關于鍋爐煙氣余熱利用方案的探究

王啟文

資產經營中心應用化工廠 河南 南陽 473132

引言

隨著我國經濟的快速發展，能源需求量日益增長，特別是以煤為主要燃料的火力發電廠，每年都要消耗大量的煤炭、焦炭、天然氣等資源，這就使得我國能源結構出現不合理現象，能源利用率低。特別是燃煤發電企業中鍋爐煙氣余熱回收技術發展不成熟、未形成成熟的系統和裝置。目前鍋爐煙氣余熱利用主要包括煙氣余熱回收和凝結水回收兩個方面。前者主要是對鍋爐排出的高溫煙氣進行回收利用，在不增加任何燃料的前提下提高發電效率；后者主要是對凝結水進行回收，實現水的全部循環利用[1]。目前我國在鍋爐煙氣余熱回收方面已經取得了一定成果，但是在實際工程應用中存在較多問題，如技術水平不高、成本過高等，在一定程度上影響了煙氣余熱利用效果[2]。隨著能源需求的日益增長和環保意識的加強，鍋爐煙氣余熱的利用方案受到了越來越多的關注。在工業生產和日常生活中，鍋爐的使用非常普遍，而煙氣中通常含有大量的余熱未被充分利用。

1 余熱鍋爐的分類

余熱鍋爐的分類方法很多，按照熱源溫度可分為高溫余熱鍋爐和低溫余熱鍋爐，按照煙氣出口溫度可分為三類[3-4]：一類是煙氣露點溫度大于300℃的余熱鍋爐；二類是煙氣露點溫度小于300℃的余熱鍋爐；三類是煙氣露點溫度介于兩者之間的余熱鍋爐。目前應用較多的是一種或幾種類型，在實際工程中還可根據實際應用情況進行組合搭配使用。按照煙氣成分分類，可以分為單相流和雙相流余熱鍋爐；按照煙氣成分分類，可以分為無機物煙氣余熱鍋爐、有機物煙氣余熱鍋爐和混合煙氣余熱鍋爐；按照結構形式分類，可以分為兩種類型：一種是直接布置在鍋爐房內，另一種是布置在鍋爐房外。由于目前余熱鍋爐的設計技術還不夠成熟，所以工程設計中多采用第一種類型。

2 余熱鍋爐設計案例分析

某電廠2×600MW機組，每臺機組配置兩臺鍋爐，其中一臺為循環流化床鍋爐，另一臺為汽輪發電機爐，其中汽輪機采用美國GE公司的亞臨界參數、凝汽式汽輪機。該電廠的煙氣溫度高達600℃，在正常運行時產生的蒸汽約占總用氣量的60%，發電過程中產生的煙氣溫度為900~1000℃，可以通過余熱鍋爐回收利用。該電廠1號機余熱鍋爐采用中壓蒸汽過熱器和省煤器，該鍋爐還設有汽輪機抽氣加熱器。2號機余熱鍋爐采用低壓過熱器和省煤器，其中低壓過熱器主要由雙級省煤器管組成，而省煤器則由二級省煤器構成。2號機余熱鍋爐的煙氣流程如圖1所示。該電廠的余熱利用系統采用多級串聯形式，利用兩臺余熱鍋爐將煙氣中的顯熱和潛熱進行回收利用，不僅能夠減少發電過程中產生的熱量損失，還能減少排放出的氮氧化物、二氧化硫等有害氣體。

表1 初始熱力參數

圖1 余熱鍋爐的煙氣流程

這個表格中包含了以下主要初始熱力參數：①鍋爐設計效率：這是指鍋爐輸出的熱量占輸入燃料總能量的比例。鍋爐的設計效率因燃料類型、鍋爐大小和設計等因素而異，一般來說，大型電站鍋爐的效率可以達到85%以上。②煙氣排放溫度：這是指鍋爐排出的煙氣溫度。根據鍋爐的燃燒情況和煙氣排放要求，煙氣排放溫度會有所不同。在這個表格中，假設煙氣排放溫度為200℃。③煙氣排放流量：這是指鍋爐每小時排出的煙氣體積。煙氣流量的大小與鍋爐的大小和燃燒效率有關，可以根據實際需求進行計算。在這個表格中，假設煙氣排放流量為50000Nm3/h。④煙氣低位熱值：這是指單位質量的煙氣在完全燃燒時所能釋放的最低熱量。煙氣低位熱值可以根據燃料類型和燃燒條件進行計算，對于不同的燃料和燃燒方式，煙氣的低位熱值會有所不同。在這個表格中，假設煙氣的低位熱值為2000kJ/Nm3。⑤余熱回收目標：這是指希望通過余熱利用系統回收的熱量占總排煙熱量的比例。在這個表格中，假設余熱回收目標為30%。⑥預期余熱利用效率：這是指余熱利用系統的預期效率。余熱利用系統的效率受到多種因素的影響，如換熱器的傳熱效率、制冷劑的選擇和冷凝器的性能等。在這個表格中，假設預期余熱利用效率為70%。

