电厂烟气余热利用研究2_发电厂余热利用可研
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电厂烟气余热利用研究
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一、概述
在全球气候变暖的背景下，低碳经济成为全球热点。低碳经济核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。因此节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是企业的生存之本，谁怠慢了它，轻视了它，谁就会失去立足之基。电厂锅炉余热资源的利用是节约能源的重要措。
煤粉炉的烟气排烟温度一般在在140℃左右。众所周知，排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，一般约为5%～10%，占锅炉热损失的60%～70%。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度，一般情况下，排烟温度每增加10℃，排烟热损失增加0.5%～0.6%，相应多耗煤0.5%～0.6%。若以燃用热值为20000 kJ/kg煤的220 t/h高压锅炉为例，则每年多消耗近1300吨动力用煤。所以，电厂烟气余热的利用对于节约燃料、降低污染具有重要的实际意义。合理的有效利用烟气余热可减少煤耗，增加发电量。
二、锅炉烟气余热利用的途径
锅炉烟气余热的途径从被加热的介质的不同大体可分为预热并干燥燃料、加热凝结水、热网水等；以余热利用装置位置不同，分为锅炉省煤器后部、空气预热器后部、除尘器后部及脱硫吸收塔前部；就烟气余热的换热方式不同，可分为直接接触和间接接触，或以中间介质为热媒，由中间介质吸收热量，再将热量释放给吸热的介质。
三、烟气余热回收技术
进一步降低锅炉排烟温度必须考虑锅炉尾部低温腐蚀和堵灰的影响，两者综合考虑，才能达到节能降耗、提高锅炉热效率的目的。以下是电厂烟气余热回收常用的几种技术：
1、低压省煤器技术在烟气余热回收中的应用 1.1 低压省煤器系统
低压省煤器的结构和换热方式与一般省煤器类似，只是其给水为来自机组回热系统中低压加热器水侧的部分凝结水，它的压力比一般省煤器的给水压力要低很多，因此称为低压省煤器。凝结水在低压省煤器中吸收锅炉的部分排烟余热使
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水温升高，温度升高后的凝结水又被送回到机组的低压加热器系统中，这样就节省了汽轮机的部分低压抽汽，提高了机组的热经济性。有计算表明：对一台670t／h锅炉加装低压省煤器后，锅炉排烟温度每下降10℃，对应的供电煤耗下降0．838～0．9029／kWh。由此可见，在锅炉尾部加装低压省煤器的节能效果是十分显著的。低压省煤器一般加装在空气预热器的后部，为防止低压省煤器低温腐蚀和堵灰，需提高其进口水温，使低压省煤器壁温高于烟气露点温度或避开最大腐蚀区。使用湿法脱硫系统的锅炉可以采用低压省煤器系统进行热量的回收。采用此装置时，低压省煤器系统可以安装在湿法脱硫反应塔的前面。这样既可以回收烟气热量，又能够降低反应塔入口的烟气温度，减小湿法脱硫的耗水量。1.2 低压省煤器一暖风器系统
低压省煤器一暖风器系统与单纯的低压省煤器系统不同，它将低压省煤器与暖风器相结合，其工作原理是：利用在低压省煤器中加热后的热水供给暖风器来加热空气，以提高空气预热器的人口气温，减轻空气预热器的低温腐蚀。低压省煤器一暖风器系统主要由膨胀箱、暖风器、低压省煤器、旁路阀、风机和循环泵等几部分组成。膨胀箱的作用是提供系统中的水温度升高时的膨胀空间以及系统泄漏时可通过它及时补充循环水；循环泵提供给系统介质流动压头，以使系统正常运行；当环境温度较低时，风机送入暖风器的冷空气温度也低，因此系统循环水通过暖风器时放热量增大，导致低压省煤器进口水温过低，易造成低压省煤器的低温腐蚀和堵灰，此时，可通过调节旁路阀的开度来调节旁路中热水的流量，从而达到调节低压省煤器进口水温的目的。与单纯的暖风器系统相比，低压省煤器一暖风器系统加热空气的热量来源于烟气排烟余热，从而节省了汽轮机的低压抽汽，提高了系统的经济性。
2、热管技术在烟气余热回收中的应用
热管技术的实质是有相变的对流换热，它较一般的对流换热器换热系数高、传热能力强。在锅炉中采用热管作为换热元件，可以实现加热段与冷凝段的分离，这样为预防烟气的低温腐蚀提供了方便。
热管的工作原理：热管一般由管壳、具备毛细管作用的通道、以及传递热量的工质构成，热管自身形成一个高真空封闭系统，沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、绝热段和冷凝段。其工作原理如下图：
