鍋爐煙氣余熱回收及水資源多級利用技術成效

鐘國棟，李廉明，俞 燕

（1.浙江物產環保能源股份有限公司，浙江杭州 310003；2.嘉興新嘉愛斯熱電有限公司，浙江嘉興 314016）

0 引言

近年來，隨著經濟的持續快速增長和居民生活水平的日益提高，我國的工業和居民采暖熱力需求仍保持快速增長態勢，這意味著熱電聯產集中供熱仍然存在著巨大的市場發展潛力。在“3060”碳達峰碳中和的政策背景下，提高環保理念、落實節能政策和改善環境質量的需求亦不斷加深，我國熱電聯產行業受到了重點關注，行業規模發展迅速，近幾年的增長速度保持在20%左右。與大型發電機組相比，熱電聯產能源利用率高，節能降碳方面的優勢更為明顯。因此，發展熱電聯產集中供熱，將為實現我國的節能減排目標和全球溫室氣體減排做出積極貢獻。

熱電聯產機組是能源供給主力軍，同時也是節能降耗的重點關注對象，推進熱電機組的節能降耗精細化管理，提高能源資源利用率，將為熱電聯產行業市場空間得以進一步拓寬提供巨大的推動力。

現階段工業用熱電聯產機組普遍采用高溫高壓循環流化床鍋爐，其排煙溫度達到135～145 ℃，煙氣中有7%～15%的顯熱和10%左右的潛熱未被有效利用，形成了大量的資源浪費。采用高效的熱量回收裝置，可以將煙氣余熱轉化為可利用的能源，是一種實現節能和環保雙贏的重要途徑。

對于熱電聯產機組而言，水資源的回收利用是推進電廠節能管理的另一個重要舉措。熱電鍋爐汽包排污、疏水排汽、水處理濃水、脫硫脫硝廢水等，這些是日常供熱中的低品位水資源，目前一般電廠通常采用直接對空排放疏水排汽以及將廢水排入城市管網的措施處理這些“附屬品”，這不僅造成了資源浪費，也在一定程度上造成了環境污染。因此，通過相關技術舉措，有效回收低品位排汽和減少脫硫廢水排放，實現能量和資源的雙重利用，將進一步提升熱電企業的能源管控，增加企業經濟效益和社會效益。

1 項目基本情況

1.1 工藝流程

通常熱電聯產機組的生產工藝流程如圖1 所示：燃料通過汽運、船運的方式運至廠區內，燃料經過粉碎等預處理后，經輸送裝置輸送進入爐前存料倉，最終進入爐膛燃燒放熱。燃料在燃燒過程中會產生大量900 ℃左右的高溫煙氣，經過鍋爐爐膛水冷壁、過熱器、省煤器和空氣預熱器等受熱面吸熱后，溫度仍然高達135～145 ℃，部分潛熱和顯熱可以回收利用。

圖1 熱電聯廠機組生產工藝

取水經“一級反滲透+混床處理”工藝后，進入鍋爐吸收熱量變為蒸汽，推動汽輪機帶動發電機發電。為了保持機組系統內水質指標符合運規要求，在鍋爐中需要進行定時排污和連續排污。這里所謂“污水”是含鹽率相對較高，但其溫度壓力也遠高于常溫給水，直接排放是能量的浪費鍋爐產生的廢氣經過“電袋除塵+濕電除塵”三級除塵裝置、SNCR+SCR 脫硝、“一爐一塔”的濕法脫硫塔后，通過獨立煙囪排放到大氣中。

經過廠內污水站處理后脫硫產生的廢水一般納入污水管網，但在環保要求日益嚴格的背景下，各個企業排污總量均受到限制，特別是采用煙氣余熱回收后，廢水量大大增加，需要通過廢水回用降低廢水排放量。

1.2 需要解決的問題

（1）通過煙氣余熱回收裝置，有效解決了煙氣余熱直接排放浪費的問題，同時通過煙氣余熱加熱生活用水，節約標煤炭資源，降低CO2（二氧化碳）排放。

（2）通過水資源多級利用措施，有效解決了脫硫廢水排放難的問題，實現了脫硫廢水零排放，同時通過增加疏水排汽和乏汽回收裝置，解決低品位蒸汽直接排放的問題，實現能源的多級利用。

1.3 采取的研究方法、技術路線

項目采用“理論計算+現場試驗+數據模型+裝置設計+現場調試”的技術路線。

首先，通過理論計算，得到鍋爐不同負荷下的煙氣量、排煙溫度等相關理論數據，以及不同負荷條件下的疏水排汽量理論值。

其次，通過現場試驗得到鍋爐實際運行的排煙溫度和煙氣量數據并予以預修正，通過尾部煙道模型和疏水系統模型，將采集的數據進行理論擬合和參數修正，得到基于神經網絡模型的理論數值。

然后，根據該模型聯系設計院設計相關裝置設備，考慮到實際生產中的誤差問題，設計須留有一定的裕量。

最后，根據計算所得數據對設備進行安裝調試、指導，給出煙氣余熱回收裝置安裝前后設備在不同負荷運行下的節能效益，以及通過熱量換算和回水利用計算疏水排汽和乏汽回收裝置的節水和余熱利用效益，并對實際生產進行量化數據指導。

