鍋爐煙氣余熱利用研究

李振新

摘要：近年來，社會經濟的高速發展很大程度是以犧牲環境與資源換來的，導致在全球范圍內都面臨著氣候變化、生態環境、資源短缺等問題，因此為促進未來經濟的發展急需重視、建立資源節約型、環境友好型社會?；鹆Πl電廠會耗費大量的煤炭，大約是40%的全國煤炭產量，污染排放物超過30%，因此其面臨的節能減排工作任務極為嚴峻。從電力企業組織的角度來看，必須注重創新常規設計思路，改善設備裝置基礎，全面優化鍋爐系統設計方案，從而進一步提高其機組運行效率。

Abstract： In recent years， the rapid development of social economy has largely been at the expense of environment and resources， leading to global problems such as climate change， ecological environment and resource shortages. Therefore， in order to promote future economic development， it is urgently needed to build a resource-saving and environment-friendly society. Thermal power plants consume a large amount of coal， about 40% of the national coal output， and polluting emissions exceed 30%. Therefore， the task of energy conservation and emission reduction is extremely severe. From the perspective of power enterprise organization， it is necessary to focus on innovating conventional design ideas， improving the foundation of equipment and equipment， and fully optimizing the boiler system design plan， thereby further improving the operating efficiency of its units.

關鍵詞：鍋爐;煙氣余熱;利用研究

Key words： boiler;flue gas waste heat;utilization research

中圖分類號：TK11+5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）24-0131-02

0 ?引言

在火力發電廠設計中為促進全廠熱效率的提高、減少煤炭消耗和增加發電量，就需要對鍋爐的煙氣余熱進行科學、合理的利用，最終實現節能減排的目的。在鍋爐各項損失中，鍋爐排煙損失是一項最大的熱損失，為促進煤耗的減少和發電量的增加，就需要對煙氣余熱進行科學、合理、有效的利用[1]。

1 ?煙氣余熱利用途徑

一般來講，被加熱介質不同，其利用途徑也不盡相同，簡而言之，煙氣余熱的主要利用途徑包括熱網水、加熱凝結水和預熱并干燥燃料。此外，當前煙氣余熱的換熱方式主要分為兩種——直接換熱方式和間接換熱方式。

1.1 預熱并干燥燃料

近年來，大規模褐煤煤礦在內蒙、東北等地相繼開發出來，當前研究的新課題就在于高水分褐煤預干燥，存在許多干燥工藝。干燥機滾筒作為核心設備，其結構為圓筒體，而且可以回轉。其次，該干燥機滾筒略帶傾斜角度，在其中一端的上部加入濕物料，就能夠在另一端的下部收集干物料。與此同時，如果有超過150℃的熱煙氣從進料端或者出料端進入，就能夠從另一端的上部排出。固體物料通常能夠在滾筒內部停留12到14分鐘，從而使出口的煙氣溫度降低到120℃左右[2]。

1.2 加熱熱網水

為鍋爐系統組裝防腐蝕管式換熱器可以充分加熱廠房或者廠區水暖系統的熱網循環水，同時可以全部替代或者替代一部分常規的熱網加熱器，以此降低加熱器的蒸汽耗量，并增進發電量。

1.3 加熱凝結水

針對汽機回熱系統中的凝結水，在加熱時可以充分利用煙氣余熱，這對于汽機抽汽量的減少與煤耗的降低十分有效，從而能夠促進全廠熱效率的全面提高。

2 ?在老廠改造中應用煙氣余熱利用

2.1 工程概況

某6×200MW機組是由兩臺前蘇聯和四臺捷克所制造而成的，它組建于20世紀70年代，該機組常用燃料是晉北煙煤。起初，其鍋爐排煙溫度是170.5℃，經過多次調整機組燃燒系統，使最終的排煙溫度降低了10℃，即160℃。然而不可忽視的是，機組依然損失了很多鍋爐排煙熱量，鍋爐總體效率呈偏低狀態。為了更為充分地利用煙氣余熱，電廠進行了必要的節能改造，并將煙氣余熱利用裝置安裝在尾部煙道[3]。

2.2 做好煙氣余熱利用系統組裝工作，優化系統布置方案，精選系統設備型號

做好煙氣余熱利用系統組裝工作，促進水側和汽輪機回熱系統低壓部分的有機連接，這樣便于凝結水充分吸收排煙熱量，與此同時，要將排煙溫度降低20℃左右。其次，加熱后的凝結水會再次進入低壓加熱器系統內，該系統屬于汽輪機熱力系統的重要組成部分，這種煙氣余熱利用裝置方法與組合布置方案屬于一種由舊低壓加熱器所改造的低成本高效率方案[4]。

煙氣余熱利用裝置是一種煙氣-水換熱器，煙氣走管外、凝結水走管內，引風機在改造項目中需要保持不斷，因引風機壓頭富裕量不足，在設計該裝置時需要盡可能少增加煙氣側阻力，在計算時可以選擇相應的管束，在眾多光管中因為順列H形鰭片管管束具備多方面的優點與功能，像不易積灰、換熱系數較高，能夠優先選擇，同時，可以在原有的引風機可接受的范圍內進一步提升煙氣的側阻力。

