燃煤火力發(fā)電廠煙氣余熱回收利用技術(shù)總結(jié)(附噴淋吸收式煙氣余熱回收利用技術(shù))

　　摘要：對燃煤火力發(fā)電機組而言，排煙熱損失是鍋爐熱效率的重要影響因素。文章對目前主要的煙氣余熱回收技術(shù)進行論述，包括：低溫省煤器技術(shù)、低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)、前置式液相介質(zhì)空預(yù)器與低溫省煤器組合技術(shù)、新型電站鍋爐余熱利用綜合優(yōu)化技術(shù)，探討分析了各類煙氣余熱回收技術(shù)的技術(shù)原理及優(yōu)缺點，為火力發(fā)電廠煙氣余熱回收技術(shù)的選擇提供參考依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；排煙熱損失；煙氣余熱回收技術(shù)

　　前言

　　在火力發(fā)電機組中，鍋爐效率是機組經(jīng)濟性運行的重要指標(biāo)，而在各類鍋爐熱損失中，排煙熱損失占鍋爐總的熱損失一半以上[1]。研究結(jié)果表明：排煙溫度每上升30℃，鍋爐效率降低1%，機組標(biāo)煤耗上升3g/(kW˙h)[2]?，F(xiàn)役機組的排煙溫度設(shè)計值約為130℃左右，但由于燃煤條件及電廠運行水平等問題，排煙溫度實際值普遍在150℃左右。較高的排煙溫度會導(dǎo)致鍋爐效率降低，機組年平均煤耗上升，并造成煙塵污染物排放量增加，影響機組的經(jīng)濟性運行和污染物排放指標(biāo)。因此，如何有效地對排煙余熱進行回收利用，成為目前各火力發(fā)電機組亟待解決的問題。

　　目前，實現(xiàn)煙氣余熱回收利用的方式主要有：煙氣余熱加熱機組回?zé)嵯到y(tǒng)的凝結(jié)水，加熱熱網(wǎng)水，加熱鍋爐的一次風(fēng)、二次風(fēng)。相應(yīng)的煙氣余熱回收技術(shù)有：低溫省煤器技術(shù)，低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)，前置式液相介質(zhì)空預(yù)器與低溫省煤器組合技術(shù)，新型電站鍋爐余熱利用綜合優(yōu)化技術(shù)[3-8]。本文將對以上四種技術(shù)的原理及優(yōu)缺點進行對比介紹，為火力發(fā)電廠選擇煙氣余熱利用技術(shù)的選擇提供參考。

　　1.低溫省煤器技術(shù)

　　低溫省煤器技術(shù)是通過煙氣余熱來加熱低加回?zé)嵯到y(tǒng)的凝結(jié)水，將鍋爐的排煙溫度降低至合適值。煙氣余熱通過回?zé)嵯到y(tǒng)的凝結(jié)水回收熱量來排擠下一級低加的汽輪機抽汽，使抽汽回到汽輪機繼續(xù)做功，增大汽機的做功功率，從而降低機組發(fā)電標(biāo)煤耗[3,9-11]。而對采暖供熱機組，在供熱時期可將回收的熱量用于加熱熱網(wǎng)水，節(jié)能效果更顯著。

　　低溫省煤器根據(jù)其布置位置的不同，可分為以下兩種情況：

　　a）低溫省煤器布置于空預(yù)器與除塵器之間。該布置方式在回收煙氣余熱的同時，減小飛灰比電阻，提高除塵器的效率，減少粉塵等污染物的排放。而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工程量較小，投資少；但為了保證低溫省煤器及下游設(shè)備不受到低溫酸腐蝕，必須控制換熱器的運行溫度，使換熱器出口煙氣溫度高于酸露點，因此無法實現(xiàn)煙氣余熱的充分回收。

　　b）低溫省煤器布置于引風(fēng)機與脫硫塔之間。該布置方式避免了除塵器、引風(fēng)機等設(shè)備的低溫腐蝕問題，可將煙氣溫度降至較低水平，可以實現(xiàn)煙氣余熱最大程度上的回收，并減少了脫硫系統(tǒng)減溫水的補水量，具有一定的節(jié)水效果。但由于煙氣溫度降至較低值，帶來了低溫省煤器及煙道的低溫酸腐蝕問題，而且存在著改造空間受限的問題。針對以上問題，陳俊祿[12]提出了一種電站鍋爐極低溫?zé)煔庥酂嵩儆醚b置，該裝置換熱器材質(zhì)為氟塑料材料，可有效避免換熱器的低溫腐蝕、積灰等問題，可有效實現(xiàn)煙氣余熱最大程度的回收利用。

