燃煤锅炉烟气余热利用概述

燃煤锅炉烟气余热利用概述

魏威

中国电建集团河南工程有限公司 河南 郑州 450001

摘要：近些年，随着人们物质生活水平的提高，人们的精神文化需求不断增加，越来越多的国家提倡环保、节能和减排。世界各国都在不断开发新能源，如新能源汽车、可燃冰等。虽然由于新能源的开发和利用，一次能源的利用率有所下降，但在今后一段时间内，一次能源将继续占主导地位。使用最广泛的一次能源是煤炭。因此合理地利用煤炭至关重要。基于此，本文对燃煤锅炉烟气余热利用展开讨论及研究。

关键词：燃煤锅炉；烟气余热；电厂；

引言

燃煤锅炉主要是以煤炭为原料进行燃烧，广泛应用于电力、机械、化工、医疗、食品加工、造纸等行业。工业和民用采暖都需要燃煤锅炉产生高温热能，燃煤锅炉的效率主要为80%～90%。锅炉热损失有排烟热损失、机械不完全燃烧热损失、化学不完全燃烧热损失、灰渣物理热损失、飞灰热损失及炉体散热损失。其中，燃煤锅炉的排烟损失为主要损失。

1余热利用方式

1.1低温省煤器

一般在燃烧锅炉中都需要装有一些低温省煤器。低温省煤器是将回收的烟气余热注入汽轮机回热系统，减少回热系统的抽汽量，增加汽轮机做功。低温省煤器具有以下优点：可以解决大幅度降低排烟温度的需要；为预热器、暖风器提供循环热量；可以明显提高电厂的热经济性；可以部分替代GGH设备，回收的热能直接为发电工质利用；完全符合国家发展绿色煤电的要求。因此低温省煤器对于余热利用发挥有着重大作用，且已经在电厂中应用非常普遍。

1.2朗肯循环

朗肯循环也是余热利用方式之一，且在火力发电厂中被普遍使用。由热力学第二定律可知，卡诺循环的效率最高。但在电厂实际发电的过程中不采用卡诺循环。由于卡诺循环的定压加热和放热过程很难进行，定温线和绝热线的斜率相差不大，致使卡诺循环产生的净功很低，所以在实际发电过程中不使用。实际蒸汽动力循环以朗肯循环为基础。朗肯循环过程如图1、图2所示。

图 1 简单蒸汽动力装置流程图

图 2 朗肯循环 T-S 图

从锅炉加热出的高温高压水蒸气进入汽轮机，推动汽轮机膨胀做功。此过程为绝热膨胀过程。

高温高压水蒸气经过汽轮机的高、中、低压缸膨胀做功，从低压缸的末级排出乏汽在冷凝器内定压向冷却水放热，将低温低压的水蒸气冷却成饱和水，这是定压加热过程，同时也是定温过程。冷凝器内的压力很低，其饱和温度略高于环境温度。

从冷凝器中出来的凝结水在给水泵中进行绝热压缩，提高凝结水的压力成为未饱和水。从给水泵中出来的高压低温未饱和水通过锅炉二次加热，升温成高温高压的水蒸气，进入汽轮机进行循环。

在众多研究中发现，朗肯循环在发电厂中效率最高，且可实现循环。目前朗肯循环在国内余热发电领域的应用较为成熟，在水泥、冶金、钢铁等行业的应用较为广泛。朗肯循环在国内的应用已经走向与卡琳娜动力循环的联合应用，实现了在不同烟温的优势互补。

1.3新型余热利用技术

通过锅炉燃烧产生的高温烟气中具有一部分水蒸气，将部分高温水蒸气通过冷凝法或溶液吸收法以及膜法等有效方法凝结成饱和或非饱和液态水，并将放出的大量潜热进行回收利用，有效地提高了锅炉的运行效率。通过这种方法，不仅可以减小锅炉的运行成本，也可以减小污染。据有关研究表明，在除湿方法中，膜法除湿的效果最高，效率最高，并且具有很好的发展前景，也是当今研究烟气除湿的趋势所在。且水蒸气的回收率与烟气温度成正比关系。烟气温度越高，水蒸气的回收效果越高，回收率越高；相反，烟气温度越低，水蒸气的回收效果越差，回收率较低。湿度对烟气回收率的影响很小，无论适当地提高湿度还是降低湿度，烟气回收率的变化程度很小或几乎不变，湿度的改变只会改变水的传热效果。由此可见，烟气的冷凝余热回收利用技术逐渐成为研究的热点，怎样能够确保电厂在正常运行的情况下，有效提高烟气余热利用率逐渐成为未来的研究发展趋势。

2火电锅炉烟气余热的利用

在火力发电厂中利用燃煤预热技术最直接的是增加尾部换热设备。由于锅炉尾部烟气大、能量品位低等特点，需要开发高效的换热器，例如加热换热器。加热换热器是低温省煤器的提升，对常见的小型燃煤锅炉进行烟气余热利用分析，燃煤锅炉虽然装有省煤气，但由于烟气温度较高、烟气大，若不加以回收利用就会产生极大的资源浪费。对于常见的小型燃煤锅炉加装无压换热器，烟气经过省煤器、无压换热器后再进入烟囱或除尘器，期间供水流程得到了改变，水质得到了软化。

热管是烟气余热利用中的一项重大成果。热管又称“热超导管”,通过汽化潜热来传递能量。具体原理为管芯内的工作液体受热蒸发，放出热量，此热量为工作流体的蒸发潜热。蒸汽由管道的中心进入管道的冷凝区，冷凝成液体，放出潜热。液体由于毛细力的作用流回蒸发段。因此，完成一个循环，将大量的热量从加热段扩散到散热段。工作流体的回流由于加热段在上部，冷凝段在下部，热管垂直放置依靠重力可以满足，无需毛细结构的管芯。这种不具有多孔体管芯的热管被称为热虹吸管。目前该热管技术得到了很好的发展及应用。

3经济效益

使用烟气余热利用技术可以大幅提升其经济效益。烟气余热利用技术不仅大大增加了煤炭资源利用率，而且为国家保护环境、节能减排做出了很大的贡献。烟气余热利用技术的产生，也大大提升了火力发电厂的效益。

结语

随着人们对环境保护的日益重视，烟气余热利用技术在火力发电厂节能减排方面发挥着重要作用。火力发电中最大的热损失就是排烟损失。由此可见，合理地利用燃煤锅炉的烟气余热量对电厂的发展以及人们的生活非常有利。利用烟气余热进行回收发电的方式，不仅可以做到节能环保，而且还能够提高其发电效率。

参考文献

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[2]施延洲,孟桂祥,王安庆,钟平,姚啸林.燃煤锅炉烟气余热利用改造后机组热力性能试验方法研究[J].热力发电,2015,44(10):29-34.

[3]郝向辉.大型燃煤锅炉低温烟气余热综合利用及节能分析[D].华北电力大学,2015.