烟气余热回收装置的利用
烟气余热回收装置的利用
［摘要］文章主要介绍锅炉排烟余热回收的必要性和利用方向，当今国内外烟气回收装置的应用情况，从设计角度提出设置烟气余热回收装置（烟气冷却器）需要考虑的问题，并列举工程设计方案及其预期的节能效果。
［关键词］烟气余热回收；低温腐蚀；节能
［作者简介］梁著文，广东省电力设计研究院，广东广州，510000
［中图分类号］TM621.2 ［文献标识码］A ［文章编号］1007-7723（2010）10-0111-0003
一、引言
在火电厂的运行中，煤炭燃烧及各种用能设备、热能换热设备产生了大量的余热，然而这些能量多数都被浪费了。
近些年来，在国家大力倡导“节能减排”能源利用政策的大环境下，国内某些电厂成功地设计安装了余热回收利用装置，给电厂带来很好的经济效益。
对火力发电厂讲，锅炉热损失中最大的是排烟热损失。
对小型锅炉，燃用高硫分煤时，排烟温度比较高，可以达到180～220℃左右；中型锅炉排烟温度在110～180℃。
一般来说，排烟温度每升高15~20℃，锅炉热效率大约降低1. 0%。
因此，锅炉排烟是一个潜力很大的余热资源。
二、烟气余热的利用方向
烟气余热的利用方向主要可分为预热并干燥燃料、预热助燃空气、加热热网水、凝结水等。
1.用水水换热的暖风器替代常规蒸汽暖风器，即以一次循环水为热媒，将在烟气侧吸收的热量释放给一、二次冷风，将进入预热器前的冷风预加热，以减少常规蒸汽暖风器辅助蒸汽用量。
2.利用烟气余热干燥褐煤。
其核心设备（干燥机滚筒）是稍微倾斜并可回转的圆筒体，湿物料从一端上部加入，干物料在另一端下部进行收集。
约150℃的热烟气由进料端或出料端进入，从另一端的上部排出，热烟气和物料以逆流或顺流的方式接触，出口烟气温度约降至120℃左右。
3.安装防腐蚀管式换热器，用来加热厂房或是厂区的水暖系统热网循环水，以替代或部分替代常规的热网加热器，从而节省了热网加热器的加热蒸汽量，增加了发电量。
4.利用烟气的余热加热凝结水，用来提高全厂的热效率，降低煤耗，增加电厂发电量。
加热的方式主要有两个：一是直接加热方式，即安装烟气回热加热器，使烟气与凝结水直接进行热交换；二是间接加热方式，即安装烟气回热加热器及水水换热器，使烟气在闭式水和烟气回热加热器内进行热交换；吸收烟气余热后的闭式水进入水水换热器内与凝
结水进行热交换，然后再将热量带入主凝结水系统，图1为系统流程图。
三、烟气余热回收装置在国内外的应用情况
1.德国黑泵（Schwarze Pumpe）电厂2×800MW 褐煤发电机组在静电除尘器和烟气脱硫塔之间加装了烟气冷却器，利用烟气加热锅炉凝结水。
2.德国科隆Nideraussem1000MW级褐煤发电机组采用分隔烟道系统充分降低排烟温度，把低温省煤器加装在空气预热器的旁通烟道中，在烟气热量足够的前提下引入部分烟气到旁通烟道内加热锅炉给水。
3.日本的常陆那珂电厂采用了水媒方式的管式GGH。
烟气放热段的GGH布置在电除尘器上游，烟气被冷却后进入低温除尘器（烟气温度在90～100℃左右）。
4.外高桥电厂三期2×1000MW机组进行了低温省煤器改造，低温省煤器布置在引风机后脱硫吸收塔前，根据性能考核报告，其节能效果明显。
目前国内较多应用。
四、烟气余热回收装置设计中应考虑的问题
（一）烟气露点与低温腐蚀
在烟气冷却器的实际应用中，出口排烟温度过低会使换热器的金属壁温低于硫酸蒸汽的凝结点（称为酸露点），引起受热面金属的严重腐蚀。
因此，烟气酸露点的确定，是
避免烟气冷却器低温腐蚀、增加运行安全性的关键所在。