　　2.低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)

　　低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)，該系統(tǒng)由第一級熱回收器與第二級再加熱器組成。其中，第一級布置在空預(yù)器和電除塵器之間的煙道上，第二級則布置在脫硫塔與煙囪之間的煙道上[13-14]。通過熱媒水的閉式循環(huán)，第一級熱回收器將除塵器入口煙氣溫度從120~130℃降到90℃左右；第二級再加熱器則利用第一級熱回收器回收的熱量將脫硫塔出口的煙氣溫度升高至80℃左右。

　　低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)具有以下特點：

　?。?）降低廠用電耗，降低設(shè)備運行費用。低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)降低了煙氣溫度，煙氣體積流量減小，降低了風(fēng)機等設(shè)備的電耗，設(shè)備運行費用降低。

　?。?）降低除塵器入口溫度至，降低粉塵比電阻，可有效提高電除塵器的除塵效率[15]；升高脫硫塔后煙氣溫度，可有效改善脫硫塔后的煙道及煙囪的低溫腐蝕問題，并擺脫白煙囪等視覺污染問題。

　?。?）可有效利用回收的煙氣余熱，回收的熱量除用于加熱脫硫塔出口的煙氣外，還可用于加熱回?zé)嵯到y(tǒng)的低加凝結(jié)水、采暖供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)水。

　?。?）由于排煙溫度降低，粉塵比電阻等參數(shù)發(fā)生變化，因此必須重新對電除塵器進行優(yōu)化設(shè)計。因此，該技術(shù)方案的工程量較大，初期投資也較高。

　　3.前置式液相介質(zhì)空預(yù)器與低溫省煤器組合系統(tǒng)

　　前置式液相介質(zhì)空預(yù)器與低溫省煤器組合系統(tǒng)如圖2所示[5,16]。該系統(tǒng)的中間熱媒介質(zhì)通常為閉式循環(huán)水。系統(tǒng)以前置式空預(yù)器方式運行時，主凝結(jié)水管路的出、回水閥門關(guān)閉，通過空預(yù)器進風(fēng)回收煙氣余熱；以低溫省煤器方式運行時，關(guān)閉前置式空預(yù)器受熱面水側(cè)進、出口閥門，通過凝結(jié)水回收尾部煙氣余熱，排擠下一級低加抽汽，進入汽輪機做功，提高做功量，提高全廠熱效率。

　　以前置式空預(yù)器方式運行時，取代了原有的蒸汽暖風(fēng)器設(shè)備，防止了空預(yù)器出現(xiàn)腐蝕、積灰的問題，保證了空預(yù)器的安全穩(wěn)定運行，并節(jié)省了蒸汽暖風(fēng)器的抽汽，提高了全廠熱效率。

　　在不需要對空預(yù)器進風(fēng)加熱時，系統(tǒng)以低溫省煤器方式運行，選取合適的低溫省煤器進水溫度，保證換熱器的最低壁溫高于酸露點溫度，確保系統(tǒng)運行的安全性。但該運行方式存在著換熱器泄漏影響機組安全穩(wěn)定運行的問題。

　　常海青等人[17]對以上系統(tǒng)做出了改進，提出了一種電廠鍋爐煙氣余熱的深度回收利用及減排系統(tǒng)，其系統(tǒng)圖如圖3所示。該系統(tǒng)包含三級換熱器，第一、第二級換熱器布置在空預(yù)器和除塵器之間，第三級換熱器布置在增壓風(fēng)機和脫硫塔之間；第一級換熱器回收的煙氣余熱用于加熱凝結(jié)水，第二、第三級換熱器回收的煙氣余熱作為暖風(fēng)器的熱源，用于加熱進入空預(yù)器的空氣。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)低溫省煤器無法深度回收煙氣余熱的缺陷，可以實現(xiàn)深度回收煙氣余熱和降低粉塵排放濃度的目的，并具有一定的節(jié)水作用。該技術(shù)目前已在國電福州電廠#2機組成功應(yīng)用，節(jié)能效果顯著，西安熱工院提供的性能試驗結(jié)果表明，系統(tǒng)投運后，節(jié)約標(biāo)煤耗4.9g/(kwZh)。

