7萬噸，電力行業(yè)氮氧化物排放量約占全國排放總量的49%，截止2011底，全國已投運脫銷機組1.4億千瓦，具有年脫除氮氧化物140萬噸的能力。說明近幾年來，電力行業(yè)污染物排放大幅度下降，在全國所占的比例也同時降低。

1.4 “十二五”煤電發(fā)展趨勢

因此，發(fā)電企業(yè)面臨污染物排放的總量控制和指標(biāo)控制的雙重壓力，不得不在提高機組參數(shù)、提高效率、節(jié)水、節(jié)油、節(jié)電以及余熱回收方面下功夫，這增加了電廠投資和運行成本。對鍋爐輔助設(shè)備制造廠來說帶來了新的市場，對煙氣余熱回收這種新項目的推廣帶來了不可多得的機遇。

1.5 煤電鍋爐余熱利用情況

電站鍋爐是現(xiàn)代火力發(fā)電廠的主要設(shè)備之一，鍋爐排煙熱損失是電站鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般在5%～8%之間，占鍋爐總熱損失的80%或更高。一般來說，排煙溫度每升高10℃，鍋爐熱效率大約降低1.0%，發(fā)電煤耗增加2克/千瓦時左右。我國“十二五”煤電發(fā)展的目標(biāo)是從機組運行經(jīng)濟性分析、設(shè)備質(zhì)量以及燃料管理等多個方面入手，在燃煤發(fā)電生產(chǎn)過程中減少煤源消耗、降低供電煤耗，實現(xiàn)2015年比2010年通過火電煤耗下降而節(jié)約標(biāo)煤3523萬噸。推動煤電繼續(xù)向大容量、高參數(shù)、環(huán)保型方向發(fā)展，優(yōu)化機組運行方式。實現(xiàn)電力生產(chǎn)的綠色發(fā)展，化石燃料的高效清潔利用，燃煤電廠煙氣余熱深度回收利用，火電廠煙塵、二氧化硫、氮氧化物等污染物的達標(biāo)排放成為重要課題。煙氣余熱利用換熱器是有助于實現(xiàn)電力生產(chǎn)綠色發(fā)展的有效鍋爐輔助設(shè)備，目前在我國還處于起步

階段。

2012年國家發(fā)改委、國家能源局、財政部以[2012]1662號文下發(fā)了《關(guān)于開展燃煤電廠綜合升級改造工作的通知》，要求各發(fā)電企業(yè)針對單機容量大于10萬千瓦、小于100萬千瓦的燃煤機組實施綜合升級改造，項目的年節(jié)能量包括發(fā)電降耗和供熱改造提效兩部分，并給予一系列優(yōu)惠政策的支持。其中鍋爐系統(tǒng)改造項目列為首項的是“鍋爐排煙余熱回收利用”，升級提效的效果是“采用煙氣余熱利用換熱器技術(shù)，若排煙溫度降低30℃，機組供電煤耗可降低1.8克/千瓦時，脫硫系統(tǒng)耗水量減少70%”。目前鍋爐煙氣余熱回收已是一項成熟技術(shù)，適用于排煙溫度比設(shè)計高20℃的機組運用。國家發(fā)改委等三部委文件的下發(fā)，對煙氣余熱回收利用起到了助推的作用。

2 煙氣余熱利用換熱器產(chǎn)品介紹

省煤器是鍋爐重要部件之一，是在鍋爐尾部煙道中加熱鍋爐給水的受熱面，起到節(jié)省燃料和降低排煙溫度的作用。而煙氣余熱利用換熱器為近年來的行業(yè)新產(chǎn)品，其既可以通過改造方式加裝在原有鍋爐上，也可以安裝在新建鍋爐上。從1985年開始，我國開始引進國外“煙氣深度冷卻余熱利用”技術(shù)，進行煙氣余熱利用換熱器的研究。進入21世紀(jì)，針對行業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)，國內(nèi)制造商加大了研究力度和投入，針對煙氣深度冷卻余熱利用技術(shù)所涉及的酸腐蝕和積灰問題進行重點突破。隨著國內(nèi)材料技術(shù)、外擴展受熱面技術(shù)及火電行業(yè)整體技術(shù)水平的提高，鍋爐輔助設(shè)備行業(yè)技術(shù)也取得了重大進展，“煙氣深度冷卻余熱利用”中的酸腐蝕和積灰等關(guān)鍵性難題得到突破。我國煙氣余熱利用換熱器制造開始進入技術(shù)創(chuàng)新和突破的新時期。

近幾年，煙氣余熱利用換熱器原材料成本逐步走低，電煤價格卻步步攀升，火電行業(yè)最大的成本支出為煤等化石燃料，發(fā)電煤耗指標(biāo)的高低決定著火電行業(yè)的盈虧。同時在節(jié)能環(huán)保意識不斷增強、國家對火電廠節(jié)能減排工作要求不斷提升的情況下，實現(xiàn)節(jié)能降耗、減排環(huán)保對發(fā)電企業(yè)變得日益重要。降低排煙溫度成為火電行業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗、減排環(huán)保的重要途徑之一。目前煙氣余熱利用換熱器在國內(nèi)電廠的應(yīng)用處于起步階段。