一般，烟气露点温度与燃煤成分中的水分含量、硫含量、氢含量、灰分含量、发热量以及炉膛燃烧温度和过量空气系数等因素有关。
下面列举几种经验公式：
前苏联73标准：
98标准推荐公式：
冯俊凯院士推荐公式：
式中，――烟气中水蒸气露点，℃；
Szs――燃料的折算硫分，%；
αfh ――飞灰占总灰分的系数；
Azs――燃料的折算灰分，%；
β――经验系数，当α=1.2时，取β=121
（二）烟气冷却器金属壁温
为避免烟气冷却器受热面发生低温酸性腐蚀，保证机组的安全可靠运行，必须确定烟气冷却器传热管的金属安全壁温Ta。
由于以上烟气酸露点的计算采用的是经验公式，但实际煤质及具体的运行情况会通常偏差较大，按锅炉厂的常规经验设计，一般会加5～10℃的温度裕量作为金属安全壁温。
如果在实际运行中通过取样检测能够获得较准确的烟气露点温度，可以相应调整烟气冷却器的金属安全壁温ta。
（三）传热管的堵灰问题
低温受热面的积灰不仅会污染传热管表面，影响传热效率，严重时还会堵塞烟气流动通道，增加烟气流动阻力，甚至影响锅炉安全运行，而导致不得不停炉清灰。
为保证烟气余热回收装置不发生堵塞，应保持传热管的积灰为干灰状态。
因此，在电站锅炉烟气余热回收装置运行过程中，保证传热管金属温度高于烟气水蒸汽露点温度、传热管上不会造成水蒸汽结露至关重要。
对于干灰的清理，可采取以下几方面的措施：
1.烟道内烟气流动顺畅，在结构设计上不出现大量积灰源，同时保证吹灰器能吹到所有的管束，不留吹灰死角。
2.烟气流动速度均匀，设计烟气流速高于10m/ s，使烟气在流动中具有一定的自清灰功能。
3.采用成熟可靠的蒸汽吹灰器或者压缩空气吹灰器定时吹灰，保证传热管积灰程度在允许的范围内，使烟气流动阻力的增大幅度和传热能力的降低幅度都在允许范围内。
五、工程方案及节能效果
（一）某工程基本资料
机组容量：2×600MW超临界燃煤；
煤种：烟煤；
烟气露点温度：～70℃；
引风机入口烟气温度：～120℃（THA工况）。
（二）烟气热量回收换热器加装方案
以下为该电厂加装烟气热量回收换热器的初步拟定方案。
1.烟气热量回收换热器布置位置
烟气侧：在引风机和脱硫塔烟气进口之间的水平烟道上，加装烟气热量回收换热器，烟气温度降低32℃后再进入烟气脱硫塔。
根据计算，布置烟气热量回收换热器位置处的烟道截面积需达到108m2（12m×9m），换热器长度约3m；为了与烟道配合，需要在烟气热量回收换热器进出口设计烟道过渡段。
水侧：在机组高负荷工况，#6低压加热器进水温度高于70℃，烟气热量回收换热器与#6低加并联运行；在低负荷工况，烟气热量回收换热器与#6低加串联运行。
2.烟气余热回收系统流程图（见图2）。
3.热力计算结果（见表1）。
（三）节能效果
根据上述理论计算结果，加装烟气余热回收换热器，可达到降低机组煤耗～1.5g/kWh，减少脱硫塔耗水30t/h的节能节水效果。
六、结论
根据理论研究和工程实例表明，安装烟气余热回收装置，可以提高全厂的热效率，增加发电量，降低煤耗；回收的烟气热量愈大，发电量增加愈多、节煤量愈大。
然而回收锅炉烟气的余热也不是随意的，都有一定的限制，排烟的温度不能够降得太低；过分追求低的排烟温度和凝结水的温升，容易造成低温生煤器的腐蚀或者设备的高造价，这一点必须引起充分的注意。
尽管这样，如果能够很好地利用限制之内的余热，不仅对电厂的经济效益有很大的提高，而且响应国家节能减排的政策，为社会环境作出一定贡献。
［参考文献］
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