摘要:本文結合我院設計的一個煙氣余熱利用項目，對煙氣余熱利用技術需要關注的技術要點和節能效果進行了分析，進一步證明了火電廠煙氣余熱利用技術的可行性和良好的節能效果。同時結合火電廠的特點，對煙氣余熱利用技術在其他方向的應用進行了探討，希望能對推廣煙氣余熱利用技術有所幫助。

　　關鍵詞: 水電論文往哪里投稿,煙氣,余熱利用,節能,效益

　　1前言

　　特變電工新疆硅業有限公司2×350MW自備熱電站是我院設計的一座超臨界、直接空冷、燃煤供熱電站，該電站三大主機均為哈爾濱電氣集團生產。鍋爐在BMCR工況下蒸發量為1176t/h,熱效率為92.77%，排煙溫度為146℃(修正),排煙焓為1490.4kJ/kg，煙氣排放的熱功率為73.49MW,占到了鍋爐輸入熱量的8%，如果任其白白排放，則會造成驚人的浪費。該項目在初步設計階段，我院就決定在煙道上加裝煙氣換熱器，利用煙氣的余熱來加熱凝結水，以提高發電廠的熱效率。

　　2 煙氣余熱技術的利用

　　2.1 煙氣換熱器安裝位置的確定

　　該工程同步上脫硫脫硝裝置，煙氣流程為爐膛→鍋爐尾部煙道→脫硝裝置→空預器→煙道→除塵器→煙道→引風機→煙道→脫硫裝置→煙道→煙囪，煙氣換熱器一般安裝在電除塵器前或者引風機后，具體位置要根據電廠的實際情況來決定。

　　如果將煙氣換熱器安裝在電除塵器前，可以將鍋爐的排煙溫度降低30℃～40℃，煙溫的降低帶來煙氣體積的降低，這樣通過電除塵器的煙氣流速將下降，進而提高電除塵器效率，經測算，煙溫下降30℃，電除塵器的效率將會提高0.1%。根據GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》，燃煤電廠的煙塵排放限值為30mg/m3，對一些燃料灰分較高的電廠采用傳統的靜電除塵器難以達到新國標的要求的，可以考慮將煙氣換熱器安裝在電除塵器前，以提高電除塵器的效率。本工程的設計和校核煤種的收到基灰分Aar最大為3.28%，電除塵器效率為99.6%，電除塵器后的煙塵濃度可降到9.08mg/m3，完全可以達到新國標的煙塵排放要求，因此就沒必要將煙氣換熱器安裝在電除塵器前了。

　　本工程將煙氣換熱器安裝在引風機后的煙道上，安裝在此位置有兩點好處，一是與電除塵器前相比，可大大減少煙塵對煙氣換熱器的沖刷磨損和積灰，提高煙氣換熱器的使用壽命;二是可以利用引風機對煙氣的溫升效應來提高煙氣的可利用溫度。本工程引風機與脫硫增壓風機合并，同步上脫硝裝置，風機全壓為9.6kPa，經測算可使煙氣溫度提升12.5℃，可見引風機的溫升效應是不能被忽視的，其完全可以補償煙道及設備漏風所帶來的溫降。

　　2.2 煙氣換熱器后煙溫的確定

　　當煙道及設備的壁面溫度低于酸露點溫度時，就會在壁面形成H2SO4溶液，對煙道及設備產生嚴重的酸腐蝕，因此煙氣換熱器后煙溫的確定必須充分考慮酸露點。本工程煤質的部分數據如下表所示：

　　表一 煤質數據

　　Chart1 Coal quality data

　　項目符號單位設計煤種校核煤種1

　　全水分Mt%3034

　　空干基水份Mad%6.9311.7

　　干燥無灰基揮發分Vdaf%29.8830.33

　　收到基灰分Aar%3.282.99

　　收到基碳Car%53.8351.03

　　收到基氫Har%2.152.26

　　收到基氧Oar%9.858.87

　　收到基氮Nar%0.450.41

　　全硫St.ar%0.440.44

　　收到基低位發熱量Qar.netMJ/Kg18.6017.33

　　以燃煤成分為基準計算，設計和校核煤種的煙氣酸露點分別為97℃和100.5℃，該工程同步上SCR脫硝裝置，由于煙氣通過SCR脫硝裝置時因SCR催化作用而形成新的SO3轉化率，由此帶來的酸露點溫度增幅為4.5℃,因此設計和校核煤種煙氣酸露點溫度最后應分別為101.5℃和105℃。為了安全起見，煙氣換熱器后的溫度最好考慮5℃的余量，因此本工程最終將設計和校核煤種在煙氣換熱器后的溫度確定為106.5℃和110℃。