2 項目實施方案

2.1 煙氣深度冷凝與潛熱回收脫白模塊

在鍋爐的各項熱損失中，排煙損失是占比較大的一項。熱電機組鍋爐煙氣雖然經過尾部受熱面加熱給水或蒸汽進行熱量交換，但排煙溫度仍有135～145 ℃，本項目將對這一部分熱量進行回收利用，增加企業效益。通過對現有熱電機組鍋爐進行尾部煙道改造，增加煙氣余熱回收利用裝置，在引風機后的煙道上布置一臺氟塑鋼低溫省煤器，利用煙氣余熱加熱除鹽水。設計工況為將煙氣溫度由135 ℃降低至95 ℃，除鹽水流量以40 t/h 計算，先經過冷渣機再流入氟塑鋼低溫省煤器，水溫由冷渣機出口35 ℃升溫至 85 ℃，實現鍋爐煙氣余熱的回收利用。

燃煤鍋爐煙氣深度冷凝與潛熱回收脫白模塊主要由無腐蝕不粘灰材料技術和深度冷凝余熱回收技術構成。

2.1.1 無腐蝕不粘灰材料技術

煙道中特殊工作環境對換熱器本體設備有較高的要求：首先，脫硫入口煙氣溫度在135 ℃左右，要求選擇換熱效率較高的設備；其次，根據日常運行工況脫硫塔入口煙道段處于干濕交界區，煙氣濕度較大，具有一定腐蝕性，需要選擇耐腐蝕的材料；然后，鍋爐引風機未進行擴容的情況下，需要選擇設備阻力較小的設備；最后，脫硫入口煙氣雖經過除塵設備去除大量的粉塵，但是仍然含有一定的粉塵，尤其是在鍋爐啟爐過程中除塵器無法投運，會伴有大量的粉塵，因此所選設備換熱面要求具有一定的光滑性，不易附著粉塵且要耐磨損。

既要保證換熱效率又要保證設備長期運行不被腐蝕，同時要求煙氣阻力小、不易積灰、耐磨損、使用壽命長，在經過一系列的項目調研、數據分析和研究論證后，最后選定管殼式氟塑料換熱器，系統與煙氣接觸材料采用聚四氟乙烯（Poly Fluoroalkoxy，PFA）。

2.1.2 深度冷凝余熱回收技術

由于煙氣脫硫采用石灰石—石膏法，間接增加煙氣中的水蒸汽含量，GWH（低溫省煤器）使煙氣進入脫硫塔的溫度降低，同時吸收塔的出口溫度也隨之下降，但仍攜帶大量的潛熱，通過在脫硫塔出口設置CDH（煙氣冷凝器）對煙氣進行冷凝，可以回收熱量和煙氣冷凝水，實現節能節水。此外，在煙氣深度冷凝過程中，蒸汽相變可促進細顆粒物的慣性脫除，部分SO2（二氧化硫）也在冷凝過程中被凝結液吸收脫除。因此，該技術可回收濕煙氣余熱及加深煙氣冷凝，消除白色煙羽，提高能源利用率和減少煙氣排放濕度，并實現微細顆粒物和SO2的協同脫除，經濟環保效益顯著。

2.2 水資源多級利用

2.2.1 疏水排汽回收利用

目前，熱電鍋爐在運行過程中通過定期排污、連續排污、疏水擴容器等形式或設備產生大量的具有低位熱能的蒸汽，這部分蒸汽直接排入大氣，造成能源（熱能和純水）的浪費，也會對鍋爐鋼架結構及周圍的設備產生腐蝕。

擬利用乏汽回收裝置的無壓冷凝換熱能力，加快定排的工質閃蒸速度，可以使定排擴容能力在現在基礎上有所提高，閃蒸汽能全部快速冷凝，回收乏汽余熱。同時將鍋爐連排水母管接入“多級降壓汽化擴容凈化回收裝置”，通過熱網低壓供汽的熱焓值補償，連排水進入裝置后經過過濾、汽化及焓差補償等流程后達到合格品位的低壓供熱蒸汽再并入供汽管網，進一步利用疏水排汽余熱。

2.2.2 工藝廢水達標回用

結合現有脫硫脫硝廢水處理工藝特點，在傳統廢水處理工藝流程下端增加“蒸發濃縮—煙道蒸發”工藝路線，對脫硫廢水進行處理。

擬建設一臺蒸發塔，并對原有煙道設計進行改造：利用脫硫原煙氣在蒸發塔中與逆向噴淋的廢水進行換熱，廢水吸收煙氣熱量蒸發濃縮；基于水與無機鹽及懸浮物沸點的差異實現分離；出水箱內的廢水再通過計量泵噴射至電袋除塵器入口煙道內，利用煙氣余熱進行煙道蒸發，無需額外熱源。通過廢水處理后回收利用，實現廢水零排放同時減少廠內耗水量。

3 實施成效

該項目實施后，公司實業板塊將邁上節能快車道。預期的項目效益如下：

（1）通過安裝氟塑鋼換熱器實現煙氣余熱回收利用，公司年節約5000 kcal/kg（20 920 kJ/kg）的原煤超過1.5 萬噸。

（2）通過設置多級降壓汽化擴容凈化回收裝置和乏汽回收裝置，實現年回收疏水乏汽6 萬噸；同時，廢水零排放系統研發投產后，能減少廠內系統耗水量約3.4 t/h，每年可節省脫硫系統耗水量至少2 萬噸。

4 結論

通過煙氣余熱回收利用和水資源多級利用措施，加強熱電企業能源管控，優化創新節能精細化舉措，能有效提高資源利用率，降低企業生產成本，節省煤炭資源，減少CO2排放，為企業的綠色發展貢獻力量。