　　4.新型電站鍋爐余熱利用綜合優(yōu)化系統(tǒng)

　　新型電站鍋爐余熱利用綜合優(yōu)化系統(tǒng)如圖4所示[1,18-19]。該系統(tǒng)即為圖4中的虛線部分，煙氣-空氣換熱系統(tǒng)分高溫段和低溫段兩級布置，中間布置一級低溫省煤器。省煤器后的煙氣在經(jīng)過高溫空預(yù)器后，進入低溫省煤器進行換熱，加熱機組回?zé)嵯到y(tǒng)的低加凝結(jié)水；經(jīng)過低溫省煤器換熱后的煙氣，在經(jīng)過除塵設(shè)備后進入低溫空預(yù)器進行換熱。

　　兩級空預(yù)器為串聯(lián)布置方式，常溫的空氣依次經(jīng)過低溫空預(yù)器和高溫空預(yù)器，加熱到機組所需的熱風(fēng)溫度，完成空氣的預(yù)熱。在該優(yōu)化系統(tǒng)中，考慮了煙氣-空氣換熱系統(tǒng)，對鍋爐尾部受熱面的煙氣、空氣、凝結(jié)水三者進行全局性優(yōu)化，使鍋爐尾部煙氣余熱利用最大化，增大了機組余熱利用的節(jié)能效果。

　　該優(yōu)化系統(tǒng)具有以下特點：

　　1）低溫省煤器布置在兩級空預(yù)器之間，與凝結(jié)水進行換熱的煙氣溫度較高，可使用溫度較高的凝結(jié)水對煙氣余熱進行回收，節(jié)省更高等級的汽機抽汽，汽機效率明顯提高，節(jié)約標(biāo)煤量更高；而且由于煙氣側(cè)溫度較高，低溫省煤器運行溫度較高，不存在換熱器的低溫腐蝕問題。

　　2）該優(yōu)化系統(tǒng)中，空氣與煙氣分兩級進行換熱，傳熱溫差降低，減少了空預(yù)器的傳熱?損失，提升了空預(yù)器的能量利用效率。

　　但該系統(tǒng)需要對空預(yù)器及低溫省煤器進行優(yōu)化設(shè)計，對機組的改造量較大，需要的改造空間較大，投資較高。

　　5.結(jié)論

　　由于國內(nèi)的燃煤條件復(fù)雜，煤質(zhì)的穩(wěn)定性較差，而且在役機組存在改造空間有限等問題。因此，對于需要進行尾部煙氣余熱回收的現(xiàn)役機組，可以采用低溫省煤器、低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)或前置式空預(yù)器與低溫省煤器的組合系統(tǒng)對煙氣余熱進行回收，但必須綜合考慮燃煤質(zhì)量、電廠運行水平、改造空間、改造工程量、投資及收益等因素。

　　而對新建機組，則可采用低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)、前置式空預(yù)器與低溫省煤器的組合系統(tǒng)或新型電站鍋爐余熱利用綜合優(yōu)化系統(tǒng)。在機組的設(shè)計階段，綜合考慮燃煤條件、換熱器的運行參數(shù)、投資與收益等因素，在實現(xiàn)煙氣余熱回收的同時，提高機組的熱效率，減少粉塵、SOX等污染物的排放。

　　噴淋吸收式煙氣余熱回收利用技術(shù)

　　1技術(shù)名稱：噴淋吸收式煙氣余熱回收利用技術(shù)

　　2技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍：建筑領(lǐng)域供熱行業(yè)，針對燃?xì)忮仩t、燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)、燃?xì)鉄犭娎渎?lián)供系統(tǒng)煙氣余熱回收。