　　2.3 煙氣可利用的余熱分析

　　鍋爐在不同負荷下的排煙溫度不同，而且煙氣在到達煙氣換熱器前還要考慮漏風和引風機溫升的影響，下面我們以設計煤種為例，計算一下鍋爐在不同負荷下換熱器前的煙溫，如下表所示：

　　表二 換熱器前的煙溫

　　Chart2 Temperature of gas before H.E.

　　鍋爐負荷空預器后煙溫(℃)漏風修正 (℃)引風機溫升修正 (℃)換熱器前煙溫(℃)

　　BMCR146-712.5151.5

　　TRL144-712.4149.4

　　75%THA124-711.8128.8

　　50%THA113-711.5117.5

　　40%THA114-711.6118.6

　　從上表中我們可以看出，漏風和引風機的溫升對煙溫的影響很大，煙溫的計算必須充分考慮煙道設備漏風和引風機溫升的影響。需要說明的是，在鍋爐低負荷時的煙道漏風未作進一步修正，參照BMCR工況下的煙道漏風修正值，其誤差不影響工程應用。

　　得到了煙氣換熱器前后的煙溫后，我們可以進一步根據煤質數據，得到不同溫度下的煙氣焓，算出鍋爐在不同負荷下煙氣換熱器可釋放的熱功率，如下表所示：

　　表三 煙氣換熱器釋放的熱功率

　　Chart3 Heat quantity of H.E. of gas

　　鍋爐負荷計算耗煤量(t/h)換熱器前煙氣焓(kJ/kg)換熱器后煙氣焓(kJ/kg)換熱器的熱功率(MW)

　　BMCR177.81547.51080.223.1

　　TRL171.31525.41080.221.2

　　75%THA122.31311.91080.216.1

　　50%THA87.01195.21080.28.7

　　40%THA73.91206.51080.27.6

　　從表中可以看到，隨著鍋爐負荷降低，煙氣換熱器所釋放的熱功率是不斷下降的，當換熱器后的煙溫降到106.5℃時，就不能再利用煙氣余熱了，否則會由于腐蝕影響機組及設備的安全穩定運行。

　　2.4 煙氣余熱加熱凝結水的經濟性分析

　　本工程采用加熱汽機側凝結水的方式利用煙氣余熱，將軸封加熱器后的部分凝結水送往煙氣換熱器，經加熱后再由泵打到#7低加出口的凝結水母管，如下圖所示：

　　圖一 煙氣余熱加熱凝結水的系統圖

　　Chart1 System diagram about waste heat of flue gas heat condensate water

　　我們用凝汽法對煙氣余熱加熱凝結水的經濟性進行定量分析。凝汽法是一種新的電廠熱力系統計算方法，即可用于整體熱力系統計算，還可用于局部定量分析計算，具有概念清晰、主次分明、結果準確的特點。在不同負荷充分利用煙氣余熱加熱凝結水情況下，經計算發電機組的節能效果如下表所示：

　　表四 節能效果數據

　　Chart4 Energy saving effect data

　　機組負荷加熱凝結水量

　　(t/h)加熱前凝結

　　水溫(℃)加熱后凝結

　　水溫(℃)凝汽份額

　　變化值 汽機絕對內

　　效率變化值(%)發電煤耗降低

　　(g/kW·h)節煤量

　　(kg/h))

　　VWO370531060.028060.591.27494.6

　　TRL52072.51070.028090.360.83290.9

　　75%THA30053.599.40.030870.501.18308.4

　　50%THA20054.391.20.025140.210.5392.5

　　40%THA23054.482.50.027690.020.068

　　以機組年利用小時數6500小時計算，煙氣余熱利用技術一年可為電廠節約3000噸左右標準煤，節能效果還是比較顯著地。但從上表中我們也看到，鍋爐負荷越低，節能效果越不明顯。鍋爐在一定負荷下，煙氣換熱器所釋放的功率是一定的，但加熱的凝結水量可以是不同的，從理論上講，不同的凝汽份額其節能效果是不同的，我們以VWO工況為例，計算加熱不同凝結水量時的節能效果，如下表所示：

