煙氣余熱利用系統節能效果及運行分析

摘要：詳細介紹了煙氣余熱利用的現狀及技術原理，并對技術路線的發展進行了簡要闡述。以某熱電廠煙氣余熱利用系統的運行情況為例，介紹了煙氣余熱利用系統的節能效果及運行情況，并提出了應對低溫腐蝕的治理措施。

關鍵詞：煙氣余熱利用;節能降耗;低溫腐蝕

1 煙氣余熱利用的理論分析

1.1? ? 煙氣余熱利用的現狀

節能降耗是供熱企業永恒的話題和企業經營提質增效的關鍵，利用好鍋爐尾部煙氣的熱量是熱電廠節能降耗的突破點。對煙氣進行深度治理，對煙氣余熱進行回收利用，實現資源的綜合利用以及合理配置，確保工藝裝置的平穩與經濟運行，進一步加強節能減排的挖潛力度，能夠增強企業的生命力和競爭力。

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組節能降耗的有效手段，成為節能領域的研究重點[1]。為響應國家節能減排號召，余熱回收利用技術在企業生產中得到大力發展和落實，但我國工業余熱回收利用仍存在技術及儲熱方面的問題[2]。

1.2? ? 煙氣余熱利用的技術路線

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

傳統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，表現出了較高的經濟、節能、環保等優勢[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展效率高、容量大、熱適應性好、穩定可靠的熱泵技術，同時基于工質對、新型循環、高密度熱質傳遞等關鍵技術，研究分散式低品位余熱利用的高效吸附/吸收式制冷/熱泵機組及余熱儲運技術，形成集中—分散余熱覆蓋的熱、電、冷、儲、運網絡化利用準則與方案，實現工業余熱的高效利用[5]。

2 煙氣余熱利用運行分析

2.1? ? 項目概況

為貫徹《環境保護法》《大氣污染防治法》，加強對燃煤大氣污染物的排放控制，促進行業技術進步和可持續發展，改善環境質量。某熱電廠于2018年完成鍋爐尾部煙氣冷凝深度治理項目，有效消除了石膏雨、白色煙羽，加速了煙氣擴散，減小了局部污染，同時有效地利用了鍋爐尾部煙氣余熱，在改善環境的同時節約了能源。

2.2? ? 技術原理

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，煙氣余熱利用系統在脫硫前原煙道安裝換熱器對除鹽水進行加熱，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，凝結析出煙氣中的水蒸氣，冷凝后的煙氣通過煙囪排向大氣。經過煙氣冷凝器升溫后的循環水，在采暖季部分用于預熱化水站原水，另一部分循環水進冷卻塔冷卻后經循環水泵加壓再次進入煙氣冷凝器換熱。技術原理如圖1所示。

2.3? ? 運行節能效果

煙氣余熱利用系統從2018年10月底投運至今，運行比較平穩，節能效果顯著，鍋爐負荷在80%以上時，鍋爐出口煙氣經過余熱利用系統后從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。通過計算可得出，鍋爐熱效率提升2%～3%，上網汽標煤耗降低1.5 kg/t。全年可節約標煤約1 440 t，在現行煤價居高不下的情況下，可直接節約燃料成本約185萬元。

2.4? ? 運行問題及治理措施

在煙氣余熱利用系統近三年的運行過程中，也發現了一些問題，主要原因是煙氣的低溫腐蝕。針對該問題，有研究表明眾多因素中水蒸氣和SO3體積分數對酸露點會產生直接影響，而其他因素都是通過影響水蒸氣和SO3體積分數來間接影響酸露點[6]。在該熱電廠煙氣余熱利用系統中，因為酸、低溫煙氣冷凝水及煙氣中灰塵的存在，三者共同對煙氣余熱系統造成了一定的影響。

2.4.1? ? 煙氣余熱系統煙道泄漏

由于施工質量及成本控制原因，煙氣余熱利用系統中煙道本體及連接處在長時間運行后有煙氣冷凝水滴漏現象。燃煤鍋爐煙氣露點溫度在85～100 ℃，而除鹽水加熱器末端煙氣溫度可達到85 ℃左右，水蒸氣和SO3體積分數直接影響露點溫度。由于燃煤品質及運行調整原因，鍋爐出口煙氣會在除鹽水加熱器末端附近結露，形成酸水，腐蝕非不銹鋼煙道，從而造成煙氣余熱系統煙道泄漏問題。

針對煙氣余熱系統煙道泄漏問題，該熱電廠的解決辦法是在維修過程中對發生泄漏的煙道處進行鋼板貼補，貼補后對煙道整體重新進行防腐處理。

2.4.2? ? 煙氣余熱系統換熱器堵塞

系統建成后運行兩年時發現鍋爐引風機出力增大，每噸上網蒸汽電耗上漲約2 kW·h，說明鍋爐煙風系統存在明顯阻力，2021年度檢修過程中對鍋爐煙風系統進行了系統檢查及高壓水清理，再次啟爐后引風機阻力沒有得到明顯改善。

再次停爐后對煙氣余熱系統的除鹽水加熱器進行了全面檢查，發現換熱器尾部堵塞極其嚴重，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以下，結露后形成酸水，同時換熱器本身由于翅片材質原因，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的垢。后期清理過程中發現所淤積的垢強度較大，類似于混凝土的性質，同時除鹽水加熱器空間較小，給清理工作帶來了不小的麻煩。

針對煙氣余熱系統換熱器堵塞問題，該熱電廠利用高壓水對除鹽水加熱器進行整體清理，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，運行中引風機電流在相同負荷情況下較清理之前下降15%～20%，引風機電耗較清理之前下降1.5 kW·h/t。煙氣經過余熱利用系統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 結論及建議

煙氣余熱利用系統可以有效利用鍋爐出口高溫煙氣熱量對生產系統的水系統和風系統等進行加熱，有效梯級利用能源，提高能源利用率，降低熱電廠單耗。但同時因為低溫腐蝕，也帶來了一系列的運行問題。通過施工過程中材質的把控和吹灰系統的合理設置，可以有效解決低溫腐蝕問題。此外，通過運行調整以及定期對煙氣余熱利用系統清灰，也可較大程度減少由于低溫腐蝕帶來的系統堵塞問題。

[參考文獻]

[1] 王喬良，鄭莆燕，盧冬冬，等.電站鍋爐煙氣余熱利用現狀分析[J].上海電力學院學報，2017，33（5）：451-455.

[2] 路哲.我國工業余熱回收利用技術現狀分析[J].裝備制造技術，2019（12）：204-206.

[3] 李允超，趙大周，劉博，等.火電廠煙氣余熱利用現狀與展望[J].發電技術，2019，40（3）：270-275.

[4] 紀強，韓宗偉，張孝順，等.吸收式熱泵研究進展及應用現狀[J].暖通空調，2020，50（10）：14-23.

[5] 王如竹，王麗偉，蔡軍，等.工業余熱熱泵及余熱網絡化利用的研究現狀與發展趨勢[J].制冷學報，2017，38（2）：1-10.

[6] 劉秀如，李佩佩，王先鵬，等.鍋爐煙氣酸露點研究現狀及展望[J].華電技術，2020，42（9）：45-55.

收稿日期：2021-08-19

作者簡介：楊成思（1987—），男，天津人，工程師，從事熱電廠管理工作。