煙氣余熱梯度利用技術的研究及運用分析

鄭圣彬

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 前言

根據國家發改委所發布的《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020)》，目前國家節能形式日趨嚴峻，對相關企業也提出了更高的要求。為更好的響應國家政策，實現燃煤發電機組節能減排，本次研究依托實際工程，根據煤質、煙氣條件、熱力系統特點等提出了適用于工程設計的煙氣余熱梯級利用方法，通過梯度余熱利用，充分利用多級換熱達到節能減排的效果。本文以恒力石化(大連)煉化有限公司7×670t/h項目為應用研究對象，通過余熱梯度利用的設計原理與實際設計情況，分析其技術優勢。余熱梯度利用技術是一種基于水為載熱載體的煙氣換熱系統，并結合了暖風器相關技術，并在此基礎上進行二次開發。充分結合MGGH和傳統暖風器的相關優點，擁有降低排煙溫度、降低引風機功耗、減少脫硫水耗的優點。同時能有效減少空氣預熱器腐蝕以及堵灰現象，也能一定程度的提高鍋爐的運行效率，以達到節能減排作用，而且通過梯度布置換熱裝置可以更能夠有效利用余熱，盡可能的降低能耗，達到更優的經濟效益，同時能更好的響應國家的政策。

2 煙氣余熱梯度利用方案

根據本項目實際情況，在煙氣方向上通過布置多級換熱裝置來進一步深化對煙氣余熱的利用及對整個煙風系統的保護。余熱梯度利用系統是由余熱利用裝置（多級布置）、水循環系統、一二次風暖風器、蒸汽加熱裝置、穩壓膨脹裝置、加水系統、電控系統等組成。

余熱梯度利用系統是一個自循環式裝置，多級換熱裝置與一二次風暖風器相連的中間傳熱介質為除鹽水。首先我們要通過補水管道將除鹽水送入膨脹罐，而后通過聯通管路進入整個系統中， 再確定整個余熱梯度利用系統中的空氣排空后，此時啟動循環泵，讓除鹽水經過泵升壓后，進入換熱器與煙道中的熱空氣進行熱交換，升溫后除鹽水順著連接管路流入一次、二次暖風器，并加熱空預器入口的煙氣，降溫后的水順著管路流回水泵。按此流程進行一個閉式循環。

余熱利用裝置分為兩級，一級換熱器布置在除塵器后引風機前，布置在此可以吸收煙氣余熱，降低煙氣溫度至約115℃。減小煙氣量，降低引風機能耗；二級換熱器布置在引風機后吸收塔前，進一步進行熱交換，再次降低煙氣進入吸收塔時的溫度，從而一定程度上降低脫硫水耗和脫硫塔內防腐的工藝。

在設計工況下，通過除鹽水的吸熱與放熱兩個過程，余熱裝置可將煙氣實現兩次降溫，風機前降溫至115℃，風機后脫硫前將煙溫降至82℃。吸收的熱量可以滿足將一次風、二次風暖風器的出口溫度從32.4/25.4℃升到81℃。當兩級換熱裝置吸收的熱量無法滿足暖風器升溫要求時，將啟動蒸汽加熱裝置，將管道的水進一步加熱，以滿足系統整體要求。

恒力項目余熱利用工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3 余熱利用技術設置方案

恒力石化(大連)煉化有限公司7×670t/h項目共7臺爐，此項目為新建項目。每臺爐配置1套余熱梯度利用裝置，本項目同步建設電袋除塵、脫硫、管帶等。設計參數如表1。

表1 設計參數表

3.1 煙氣換熱器

煙氣換熱器采用H型翅片管，翅片管順列布置。煙氣換熱器布置在除塵器出口豎直煙道及脫硫吸收塔入口前的水平煙道上。煙氣換熱器的主要功能是回收煙氣的熱量，加熱換熱器管內的除鹽水。單臺機組設兩級煙氣換熱器，換熱器采用模塊式安裝。

3.2 暖風器

（1）一次風換熱器。一次風換熱器采用螺旋翅片管，錯列布置。一次風換熱器布置在一次風機出口的水平煙道上。一次風換熱器主要功能是利用煙氣換熱器回收的熱量對一次風進行加熱，以提高一次風的溫度。一次風換熱器采用模塊式安裝，單臺爐設2臺一次風換熱器。

（2）上二次風換熱器。上二次風換熱器采用螺旋翅片管，錯列布置。上二次風換熱器布置在二次風機出口的水平煙道上。上二次風換熱器主要功能是利用煙氣換熱器回收的熱量對二次風進行加熱，以提高二次風的溫度。上二次風換熱器采用模塊式安裝。單臺爐設1臺上二次風換熱器。

