燃煤電廠煙氣余熱置換高品位熱源技術研究

林呂榮

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

燃煤電廠作為我國的煤炭資源和水資源的消耗大戶，研究燃煤電廠中的節煤降耗和節水措施具有深遠的意義。我國現役燃煤鍋爐排煙溫度普遍維持在125～150℃左右水平，排煙溫度高是一個普遍現象，排煙熱損失是鍋爐各項熱損失中最大的一項，占鍋爐各項熱損失的50%以上，深度利用煙氣余熱作為燃煤電廠的節煤降耗的重要方向之一。在我國大機組中，脫硫主要采用濕法脫硫系統，而濕法脫硫的耗水量為燃煤電廠的主要耗水點之一，節約濕法脫硫系統的耗水將對降低燃煤電廠的水耗起到重要作用。目前，常規的一些余熱利用回收技術在國內已經廣泛的應用，有些余熱回收利用技術的節煤效果不明顯，主要起到一些環保效益和節水的效果，如MGGH技術；有些余熱回收利用技術主要為了服務其他設備，主要起到改善其他設備的運行效果，如煙氣余熱+暖風器技術；有些余熱回收利用技術由于煙溫降低，回收的能源品質較低，轉化成節約標煤量較低，節能減排的效果有限，其回收的熱量大部分通過凝汽器散發到環境中，進行回收利用的熱量占比不超過20%。如何深度回收煙氣余熱，并且提高回收能源的品質，成為了本文所研究的重點內容。本文通過研究獲取引風機出口的低品位煙氣余熱來置換SCR出口的高溫煙氣余熱，通過能量的置換，獲取高品位的煙氣余熱用來加熱鍋爐的給水及汽機的凝結水，進而節約高壓加熱器和低壓加熱器的高品位的抽氣，高品位的蒸汽可增加其在汽輪機中做功能力，進一步降低燃煤電廠的煤耗，達到深度節能減排的目的。

1 常規煙氣余熱回收利用的介紹

1.1 利用煙氣余熱+暖風器技術

目前燃煤電廠大機組絕大部分均配置回轉式空預器，由于冬季環境溫度低，冬季進入空預器的冷空氣的溫度低，導致空預器低溫段存在大量的腐蝕和堵塞現象，現象較輕者導致空預器的阻力升高，增加全廠的電耗，嚴重者導致機組需停爐檢修，造成重大的經濟損失。通過獲取引風機出口的煙氣余熱用于加熱空預器入口的冷空氣，提升進入空預器的空氣溫度，抬升空預器冷端的平均溫度，減輕空預器腐蝕和堵塞現象。

1.2 低溫省煤器技術

自低級低壓加熱器處取低溫凝結水，與煙氣進行換熱，吸收煙氣中的余熱，抬升凝結水的溫度，再返回至更高級低加加熱器，通過排擠低壓加熱器的蒸汽抽氣，增加蒸汽在汽輪機中繼續做功，提高了機組汽輪機的做功量，從而達到節煤的效果。

1.3 煙氣余熱+加熱熱網回水

對于北方冬季需要供暖的季節，利用燃煤電廠的余熱進行加熱熱網水是具有較大經濟價值的，目前常規的供暖給水溫度為95℃左右，供暖回水的溫度為55～75℃左右。此時煙氣的余熱完全能夠滿足加熱熱網回水的要求。

1.4 MGGH

目前大部分的煙囪都處于濕煙囪排放的狀態，伴隨著煙囪冒大白煙的現象也極其明顯，對于一些城郊電廠經常遭到周圍居民的投訴，因此急需采用采用消除大白煙的技術，因此采用取脫硫前的煙氣余熱加熱煙囪入口的低溫煙氣，抬升煙氣溫度，減輕或者完全消除煙囪大白煙的現象。

2 低品位余熱置換高品位熱源的基本原理

通過布置與引風機出口的煙氣余熱換熱器吸收煙氣中的余熱，將脫硫入口的煙氣溫度降低至85℃左右，最大限度的回收煙氣中的低品位熱量，將此部分低品位的熱量用于加熱空預器入口的暖風器，降低冷空氣在空預器的吸熱量，將此部分多余的熱量通過空預器旁路用來加熱鍋爐的給水和汽機的凝結水，進而獲得節省高壓加熱器和低壓加熱器等高品位的蒸汽量，節省的高品位蒸汽得以在汽輪機中繼續膨脹做功，增加汽輪機的總做功量，提高了機組的效率，降低了發電煤耗。

本原理的系統示意圖如圖1所示，本系統主要包含了：（1）煙氣余熱+暖風器的系統。（2）高壓省煤器系統。（3）低壓省煤器系統。

3 低品位余熱置換高品位熱源技術的案例研究

3.1 機組設計參數

本文章針對某新建2×1000MW機組發電機組采用低品位余熱置換高品位熱源技術進行研究。該機組的鍋爐主要設計參數如表1。本項目機組已采用二次再熱技術，已將煤耗降低至255g/（kW·h）時左右，已達到了我國甚至是世界的先進水平。因此進一步降低煤耗的難度較大，但通過本技術的應用可進一步降低機組的煤耗值。