　　表五 在加熱不同凝結水量下的節能效果數據

　　Chart5 Energy saving effect data at heating diffrent condensate water quantity

　　加熱凝結水量

　　(t/h)加熱前凝結

　　水溫(℃)加熱后凝結

　　水溫(℃)凝汽份額

　　變化值 汽機絕對內

　　效率變化值(%)發電煤耗降低

　　(g/kW·h)節煤量

　　(kg/h))

　　30053118.30.027620.681.44563.0

　　32053114.30.027770.651.40544.3

　　370531060.028060.591.27494.6

　　4205399.80.028420.541.15447.4

　　4705394.80.028720.481.02397.8

　　6005385.80.029580.330.7271.6

　　從上表中我們可以看出，加熱的凝結水量越大，凝汽份額越高，節能效果越不明顯。主要是因為加熱凝結水量較大時，凝結水經煙氣換熱器的出水溫度就低，雖然#7低加抽汽消耗量減少了，減少的抽汽可以多做功，但犧牲了較高能級的6段抽汽，總得來說得不償失，整體的節能效果自然就下降了。可見，為了提高煙氣余熱的節能效果，必須調節好經煙氣換熱器加熱的凝結水量。

　　2.5 煙氣余熱利用要注意的其他問題

　　煙氣換熱器在設備招標時，必須要有耐腐蝕、防磨損和防積灰的措施。從材料選擇上，目前ND(09CrCuSb)鋼是性價比較合適的耐腐蝕材料。從換熱面管的選擇上，可以采用光管、熱管或螺旋肋片管，但從換熱效果、阻力、防積灰等來看，螺旋肋片管效果比光管、熱管都好。換熱面的表面要涂耐酸腐蝕的防腐層，為了防積灰在管排間應設置一定數量的吹灰器。煙氣換熱器應設計成可拆卸的連接方式，并設置水清洗裝置，便于鍋爐停運期間維護清洗。凝結水系統在設計時，要設置升壓泵，用以補償凝結水在煙氣換熱管路的壓頭損失。至煙氣換熱器的凝結水管路宜安裝調節閥，用以調節凝結水量，在充分利用煙氣余熱，避免煙道、設備腐蝕的前提下，盡量提高凝結水的加熱溫度，排擠更多的6段抽汽多做功，提高煙氣余熱利用的節能效果。

　　3 煙氣余熱利用在其他應用方向的探討

　　本工程用煙氣余熱來加熱部分凝結水，降低了發電煤耗，那火力發電廠的煙氣余熱還能不能用在其他地方呢?我們來探討一下。

　　3.1 給采暖供熱和制冷提供熱源

　　以本工程為例，單臺鍋爐在BMCR工況下可釋放23.1MW的熱功率，按照新疆地區的采暖熱指標55W/m2計算，兩臺爐共46.2MW的熱量可為84萬m2以上的民用建筑提供冬季采暖，按電廠供給熱企的價格10.5元/GJ計算，一個采暖季可給電廠帶來750多萬元的收入，真是“變廢為寶”了。夏季天氣炎熱時，利用煙氣余熱可將水加熱到75℃以上，可作為單效溴化鋰吸收式制冷機的熱源，單效溴化鋰吸收式制冷機的循環熱力系數按0.7計算，則可產生32.34MW的制冷量，完全可以滿足一定區域內的制冷需要，節約大量的高品質能量電能。

　　3.2 為一定區域提供生活熱水

　　隨著人們生活水平的提高，日常生活中需要大量的熱水來滿足洗浴等生活需要，而且生活熱水的需求量基本不隨季節變化，熱負荷常年穩定可靠。電站利用煙氣余熱將生活用水從20℃加熱到75℃，每小時可提供650t的熱水，即使按5元/t的價格來收取熱費，也比用戶用電熱水器和燃氣熱水器便宜一半以上，而且給電廠每年可帶來3250萬以上的收入，其經濟和社會效益非常可觀。該余熱利用方案已有成功的先例，最好找若干新建小區配套建設生活熱水供應設施，其經濟性和可行性都較好，而且有很好的社會效益。