（3）下二次風換熱器。下二次風換熱器采用螺旋翅片管，錯列布置。下二次風換熱器布置在二次風機出口的水平煙道上。下二次風換熱器主要功能是利用煙氣換熱器回收的熱量對二次風進行加熱，以提高二次風的溫度。二次風換熱器采用模塊式安裝，單臺爐設1臺下二次風換熱器。

3.3 補水系統

由電動閥門及其配套儀表、管路等組成，用于補充管路內循環水。

3.4 水循環系統

水循環系統由水泵、管路、閥門等組成。當管路中充滿除鹽水后，開啟循環泵，使除鹽水在閉式循環管路里運行，通過水在換熱裝置與暖風器位置進行熱交換，達到熱量傳輸的效果。煙溫控制主要是通過控制泵出力大小以控制管路中水流速度，從而達到煙溫控制的效果。

3.5 穩壓膨脹裝置

穩壓膨脹裝置由膨脹罐、磁懸浮液位計、閥門、儀表、管路等組成，主要作用是由于水系統升溫后，系統內循環水會膨脹，因此需要利用此裝置來吸收循環水的體積膨脹量，從而維持系統管路內穩定的壓力。本項目膨脹罐布置在鍋爐 23.0m層，通過對膨脹罐的水位的監控，可以有效的監控系統的運行，發現問題。

3.6 蒸汽加熱系統

蒸汽加熱系統由蒸汽加熱器、壓力表、液位計、閥門、管路等組成，蒸汽加熱系統僅在機組啟動時使用。通過輔助蒸汽加熱循環水，進而加熱一次風、二次風的空氣，保證空氣溫度達到機組運行要求。

3.7 電控系統

由鉑熱電阻、差壓變送器、壓力變送器、DCS等電氣設備組成。系統一般匯總于機組熱控室，通過各位置測點反饋的溫度、壓力、液位、水泵轉速等情況。來合理的調整相關參數，以保證整個余熱梯度利用系統的穩定運行。控制方式一般分為手動控制及電動控制。

4 余熱梯度利用技術的運行分析

4.1 減少空預器腐蝕的情況，改善堵灰情況，節能降耗

余熱梯度利用裝置充分吸收了MGGH相關的設計優點，將換熱裝置與暖風器通過管路系統鏈接起來，通過除鹽水進行熱交換將除塵器出口的煙氣的多余熱量利用起來，用以加熱空預器入口的空氣，提高進口空氣溫度，基本可以解決冷端腐蝕及堵灰的情況，同時還能充分利用熱能，節能降耗，還能提高鍋爐運行效率。

4.2 采用多級余熱裝置，更為細化的利用煙溫余熱

本項目采用梯度余熱利用，布置多級余熱裝置，一級換熱器布置在除塵器后引風機前，布置在此可以吸收煙氣余熱，降低煙氣溫度（從140℃降低至115℃），減小煙氣量約10%，可以進一步降低引風機能耗；二級換熱器布置在引風機后吸收塔前，進一步吸收煙氣余熱，繼續降低進去吸收塔的煙氣溫度，從而降低了脫硫噴淋水耗和防腐的工藝要求。實現多級降溫，進一步的降低能耗。

5 項目運行情況

截至擬稿日，恒力石化項目余熱利用項目使用正常，一次風二次風升溫、梯度余熱裝置降溫符合設計要求。風機能效與設計能效降低約10%，脫硫入口煙溫得到有效控制。整體系統運行正常，各項指標在性能測試時達到甚至優于設計性能。通過上述分析，余熱梯度利用技術具有較高的適用性，可以在相當大的范圍內進行推廣。

6 結語

余熱梯度利用技術通過以水為介質，將MGGH與傳統暖風器的技術優點有機集合，融合開發的一項新技術。通過梯度布置換熱裝置，以實現除塵器出口至脫硫入口前的煙氣余熱的細化利用，在原有降低脫硫能耗的前提下，又能有效降低引風機的能耗，以達到進一步的節能降耗。除此之外也能通過余熱來提高空預器入口空氣溫度，從而減少空預器冷端腐蝕及堵灰等情況的出現，以達到提高鍋爐運行效率的效果。此項技術的運用，不但可以實現相對較好的節能降耗的經濟效益，而且也可以響應國家目前越來越嚴格的環保要求。此項技術可適用于國內大部分燃煤電廠，具備足夠的發展運用前景，可以作為節能減排技術進行推廣。