2.3 經濟指標與效益

煙氣余熱利用裝置在安裝以后，不會額外增加鍋爐燃料，能夠有效提升電廠循環的吸熱量與循環效率。其次，在回熱系統中通過輸入煙氣余熱量，能夠排出部分抽汽，起到降低汽輪機循環熱效率的作用。同時，循環吸熱量會促使電廠的循環效率增加值遞增，不可忽視的是，該值通常低于因排出抽汽后所導致的汽輪機循環效率，所以經濟效果更為良好，能夠為電廠節約大量的成本。基于此，使用該裝置能夠降低回熱抽汽量和汽輪機耗率，從而有利于整個機組發電煤耗率的顯著降低[5]。

在開展熱經濟性分析時可以充分利用等效熱降法，在系統中輸入排煙余熱，在保持鍋爐有效熱量不變的情況下，可以得到一樣的經濟效益計算結果。

2.4 相關注意事項

2.4.1 磨損問題

解決磨損問題，應充分發揮平均煙速較低的優勢，同時借助基于3.3次方關系來迅速降低磨損速度。其次，增加壁厚也可以有效降低磨損程度。再次，為靜電除塵器之前的垂直煙道組裝該裝置能夠使灰粒動能得到有效降低，并減輕磨損程度[6]。

2.4.2 腐蝕問題

為有效的解決低溫腐蝕問題，就需要對壁溫進行強有力的控制，該裝置可以在80.0-100.0℃之間調節進水問題，最低管子壁溫在95.0-125.0℃之間，如此可保證最低壁溫比煙氣露點的94.3略高一點，避免出現低溫腐蝕的情況[7]。

2.4.3 引風機出力問題

加裝低壓省煤器的之后會進一步增加煙道的阻力，因此，在正式加裝之前，必須準確核算引風機的余量，而且，必須準確定位在此基礎上將最大允許的阻力增加值。

3 ?在新建機組中應用煙氣余熱利用

3.1 工程概況

某2×600MW級裝備使用的是超臨界燃褐煤，配備了空冷機組。內蒙古錫林浩特勝利煤田露天礦褐煤，全水分最高、表面積超過15%，且可磨性系數與發熱量不高，中低硫、低灰。同時運用了七級回熱抽汽熱系統，并配有3臺高壓加熱器、1臺除氧器和3臺低壓加熱器[8]。

由于機組燃用的是高水分褐煤，因此要求制粉系統所具有的干燥能力比較充分，針對正壓直吹式制粉系統即使用熱風為干燥劑的，干燥用熱風在進入磨煤機以后，風量比較大，同時風溫也比較高，而且，要將褐煤一次風率的設計值控制到35%至42%之間，在此狀態下，入磨風溫必須保持在330℃到370℃之間，與此同時，風溫應該比常規煙煤高100℃。目前，高風溫的獲得方法主要是運用三分倉回轉式預熱器對溫度較高的煙氣進行加熱，為此褐煤爐一般具有相對較高的排煙溫度。為降低空預器出口煙溫，在該工程中應用了適度加大回轉式空氣預熱器尺寸。

3.2 系統擬定方案

在該項工程中，加熱凝結水的主要方法是煙氣余熱，新建工程成功運用了間接換熱方式，在水換熱器內充分吸收煙氣余熱閉式循環水，并用凝結水順利完成了熱交換作業，不僅使熱量得以充分利用，而且可防止因磨損而污染凝結水，對于超臨界、超超臨界機組來說極具現實意義[9]。

3.3 設計方案和布置方法

該裝置可以充分利用表面進行換熱，借助煙氣實現閉式循環水的加熱，還可以垂直布置換熱器。在裝置換熱管中可以分段利用煙氣余熱，即高溫段和低溫段，通常需要在裝置上側做好低溫段的布置工作，在下側，應布置高溫段，然后，通過安裝聯箱促進兩個溫度段的有機連接。其次，應兼顧受熱面的防磨與防腐問題，對其表面進行全面清潔。這樣便于后期拆卸和替換熱組件與密封件，確保換熱管在更換過程中不會對其它換熱管產生負面影響。該裝置所運用的換熱管鋼質是ND鋼，使用壽命通常能夠達到5萬小時以上。

除此之外，要將回式空氣預熱器安裝在爐后框架運轉層，而且，該裝置通常在其煙氣側出口的下部布置，在支撐時可以選擇從零米開始設支架的方式[10]。

4 ?結束語

綜上所述，通過研究發現：煙氣余熱利用系統的設置，能夠幫助全廠提高熱效率、減少對于煤炭資源的消耗，促進發電量的增加。然而，不可忽視的是，因為回收鍋爐煙道余熱是有限的，所以排煙溫度不可能過低，如果排煙溫度低于煙氣露點，必然會使換熱設備在運轉過程中滋生低溫酸，從而對設備造成腐蝕損壞的影響，因此具體工程在考慮是否安裝該系統時需要根據實際情況而定?？傊?，不管是老電廠改造、新建機組，煙氣余熱都能夠發揮一定利用價值，為促進全廠熱效率的提高就需要對煙氣余熱進行科學且合理的利用，進而節約煤耗，確保實現節能減排的目標。對于今后的電廠設計而言，需要加強對于煙氣余熱、電廠其它各生產環節的節能研究工作。

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