燃煤机组锅炉尾气与汽机凝汽余热利用分析

燃煤机组锅炉尾气与汽机凝汽余热利用分析

周涛

四川广安发电有限责任公司  四川 广安   638000

摘要：我国70%以上社会用电依靠于火电机组，占据全国约50%的煤炭消耗，而大型火电机组热效率只有40%左右，大量锅炉尾气（120℃~140℃）和汽机乏汽的低品位热量损失是导致能源利用率过低的主要因素， 如何有效利用此类余热是提高能源利用率的关键。以往烟气余热研究中， 多数在除尘器前后加装烟气换热器（低温省煤器），用于加热循环凝结水，取代部分汽机抽气，起到提高机组发电量，降低煤耗率的作用。

关键词：燃煤机组；锅炉尾气；汽机凝汽；余热利用

前言：燃煤机组锅炉尾气与凝汽的热损失使机组能源利用率下降，如何充分利用余热已成为燃煤机组锅炉改造的重点任务。以燃煤机组余热利用作为研究对象，通过对锅炉尾部的烟道改造、增加吸收式热泵提高了能源利用率。

一、燃煤机组锅炉改造条件

以往的燃煤机组锅炉改造余热分析中，大多数是在除尘器位置加设一个烟气换热器或低温省煤器，以此加热循环凝结水，使其取代一部分的汽机抽气，从而提升燃煤机组发电效率，降低煤耗率。采暖期加热热网水带来的节能效果比加热凝结水更加突出，应用锅炉尾气余热夏季加热凝结水，冬季加热热网水的方式可以提升能源综合利用率。有研究人员提出一种燃煤机组锅炉余热利用系统，在空气预热器内安装低温空气预热器，降低尾气和空气余热的能力，但这样容易影响燃煤机组的发电量。也有研究人员表示，通过安装蒸汽吸收式热泵抽取一部分的蒸汽为驱动加热热源，可有效解决余热利用时的安全问题，但汽机抽气容易影响机组发电效果。为充分利用循环水的余热， 以循环水作为热网热源的低真空循环水供热技术逐步推广起来， 其原理是将汽轮机的凝汽器作为热网的换热器， 循环水由原来的在冷却塔和凝汽器之间循环改为在热用户和凝汽器之间循环。

二、燃煤机组锅炉尾气与汽机凝汽余热利用分析

1. 换热设备布置位置。建议将换热装置布置在空预器之后和除尘器之前。在除尘器入口的位置增加低温省煤器，降低入口烟气温度和烟尘比电阻，提升粉尘驱进速度。应用不锈钢换热管后电除尘前的烟气温度能够下降到110℃。将换热装置安装在除尘后引风机之前，烟气温度降低的同时会有SO3析出，烟气中如果没有粉尘吸收将会导致引风机腐蚀问题，因此该方法不建议使用。将换热装置布置在引风机后脱硫塔前，降温之后的烟气能够进入脱硫系统完成脱硫，该方法安全可靠，但换热器与烟道容易受到低温腐蚀影响。假设余热回收之后烟气温度为85摄氏度，建议采用以下两种换热设备布置方式：①一段式低压省煤器，在脱硫塔之前安装氟塑料或搪瓷热管换热器，使135℃的烟气温度下降到85℃。②两段式低压省煤器。在除尘器前安装不锈钢材质的换热器，先将烟气温度下降到110℃，这时引风机会影响烟气温度升高，建议在脱硫塔前安装氟塑料或搪瓷热管材质的换热器，成功降低烟气温度至85℃。

2.余热利用方式。燃煤机组锅炉尾气和汽机凝汽余热利用方式如下：①加热低压加热器入口凝结水。对烟气余热加热凝结水的回水进行回收，排挤低加抽汽，提升蒸汽的做功能力，增加燃煤机组发电率并降低能耗。②加热热网循环水。假设燃煤机组工作负荷为72.75％，烟气如果从115℃下降到85℃，1个月燃煤机组可回收1500TJ热量；烟气如果从135℃下降到85℃，1个月燃煤机组可回收2400TJ的热量、因此，供暖期内建议将烟气回收热量加热热网回水。③加热燃煤机组锅炉给风。对专门回收烟气的余热加热锅炉进行改造，入口风温度升高引发排烟温度上升，冷风吸收热量无法被锅炉全部吸收，虽然前置式的暖风器不能全方位提升锅炉运行效率，但可以提高空预器内蓄热元件的温度。当燃煤硫分比较高时，它能够避免空预器内硫酸氢铵堵塞，且能够代替暖风器消耗蒸汽，降低能耗。