　　3.3 對化學的生水進行加熱

　　在北方冬季化水專業生水的來水溫度較低，一般在5~10℃，如果溫度太低，將影響生水處理的效果。化水專業為了提高水處理的效果，以往用蒸汽將生水加熱到25℃以上，一般300MW等級的供熱電廠生水量在300t/h左右，如果考慮用煙氣余熱來加熱化學專業的生水。根據計算，一臺鍋爐的煙氣15℃的焓差所釋放的熱量就可將300t/h的生水由5℃加熱到27℃，可見煙氣余熱供生水加熱是綽綽有余。

　　3.4對暖風器進行加熱

　　在新疆這樣的寒冷地區，冬季為了防止鍋爐空預器的低溫腐蝕，一般冷一、二次風在進入空氣預熱器前要用暖風器進行加熱，一般鍋爐廠都要求將冷風加熱到20℃以上，以本文中的鍋爐為例，當地冬季采暖室外計算溫度為-14℃，如果將冷一、二次風加熱到鍋爐廠要求的溫度，則需要24.1t/h的蒸汽，在室外溫度-30℃，則需要35.5 t/h的蒸汽。如果利用煙氣的余熱，則可提供相當于31.5t/h的蒸汽釋放的熱量，按照新版的《火力發電廠燃燒系統設計計算技術規程》中的要求，煙氣余熱是完全可以滿足冬季加熱冷一、二次風的要求。

　　3.5 對煙氣余熱利用方案的綜合比較

　　從上面提到的幾種煙氣余熱利用的方向來看，都需要進行較大的設備、建筑等投資，因此為了提高煙氣利用的經濟價值，必須充分地利用煙氣的熱量。充分利用主要體現在兩方面，一是在煙氣溫降允許的范圍內充分利用煙氣余熱，二是要有足夠和穩定的長期熱負荷。下面針對新疆地區的特點，對煙氣余熱利用的幾個方向進行綜合分析比較，如下表所示：

　　表六 各種煙氣余熱利用方向的比較

　　Chart6 comparison of direction on utilizing residual heat energy of gas

　　煙氣余熱利用方向優點缺點

　　采暖供熱充分利用煙氣余熱，增加投資小，經濟效益好非采暖期沒有熱負荷

　　提供制冷熱源充分利用煙氣余熱夏季熱負荷小，采暖期沒有熱負荷，投資較大，維護復雜

　　提供生活熱水充分利用煙氣余熱，熱負荷穩定，經濟效益很好須有小區配套建設熱水管網

　　加熱凝結水較充分利用煙氣余熱，熱負荷穩定，經濟效益較好，系統簡單，易維護機組負荷對節能效果影響大，不適合常年承擔較低負荷的機組

　　加熱生水系統簡單，經濟效益一般冬季熱負荷小，夏季沒有熱負荷，而且需要二次換熱

　　暖風器加熱充分利用煙氣余熱，經濟效益較好夏季沒有熱負荷，設備大，在鍋爐房不好布置

　　從表中我們可以看出各種煙氣余熱利用都是各有利弊，在工程實踐中要從煙氣余熱利用的經濟性和可行性綜合考慮。為了追求經濟效益的最大化，在有熱負荷的前提下，煙氣余熱最好用來采暖供熱或供應熱水，其次是加熱凝結水，降低發電煤耗。至于電站采取哪種煙氣余熱利用的方案，應結合當地煤價、電價和熱負荷的實際情況來綜合確定。

　　4. 總結

　　本文結合我院設計的特變電工自備電站工程，利用煙氣余熱加熱凝結水，降低了發電煤耗，獲得了較明顯的經濟效益。2011年煙氣余熱利用技術已列入了國家節能推廣目錄，目前在火電行業的推廣比例<2%,其應用潛力還非常大，無論是新建電廠，還是老電廠，都可以根據自身實際情況來綜合考慮，選擇合適的煙氣余熱利用方式，變廢為寶，創造出更多的經濟和社會價值。

　　參考文獻：

　　[1]李勤道等. 熱力發電廠熱經濟性計算分析[M]. 中國電力出版社. 2008

　　[2]唐敬麟等. 除塵裝置系統及設備設計選用手冊[M]. 化學工業出版社. 2004