　　3與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀：

　　目前，我國供熱領(lǐng)域的天然氣供熱方式包括燃?xì)忮仩t、燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)、燃?xì)鉄犭娎渎?lián)供三種方式，其中最主要的是燃?xì)忮仩t和燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)，燃?xì)忮仩t供熱能耗約31.7Nm3天然氣/GJ，燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)約11.4Nm3/GJ，對應(yīng)單位GJ供熱量的CO2排放量為22-61kg/GJ。燃?xì)忮仩t的排煙溫度普遍在100℃左右，排煙熱損失約占總能耗的15%左右。

　　4技術(shù)內(nèi)容：

　　1.技術(shù)原理

　　采用直接接觸式換熱與吸收式熱泵相結(jié)合的方式對天然氣煙氣余熱進行深度回收利用的新工藝。利用天然氣燃燒過程中的不可逆損失，增設(shè)吸收式熱泵與直接接觸式煙氣冷凝換熱器(煙氣換熱塔)，以天然氣為驅(qū)動能源，驅(qū)動吸收式熱泵產(chǎn)生冷介質(zhì)，該冷介質(zhì)與煙氣在噴淋式直接接觸式換熱裝置中換熱，冷介質(zhì)溫度升高后送入吸收式熱泵中放熱。直接接觸式換熱方式極大地增加了氣-液兩相接觸面積，能夠快速完成傳熱和傳質(zhì)，煙氣和水在很小溫差下即可實現(xiàn)穩(wěn)定接觸換熱,無需金屬換熱面，降低了煙氣側(cè)阻力，減小了換熱器的體積，大幅度降低了換熱器成本。煙氣的排煙溫度最低可達20℃以下。同時，通過深度回收冷凝熱，使冷凝水回收再利用成為可能，減少了廢氣中NOx等污染物排放。

　　2.關(guān)鍵技術(shù)

　　(1)大功率直接接觸式煙氣冷凝換熱器的設(shè)計和制造;

　　(2)專用吸收式熱泵的流程優(yōu)化、設(shè)計和制造;

　　(3)噴淋吸收式煙氣全熱回收利用系統(tǒng)的集成與優(yōu)化運行。

　　3.工藝流程

　　燃?xì)忮仩t房中的應(yīng)用為例，在燃?xì)忮仩t房增設(shè)專用吸收式熱泵與直接接觸式煙氣冷凝換熱器，吸收式熱泵以天然氣為驅(qū)動能源，驅(qū)動吸收式熱泵產(chǎn)生冷介質(zhì)，該冷介質(zhì)與煙氣在煙氣冷凝換熱器中換熱，換熱過程采用噴淋式直接接觸式換熱裝置，使系統(tǒng)排煙降溫至露點溫度以下，煙氣中的水蒸汽凝結(jié)放熱，達到回收煙氣余熱及水分的目的，熱網(wǎng)回水首先進入吸收式熱泵中被加熱，然后進入燃?xì)忮仩t加熱至設(shè)計溫度后送出，完成熱網(wǎng)水的加熱過程。燃?xì)忮仩t的排煙從與吸收式熱泵的排煙混合后進入煙氣冷凝換熱器中，系統(tǒng)排煙溫度降低到20℃以下后送回?zé)焽柚信欧胖链髿?。噴淋吸收式煙氣余熱回收系統(tǒng)流程圖見圖1。

　　(注：在燃?xì)怆姀S中應(yīng)用時，可利用燃?xì)鉄犭姀S的抽汽作為專用吸收式熱泵的驅(qū)動熱源;在燃?xì)鉄犭娎渎?lián)供系統(tǒng)中應(yīng)用時，可利用發(fā)電機排出的高溫?zé)煔庾鳛闊岜玫尿?qū)動熱源。)

　　5主要技術(shù)指標(biāo)：

　　1.在避免了露點腐蝕的情況下，燃?xì)忮仩t的排煙溫度可達20-30℃。

　　2.燃?xì)忮仩t房可節(jié)能10%-15%;在燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)及熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中，供熱節(jié)能20%-26%。

本文鏈接：http://www.xybxrc.cn/post/41.html

轉(zhuǎn)載聲明：本站發(fā)布文章及版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載本站文章請注明文章來源！