3.换热器材质。燃煤机组锅炉换热器材质主要有ND钢或304钢等金属材质、氟塑料材质以及搪瓷热管材质三种。具体如下：①金属材质，当前应用最广泛的就是20G钢与ND钢材质的换热管。换热管壁温在25～105℃范围内时，20G 钢腐蚀速度不超过0.2mm/a，ND钢腐蚀速度不超过0.1mm/a。②氟塑料材质。该材料耐腐蚀性较强，温度范围较宽，应用氟塑料换热器可以解决金属换热器腐蚀问题，氟塑料可以制作为小直径薄壁管，提升换热管传热系数。③搪瓷热管材质。搪瓷复合涂层可以解决换热器低温腐蚀问题，搪瓷玻璃无机防腐，应用时不用考虑温度变化，且搪瓷耐磨损，将搪瓷涂层换热管放置在烟道内部，受热段吸收烟气热量的同时可以降低烟气的温度，提升燃煤机组工作效率。

4.锅炉尾气与汽机凝汽余热加热热网系统。通过对采暖期和非采暖期的燃煤机组锅炉运行，探究烟气换热器、吸收式热泵应用下达到的余热利用效果。烟气换热器可以对循环凝结水进行加热，同低压加热器并联，代替汽机抽气，节约煤炭资源消耗；吸收式热泵凭借汽机排汽冷凝成水的气化潜热现象为机组提供热网用热，将高温蒸汽和热水作为锅炉的驱动热源。采暖期内，吸收式热泵循环水回收冷凝器散失气化潜热，热网回水温度提升到了90℃，应用锅炉尾气换热装置将水温加热到120℃，这时水的温度可以满足采暖期内的供水温度需求。非采暖期内，对吸收式热泵机组与热网管路隔离处理，应用烟气换热器将燃煤机组锅炉的余热进行回收，加热循环凝结水并与低压加热器并联，从而减少汽机抽气，实现余热利用。

5.锅炉尾部烟道改造。对湿冷机组烟道进行改造，在原有的烟道位置加设了烟气换热器。夏季时期，烟气换热器进出口的烟气温度分别为115.8℃和120℃，冷却凝结水的进出口温度分别为98℃和136℃。按照烟气换热器冷却介质温度与低价出口凝结水温度的实际情况，达到二者温度平衡，将烟气换热器管道系统并联，降低低压换热器的运行负荷。冬季时节，燃煤机组锅炉烟气换热器温度为134.7℃和100℃，冷却介质进出口的温度为90℃与120℃，冷却介质是热网70℃回水加热后的90℃循环水。与此同时，燃煤机组烟气中氧化硫和水蒸气相结合，最终产生硫酸蒸汽，烟气温度的下降使硫酸蒸汽凝结，并对换热装置造成低温腐蚀影响。锅炉炉膛出口过剩空气系数是1.2，酸露点的温度是96℃，这时烟气换热装置出口处烟气的温度比酸露点高。

6.余热利用后的经济性分析。以不影响燃煤机组发电量为前提，应用烟气换热装置与吸收式热泵装置可以对燃煤机组锅炉内的尾气与凝汽余热进行充分利用，在节约煤炭资源耗费量的同时，可减少二氧化硫和颗粒物的排放量。采暖期燃煤机组烟气换热器余热利用量为21.74MW，非采暖期关闭热网的连接阀门，只使用烟气换热器的低加并联系统，这时烟气换热器的余热利用量是22.44MW。经分析得知，应用这种燃煤机组锅炉烟气余热利用方式后，采暖季节能够节省1.42万t的标煤，非采暖季节可以节省1.76万t的标煤。烟气换热装置和吸收式热泵装置的使用，使锅炉余热利用年总量为59.58MW，采暖期36.14MW，非采暖期22.44MW；每年可总共节省31815.65t标煤量，采暖期可节省14190.76标煤量，非采暖期可节省17624.89标煤量。通过对电厂燃煤机组锅炉烟气余热利用后的经济性分析，为接下来各企业节约能耗、节能减排措施的实施提供重要参考。

结束语：总而言之，燃煤机组锅炉烟气换热器和吸收式热泵的协同应用，可将回收凝汽与烟气的余热作为锅炉的采暖热源，在不影响锅炉发电量的情况下保障系统高效运行。烟气换热器和吸收式热泵应用下的余热利用方式不会影响燃煤机组性能，可保证机组运行安全，通过对换热设备布置位置、余热利用方式、换热器材质、余热加热热网系统以及锅炉尾部烟道改造的研究，有效提升了系统余热利用效果。

参考文献：

［1］李岩，付林，张淑彦.凝汽余热利用对大型供热机组性能的影响［J］.热力发电，2019:44（4）: 6-9.

［2］徐宝鹏，王晓放，黄钟岳，等.凝汽式汽轮发电机组冬季低真空运行余热供暖的节能分析［J］.节能，2020，（9）:6-8.