表1 鍋爐設計參數

3.2 分析方法

目前研究煙氣余熱的熱力學方法主要是采用等效焓降法，本文對技術改造的效果研究采用等效焓降法，考慮了熱力系統結構和參數的特點，研究熱力過程中熱功轉換和能量利用程度的方法。假設熱力系統的微小變化不會對引起全部各級抽氣量的變化，只對某幾級產生影響，而系統所減少的蒸汽全部用于增加汽輪機的發電功率，從而提高汽輪機的效率。采用等效焓降法體現出了計算結果準確及方法簡單等優點。由于是新建機組，可將修改空預器的設計參數，使空預器出口的排煙溫度及空預器出口的一二次風溫與原設計參數保持不變，空預器旁路的煙氣量由暖風器側所獲得的熱量確定，暖風器側所獲得的熱量為引風機出口的煙氣放熱量，煙氣放熱量由下列公式計算所得：

式中，hg為煙氣的焓值，kJ/Nm3；Vx為煙氣組成成分的體積分數；(Cpt)x為溫度為t時煙氣組成成分的焓值，kJ/Nm3。

式中，qg為煙氣放熱量，kW；hgi、hgo分別為煙氣進口的焓值和煙氣出口的焓值，kJ/Nm3；Qg為煙氣量，Nm3/s?？疹A器旁路的煙氣流量通過煙氣放熱量qg與空預器的進出口煙溫確定，空預器旁路的煙氣分別通過空預器旁路的高壓省煤器及低壓省煤器，出口匯合至空預器的出口，如上圖1所示。

3.3 空預器旁路高壓省煤器出口煙溫研究

通過將低品位煙氣余熱置換高品位熱源的技術，將置換的高品位熱源通過空預器旁路的換熱裝置進行回收利用，利用高壓省煤器回收高溫煙氣用于加熱鍋爐的給水，利用低壓省煤器回收剩余的熱量用于加熱汽機的低加凝結水。因此，高壓省煤器與低壓省煤器之間有一個溫度的界限，高壓省煤器的出口煙溫的選擇涉及較多因素。

主要的影響因素為如下3個方面：（1）高壓省煤器的換熱器的大小和換熱面積的影響因素；（2）節煤量；（3）高壓省煤器的縱向排數。

根據空預器旁路入口的高溫煙氣溫度371℃和高壓省煤器的取、回水溫度分別為190℃、312℃，本文選取了四個個不同的高壓省煤器出口煙溫250℃、240℃、230℃及220℃進行分析。從圖2中可以看出，隨著高壓省煤器出口溫度的降低，所需的換熱面積增加，并且換熱面積增加的幅度大于煙溫出口降低的幅度，因此，高壓省煤器出口的煙溫不宜選取的太低。

從圖3中可以看出縱向排數隨著高壓省煤器出口的降低而增加，并且增加的趨勢與換熱面積的增加趨勢相似。從圖4中可以看出隨著高壓省煤器出口煙溫的降低，系統的節煤量也跟著相應的增加，高壓省煤器出口從250℃降至240℃時，系統的節煤量上升幅度較大，從240℃降至220℃時，整體的節煤量呈現出較平緩的上升趨勢，結合縱向排數與高壓省煤器的換熱器面積等因素的考慮，推薦高壓省煤器的出口煙溫在230℃左右為宜。

3.4 系統節煤、節水效果分析

通過對空預器旁路高壓省煤器出口煙溫的研究將其出口的煙溫按照230℃進行設計，設計參數表如表2所示。通過本系統的設計，將引風機溫升引起的熱量也一并回收進入系統，將煙氣的余熱吃干耗盡，達到深度余熱回收的目的，本項目可節約3.3g/kW·h的煤耗耗量，及節約48t/h的耗水量。

表2 系統設計參數

4 結語

（1）本系統通過布置于吸收塔前的煙氣余熱回收換熱器吸收煙氣余量，將熱量用來加熱暖風器，減輕空預器的低溫腐蝕和堵塞現象，并且降低了煙氣在空預器的放熱量，多余的熱量可通過空預器旁路的高壓省煤器及低壓省煤器進行回收，減少蒸汽的抽氣量，增加系統的做功，從而達到節煤及節水的目的。

（2）對于百萬機組的旁路煙道煙氣余熱回收項目，高壓省煤器及低壓省煤器的分界線溫度按照230℃左右設計為宜。

（3）通過本系統的設計，達到深度余熱回收的目的，并且將低品位的能源置換成高品位的能源進行回收，本項目可節約3.3g/kW·h的煤耗耗量及節約48t/h的耗水量。