電站鍋爐煙氣余熱利用的研究與應用

孟俊峰

摘要：電站鍋爐排煙熱損失占主要能量損失的70～80%，對鍋爐尾部煙氣的進行余熱回收利用改造在提高電廠的熱經濟性的同時減少了動力燃料的消耗。近些年國內外來對電站鍋爐煙氣余熱的回收利用研究越來越深入，余熱利用方式越來越多。主要有低（低）溫省煤器吸收煙氣余熱加熱汽輪機凝結水、低（低）溫省煤器與熱媒水換熱器組合、低（低）溫省煤器與熱媒水管式煙氣換熱器（MGGH）組合、空預器旁路煙氣余熱高能級利用系統等。多種余熱利用方式積極響應了國家節能減排方針的號召，對于提高電站機組的效率具有重要的實際意義。本文通過分析比較電站鍋爐煙氣余熱利用回收裝置的設計方案、節能效果，提出改造建議，為燃煤電廠的鍋爐煙氣余熱回收利用方面提供借鑒。

關鍵詞：電站鍋爐;余熱利用;節能

引言

在世界范圍內，燃煤電廠仍是主要的發電廠，目前我國火電機組裝機總量達到了全國發電總裝機容量的60%以上，燃煤電廠作為能源消耗大戶，也是污染物排放大戶，面臨著節能和環保的雙重壓力，因此也是國家實施節能減排的重點領域。發改能源[2014]2093號中對火電節能減排提出了更嚴格和明確的強制要求：全國新建燃煤發電機組平均供電標準煤耗低于300克/千瓦時，到2020年，現役燃煤發電機組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時，其中現役600MW及以上機組（除空冷機組外）改造后平均供電煤耗低于300克/千瓦時。

對火電企業而言，追求供電標煤耗與污染物排放的降低，動力不僅來自于國家對火電廠節能減排的硬性要求，更來自于機組運行的經濟性和企業效益，尋求綜合解決火電廠節能減排問題的有效方法已成為發電企業的共識。

燃煤電廠節能減排主要技術有汽輪機通流部分改造和汽封改造、鍋爐煙氣余熱回收利用、鍋爐運行優化調整等。電站鍋爐排煙熱損失作為鍋爐熱損失中最大的一項，達到鍋爐總熱損失的70%～80%，由于設計、運行調整、燃用煤種偏離設計煤種等多種原因，致使鍋爐實際排煙溫度高于鍋爐設計排煙溫度，而通常大型火力發電廠鍋爐的排煙溫度為110～160℃，若排煙熱量直接被鍋爐利用，排煙溫度降低22℃，鍋爐效率提高1%。因此，減少鍋爐排煙余熱損失對電站機組的節能減排有重要的意義[1]。

1.鍋爐煙氣余熱利用方案

鍋爐煙氣余熱利用系統，其本質是通過換熱介質回收鍋爐排煙“廢熱”加以利用，以達到節約能源的目的。“余熱”來源主要有空預器出口排煙所含熱量（低能級利用）和空預器旁路煙氣所攜帶熱量（高能級利用、多能級利用），以及熱風調溫系統。“余熱”利用型式主要有“加熱低壓凝結水”、“加熱高壓給水”、“加熱冷風”、“加熱煙囪排煙”等。

1.1、低（低）溫省煤器

低（低）溫省煤器是目前采用最多的煙氣余熱利用系統，主要有以下幾種布置型式：（1）布置在空氣預熱器后、電除塵器前;（2）布置在電除塵器與引風機之間;（3）布置在引風機與脫硫吸收塔之間;（4）如果排煙溫度較高，可以采用兩級串聯布置，即第一級（高溫段）布置在空氣預熱器與電除塵器之間，第二級（低溫段）布置在電除塵器和引風機之間。低（低）溫省煤器系統主要用于加熱機側凝結水，入口水溫控制70℃-90℃之間。取水多來于7號低加出口，回水至6號低加入口。

1.2、熱風調溫+低（低）溫省煤器系統

熱風調溫系統通過不用（或少用）一次冷風，達到降低排煙溫度的目的。磨煤機入口風溫依靠每臺磨煤機入口風道設置的以凝結水（或高壓給水）為介質的風溫冷卻器進行調節。該系統適合于冷風摻入量較大的鍋爐。

1.3、熱媒水暖風器+低（低）溫省煤器

低（低）溫省煤器系統煙氣換熱器安裝于空氣預熱器與電除塵器之間煙道內，用于加熱機側凝結水。熱媒水暖風器吸熱端安裝于引風機與脫硫吸收塔之間，脫硫塔后煙道未設置換熱器，放熱端安裝于送風機與空氣預熱器之間風道內。低溫省煤器系統設計煙氣換熱器設計進口煙溫155℃/135℃，出口煙溫120℃，煙溫降35/15℃;熱媒水暖風器吸熱端設計進口煙溫125℃，出口煙溫95℃，煙氣溫降30℃;熱媒水暖風器空氣溫升53℃。

1.4、熱媒水管式煙氣換熱器（MGGH）+低（低）溫省煤器

低（低）溫省煤器系統煙氣換熱器安裝于空氣預熱器與電除塵器之間煙道內，用于加熱機側凝結水。熱媒水管式煙氣換熱器（MGGH）吸熱端安裝于空氣預熱器與電除塵器之間煙道（或者安裝與引風機與脫硫吸收塔之間），脫硫吸收塔后煙道安裝放熱端換熱器。在電除塵器前安裝MGGH，降低流經電除塵器的煙氣溫度，可明顯提高除塵效率;同時MGGH吸收脫硫塔前煙氣熱量，加熱煙囪入口煙氣，可將進入煙囪煙氣溫度提升至80℃以上，防止下游設備腐蝕，基本消除白煙及石膏雨。