2.1 節(jié)能降耗

2.1.2 加熱熱網(wǎng)水用于供熱，也可作為冷暖空調(diào)的熱源。

2.1.3 用于加熱脫硫后的低溫?zé)煔猓ㄏ喈?dāng)于GGH的功能）。布置在脫硫塔之前的煙氣冷卻器與脫硫塔之后的煙氣加熱器的工質(zhì)形成一個閉式循環(huán)系統(tǒng)。煙氣余熱利用換熱器加熱工質(zhì)，工質(zhì)在煙氣加熱器側(cè)放熱，加熱低溫?zé)煔猓渚哂薪档蜔焽璧牡蜏馗g作用；同時有利于消除煙囪的“煙羽”（影像視覺效果）、“石膏雨”（污染環(huán)境）的現(xiàn)象。與GGH相比，換熱器無轉(zhuǎn)動部件，具有不漏風(fēng)（原煙氣側(cè)與凈煙氣側(cè)實現(xiàn)完全隔離）、不易堵塞、換熱面易于清理的優(yōu)點。

2.1.4 作為暖風(fēng)器的熱源，加熱鍋爐進風(fēng)。

2.2 節(jié)水

除以上用途可實現(xiàn)節(jié)能降耗之外，將煙氣余熱利用換熱器安裝于脫硫塔之前，有利于降低脫硫系統(tǒng)為使煙塵溫度降至脫硫最佳工藝溫度的強制冷卻耗水量，具有“節(jié)水”的功效。

2.3 減排

在電除塵器之前加裝煙氣余熱利用換熱器，降低進入電除塵器的煙氣溫度，可以降低煙氣體積流量，降低煙氣流速，同時降低飛灰比電阻，從而大大提高電除塵器的除塵效率。對電袋復(fù)合式除塵器或布袋除塵器而言，降低煙氣溫度，可提高除塵器濾袋的使用壽命，延長濾袋的更換周期，減少電廠的維護費用。

3 煙氣余熱利用換熱器行業(yè)發(fā)展推動因素及需求情況

3.1 火電行業(yè)的大發(fā)展帶來的市場新增需求

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)高速增長和對電力的需求擴大，2011年火力發(fā)電量達到3.90萬億千瓦時，電站鍋爐產(chǎn)量達到53.88萬蒸發(fā)量噸。持續(xù)增長的電力需求為煙氣余熱利用換熱器創(chuàng)造了市場空間。

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，我國火力發(fā)電裝機量2015年將達9.28億千瓦，2020年裝機量將達11.7億千瓦，比2011年的7.07億千瓦有大幅提升。

3.2 國家“節(jié)能減排”政策推動新型省煤器的發(fā)展

節(jié)能減排是我國未來社會發(fā)展的重要工作。煙氣余熱利用換熱器通過對煙氣余熱的二次吸收，有效節(jié)約能源，提高煤利用效率，利于煤炭深加工利用的實現(xiàn)，將有效推動煤電機組滿足《節(jié)能減排“十二五”》中對火電行業(yè)單位機組每千瓦時的發(fā)電耗煤量減少8克的節(jié)能要求。

5 行業(yè)發(fā)展存在的主要問題及對策建議

節(jié)能減排是我國當(dāng)前推動工業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的國策。隨著《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》的實施，我國火電行業(yè)在培養(yǎng)大型化、規(guī)模化的大中型電站的同時，向低能耗、低排放的方向發(fā)展，而煙氣余熱利用換熱器能夠在降低大型火電鍋爐能耗的基礎(chǔ)上進一步提升除塵器的除塵效果，在政策和市場需求的雙重推動下，煙氣余熱利用換熱器未來將迎來廣泛的市場空間。雖然國內(nèi)開展燃煤電廠余熱深度利用研究已有較長時間，但煙氣余熱利用換熱器技術(shù)的成熟及應(yīng)用始于近兩年，仍存在推廣及應(yīng)用速度緩慢及市場機制不健全、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、技術(shù)交流欠缺等問題。

針對上述問題，相關(guān)協(xié)會及政府部門應(yīng)首先充分發(fā)揮政策的導(dǎo)向作用，積極扶持煙氣余熱利用換熱器骨干企業(yè)并提高其自主創(chuàng)新能力，健全行業(yè)的市場管理機制，規(guī)范監(jiān)督管理；其次還應(yīng)進一步加強國際交流與合作，加強國內(nèi)新型省煤器生產(chǎn)企業(yè)與國外同行業(yè)先進企業(yè)的溝通交流，推動技術(shù)引進與吸收，不斷提高行業(yè)的整體水平。

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作者簡介：江哲生，國家電網(wǎng)公司能源部教授級高級工程師；許傳凱，西安熱工研究院副總工程師，研究員。

（責(zé)任編輯：王書柏）