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热管的工作原理是：外部热源的热量，通过蒸发段的管壁和浸满工质的吸液芯的导热使液体工质的温度上升；液体温度上升，并在液面蒸发，直至达到饱和蒸气压，此时热量以潜热的方式传给蒸气。蒸发段的饱合蒸汽压随着液体温度上升而升高。在压差的作用下，蒸气通过蒸气腔流向压力和温度均较低的冷凝段，并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。如此往复，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。绝热段除了为工质提供通道外，还起着把蒸发段和冷凝段隔开的作用，并使管内工质不与外界进行热量传递。
2.1 前置式热管空气预热器
前置式热管空气预热器加装在原有空气预热器之后，冷空气经热管空气预热器加热后再进入原有空气预热器，从而有效减轻了原有空气预热器的低温腐蚀。热管空气预热器传热能力强，结构紧凑，漏风小，而且热管空气预热器一般在同样条件下能比管式空气预热器提高壁温10～15℃，所以其本身的防腐性能就比较好，并且即使部分热管因腐蚀或磨损而损坏，也不影响其他热管的传热。加装前置式热管空气预热器后，回收的排烟余热被送入炉膛，在锅炉各受热面上重新分布。因此，在设计时必须对锅炉整体进行热力计算，重新核算锅炉各受热面的吸热量及工质温度。2.2 充气热管空气预热器
一般的热管换热器是通过改变加热段与冷凝段的受热面积来调节壁温，以避免低温腐蚀。但是，对于参与调峰的机组和启停炉较频繁的工业锅炉，进入热管
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空气预热器的烟气温度和流量变化较大，采用一般的热管空气预热器时就容易发生低温腐蚀和堵灰，这时，采用充气热管空气预热器就能收到很好的效果。充气热管空气预热器的工作原理为：在热管内不仅充入液态工质还充入惰性气体，该
气体停留在冷凝段的末端，其体积随热管内的工作温度的变化而变化，当热管工作温度低时，气体体积变大，从而使热管实际的冷凝段长度变小，蒸发段壁温就得到提高，以避免烟气温度较低时热管发生低温腐蚀。2.3 热管式低压省煤器
热管式低压省煤器将低压省煤器系统与热管技术相结合，它的工作原理是：烟气冲刷热管蒸发段各蒸汽联管，管内工质吸收烟气热量蒸发，蒸汽由上升管流至冷却段，经管外冷却水冷却为冷凝液，在重力作用下回流至热管蒸发段重新吸收烟气热量，如此循环。一般低压省煤器在进口水温较低时，容易发生低温腐蚀和堵灰，而热管式低压省煤器将烟气放热段和冷却水冷凝段分离开来，这样可以通过调节蒸发段与冷凝段的换热面积(如在蒸发段使用螺旋肋片管等扩展表面)，使烟气侧管壁温度高于露点温度，从而达到避免低温腐蚀的目的。当热管式低压省煤器进口水温只有50℃左右时，也可通过合理的设计，控制烟气侧热管管壁温度在100℃左右，这是一般低压省煤器所无法实现的。
3、新型低温省煤器在排烟余热回收中的应用
新型低温省煤器抛开以往余热回收装置金属壁温高于烟气酸露点的设计思路，采取主动方式，允许排烟温度低于露点温度，能够在更大程度上降低锅炉排烟温度，更加充分地回收锅炉的排烟余热。新型低温省煤器主要由受热面蛇形管、箱板、机械清灰器和上下联箱组成。为防止烟气腐蚀，低温省煤器中被烟气冲刷的部分都采用不锈耐酸钢(1Crl8Ni9Ti)制造。低温省煤器运行时，清灰板在驱动装置的带动下顺着受热面管子的长度方向作往复运动，清除掉受热面管子外表面的积灰。测量低温省煤器的出口烟气温度和入口冷却水温度，将之与设计值比较，就可估算出受热面管子外表面积灰厚度，此积灰厚度可作为控制清灰器行走或停止的信号。鉴于低温省煤器的烟气出口温度已经低于露点温度，所以低温省煤器的安装位置要做如下考虑：对于安装有电除尘器和布袋除尘器的锅炉系统，低温省煤器应该安装在引风机和烟囱之间；对于使用了湿式除尘器的锅炉系统，低温省煤器应安装在锅炉和除尘器之间。低温省煤器的体积比较大，因此要针对锅炉系统的实际情况，可采用化整为零的思想分别布置，必要时可考虑安装在烟
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囱内。另外，由于烟气温度下降和增加了烟道阻力，引风机需重新设计更换。
四、总结
1、若要进一步降低锅炉的排烟温度、充分利用锅炉的排烟余热，可在锅炉尾部加装一定的余热利用辅助设备加热燃料或其它形式的介质。
2、在锅炉尾部增加辅助设备时必须综合考虑低温腐蚀和堵灰的影响，才能达到提高锅炉热效率的目的。
3、新型低温省煤器能够在结露的烟气环境中工作，并且防腐蚀不堵灰，能够更加充分地利用锅炉的排烟余热，值得研究和应用。
4、根据我公司的实际情况，1#-5#炉由于脱硫工艺的需要，降低排烟温度的可能性不大。而正在筹建的6#锅炉可以考虑采用以上烟气余热回收技术来提高空气温度或给水温度，充分利用烟气余热，提高锅炉效率。