1.5、空預器旁路煙氣余熱多能級利用系統

常規煙氣余熱利用系統受以下因素制約：（1）電站鍋爐排煙溫度較低（120～160℃），煙氣余熱能級品級較差;（2）為防止低溫腐蝕，煙氣余熱利用裝置出口煙氣溫度般不能低于95℃;（3）工程實際中需考慮換熱面積對投資成本的影響，煙-水換熱溫差一般在20℃以上。結合電站回熱系統的汽水參數，常規煙氣余熱回收的熱量最高只能排擠6號低壓加熱器抽汽，可使發電煤耗下降1.53g/kWh，節能效果有限。

德國 Niederaussen電廠K號機組將煙氣余熱利用裝置分三級布置在電站系統中：1、Ⅱ級煙氣余熱利用裝置位于與空氣預熱器并聯的旁路煙道中，約1/3的煙氣不經過空氣預熱器而直接進入旁路煙道，依次通過I級、Ⅱ級裝置，其中I級裝置加熱高壓給水，Ⅱ級裝置加熱低壓凝結水，Ⅲ級裝置位于引風機與脫硫塔之間，用于加熱冷二次風。提高煙氣余熱能級、梯級利用煙氣熱量，是目前煙氣余熱利用率最高的系統。[2]

2.節能效果分析比較

2.1、低（低）溫省煤器節能效果分析

低（低）溫省煤器系統鍋爐熱效率計算方法不變，煙氣余熱由汽機側吸收利用，計算利用余熱后，基于主再熱蒸汽基準的熱耗率。節能量分析結果如下表：

2.2、熱風調溫+低（低）溫省煤器系統

熱風調溫系統按照媒介的不同可分為以凝結水作為媒介的熱風調溫系統和以高壓給水作為媒介的熱風調溫系統，以凝結水作為調溫媒介時，汽機側將此部分熱量等同于常規低溫省煤器計算，節能效果優于常規低（低）溫省煤器。以高壓給水作為調溫媒介時，回收的熱量排擠高壓抽汽，其節能效果優于凝結水作為調溫媒質的系統。

2.3、熱媒水暖風器+低（低）溫省煤器

通過熱媒水暖風器，利用煙氣余熱對空預器入口一、二次風進行預熱，在熱一、二次風溫不變或僅略上升的前提下，能夠降低空預器換熱量，空預器出口煙氣溫度升高。本系統比常規低（低）溫省煤器具有更大節能效益，在同樣最終煙氣溫度下，機側可以匹配更高的抽水溫度和回水溫度，提高能量利用效率。

2.4、熱媒水管式煙氣換熱器（MGGH）+低（低）溫省煤器

采用熱媒水管式煙氣換熱器（MGGH），可解決常規回轉式GGH容易堵塞漏風等弊端，實現穩定長期的干煙囪排放，避免了昂貴的煙囪防方腐處理。同時，還可實現低低溫煙氣處理，使電除塵效率以及脫硫效率大幅提高，煙塵排放可以達超低排放標準。該系統在節能方面等同于常規低（低）溫省煤器。

2.5、空預器旁路煙氣余熱多能級利用系統

德國 Niederaussen電廠K號機組空預器旁路煙氣余熱多能級利用系統裝置分三級布置：I級裝置加熱高壓給水，Ⅱ級裝置加熱低壓凝結水，Ⅲ級裝置位于引風機與脫硫塔之間，用于加熱冷二次風。可使Niederaussen電廠K號機組節約發電煤耗約7g/kWh，機組發電效率提高約1.4%。

針對國內電廠煙氣余熱利用的現狀，通過借鑒德國Niederaussen電廠余熱多能級利用的方式，分析計算新型高效空預器旁路煙氣余熱多能級利用系統的節能效果，核算結果表明空預器旁路煙氣余熱多能級利用系統有巨大節能潛力，平均發電標煤耗降低值在6g/kWh。[2]

3.總結

電站鍋爐煙氣余熱利用技術是提高燃煤電廠熱力經濟性、降低發電煤耗、減少污染物排放的重要技術之一。通過合理設計煙氣余熱利用裝置，回收煙氣余熱用于高壓給水、加熱凝結水，可以減少加熱器抽汽，從而增加汽輪機組出力，提高機組經濟性;降低排煙溫度可減少脫硫系統的噴淋水量，減少發電水耗，取得不錯的經濟效益。

從節能角度看，煙氣余熱熱品質越高，節能效果越明顯;排擠的抽汽壓力品質越高，節能效果越明顯。同樣煙氣冷卻深度前提下，余熱利用系統不同，節能效果差異較大。采用空預器旁路煙氣+熱媒水暖風器系統節能效果最佳，低（低）溫省煤器+熱媒水暖風器節能效果次之，常規低（低）溫省煤器系統節能效果較差。

空預器旁路煙氣+熱媒水暖風器系統結構復雜，工程造價成本最高，低（低）溫省煤器+熱媒水暖風器工程造價成本次之，傳統的低（低）溫省煤器工程造價成本最低。綜合考慮節能效果、工程造價等因素，新建機組推薦采用空預器旁路的煙氣余熱綜合利用方案，節能效果最佳，在役機組改造推薦采用熱媒水暖風器+低（低）溫省煤器方案，節能效果較好。

【參考文獻】

[1]常海青，張燕.鍋爐煙氣余熱深度利用及減排技術的研究與應用.中國電力，2017（2）.

[2]廖高良，李楊，周元祥.電站鍋爐煙氣余熱利用研究綜述[J].熱能動力工程，2017（6）.