該方案的優點在于以下幾點：首先，能夠高效地利用鍋爐煙氣中的余熱，提高能源利用效率；其次，通過使用先進的制冷劑，能夠實現余熱的冷卻和再利用，降低能源浪費；最后，新型換熱器的設計能夠降低能量損失，減少對環境的影響。

3 效益分析

3.1 系統熱經濟性分析

通過鍋爐煙氣余熱利用系統，可以有效地提高能源利用效率，降低能源成本，減少環境污染。具體效果如下：①能耗降低：通過利用煙氣余熱，可以減少燃料的使用量，降低能源消耗。同時，由于能源利用效率的提高，可以降低能源成本，提高企業的競爭力。②環保效益：通過減少燃料的使用量，可以降低二氧化碳等溫室氣體的排放量，減少環境污染，提高環境質量。③經濟效益：通過降低能源成本和減少環境污染，可以提高企業的經濟效益和社會效益。④技術優勢：鍋爐煙氣余熱利用技術已經得到了廣泛的應用和推廣，具有成熟的技術優勢和可靠性保障。

3.2 系統技術經濟性分析

鍋爐煙氣余熱利用系統是一種能夠將鍋爐排放的煙氣中的余熱進行回收利用的技術，通過該系統的應用，可以有效地提高能源利用效率，降低能源成本，減少環境污染。在技術經濟性分析中，需要考慮系統的投資、運行和維護成本，以及其產生的經濟效益和社會效益等因素。

3.2.1 投資成本分析。鍋爐煙氣余熱利用系統的投資成本主要包括以下幾個部分。

（1）設備購置費：包括熱源、換熱器、散熱器、控制系統等設備的購置費用。

（2）安裝施工費：包括設備的安裝、調試、檢驗等費用。

（3）運行維護費：包括設備的運行電費、冷卻水或制冷劑的消耗費用、設備維護和檢修等費用。

（4）其他費用：包括技術咨詢、培訓等費用。

3.2.2 經濟效益分析。鍋爐煙氣余熱利用系統的經濟效益主要包括以下幾個方面。

（1）能源成本降低：通過利用煙氣余熱，可以減少燃料的使用量，降低能源消耗，從而降低能源成本。

（2）環保效益：通過減少燃料的使用量，可以降低二氧化碳等溫室氣體的排放量，減少環境污染，提高環境質量。

（3）設備壽命延長：通過利用余熱回收技術，可以降低設備的運行溫度和壓力，從而延長設備的使用壽命，降低維修和更換成本。

（4）生產效率提高：通過利用余熱回收技術，可以提高設備的運行效率，從而提高生產效率，降低生產成本。

通過余熱回收技術，可以降低能源成本5%到20%不等，同時還可以提高設備的運行效率和生產效率。

3.2.3 社會效益分析。鍋爐煙氣余熱利用系統的社會效益主要包括以下幾個方面。

（1）節能減排：通過利用余熱回收技術，可以減少能源的消耗和廢氣的排放量，有助于緩解能源緊張和環境污染問題。

（2）促進可持續發展：通過利用余熱回收技術，可以提高能源利用效率，促進可持續發展。

（3）增強企業競爭力：通過利用余熱回收技術，可以降低企業的能源成本和生產成本，提高企業的競爭力。

（4）改善民生：通過利用余熱回收技術，可以提高企業的經濟效益和社會效益，改善民生。

3.3 效果分析

通過提高設備的運行效率，成功提高了生產效率，降低了生產成本。

4 結論

通過對鍋爐煙氣余熱利用系統的經濟性分析，可以得出以下結論：①鍋爐煙氣余熱利用系統具有顯著的熱經濟性優勢，可以提高能源利用效率，降低能源成本，減少環境污染。②在實際應用中，需要根據具體情況對余熱利用系統進行調整和優化，以實現最佳地熱經濟性效果。③鍋爐煙氣余熱利用技術具有廣泛的應用前景和市場潛力，對于促進能源節約和環境保護具有重要意義。

隨著技術的不斷創新，鍋爐煙氣余熱回收技術在原有基礎上不斷進步，逐漸趨于成熟，技術水平不斷提高。將凝結水回收與煙氣余熱回收相結合的方式，不僅可以解決傳統凝結水回收裝置中存在的諸多問題，還可以充分利用鍋爐煙氣余熱資源，有效減少了鍋爐排煙熱損失，降低了機組能耗。由于我國燃煤發電企業中鍋爐煙氣余熱資源的利用現狀還比較落后，且應用方式較為單一，導致在實際工程中缺乏實際案例參考，設計方案存在一定的局限性。未來需要結合國內外研究現狀以及我國燃煤電廠實際情況，進一步探索和開發更多高效的余熱回收系統，實現鍋爐煙氣余熱資源的最大化利用。結合節能減排的要求和企業自身發展需求，選擇合理的余熱回收方案。