低碳經(jīng)濟下的電力系統(tǒng)鍋爐煙氣余熱回收方式探討

摘要：低碳經(jīng)濟強調(diào)的是資源的高效利用，而煙氣余熱回收利用系統(tǒng)作為提高機組效率，降低能耗的重要手段，目前已越來越廣泛的應用于大型火力發(fā)電機組，該系統(tǒng)技術(shù)難度低，風險小，只要根據(jù)電廠的具體特點，科學合理的進行規(guī)劃，就可以獲得可觀的收益。

1概述

電力系統(tǒng)的生產(chǎn)離不開電站鍋爐，而電站鍋爐的排煙溫度是鍋爐設計的重要指標，其影響著鍋爐的熱效率、鍋爐制造成本、鍋爐尾部受熱面的煙氣低溫腐蝕、煙氣結(jié)露引起的尾部受熱面堵灰、煙道阻力和引風機電功率消耗等，涉及到鍋爐的經(jīng)濟性和安全性。目前，全國范圍內(nèi)電站鍋爐排煙溫度超出設計值的較多，且降低排煙溫度受限于布置空間、低溫腐蝕、受熱面堵灰等因素。在節(jié)能減排政策日益嚴格的今天，電站鍋爐排煙余熱回收利用顯得尤為重要。

2不同煙氣余熱回收系統(tǒng)的特點

排煙的熱量損失嚴重影響著鍋爐的效率，同時也影響了機組效率，據(jù)測算，鍋爐排煙溫度每升高或降低1℃，鍋爐效率將降低或提高約0.05%。普通煙煤鍋爐的排煙溫度約為120～130℃，褐煤鍋爐的排煙溫度約為140～150℃。若將最終排煙溫度降低至100℃，則可提高鍋爐效率約12.5%，機組效率也將顯著提高。近年，煙氣余熱回收技術(shù)在電站鍋爐逐漸得到推廣使用，并已成為提高機組效率、降低能耗、減少污染物排放的手段之一。煙氣余熱回收系統(tǒng)就是在鍋爐尾部再設置一級或多級換熱器，利用排煙中的熱量加熱給水或取代其它加熱器等，以充分回收鍋爐排煙中的熱量，進一步提高效率，降低能耗。經(jīng)過幾年的發(fā)展，煙氣余熱回收系統(tǒng)已發(fā)展出多種方式?，F(xiàn)簡要分析如下。

2.1在預熱器下游裝設換熱器的方式

這種方式一般是運用假裝換熱器的方式，利用水或者空氣吸收煙氣熱量，回收利用。由于此處煙氣溫度已經(jīng)較低，為了保持一定的換熱溫差，被加熱的工質(zhì)通常為除氧器前的低溫給水、冷風或其它工業(yè)用水等。有些電廠利用該系統(tǒng)將排煙溫度降低到100℃以下，直接進入到脫硫塔。該系統(tǒng)的主要特點是換熱器裝設在空氣預熱器的下游，對空氣預熱器的換熱條件沒有影響，預熱器出口熱風溫度可保持不變。但由于煙氣溫度低，換熱器傳熱溫差小，換熱效率低，需要較大的換熱面積，通常采用鰭片管換熱器。另外，由于煙氣和工質(zhì)溫度均較低，換熱器管壁溫度較低，必須采用較好的防腐措施。

2.2在預熱器入口加裝高壓或低壓換熱器

我們將余熱利用的換熱器裝在空氣預熱器的入口處，這里煙氣溫度較高，通常用于加熱除氧器后的高壓給水，減少汽輪機抽汽，降低汽輪機熱耗；同時可以利用脫硝預熱器冷段搪瓷傳熱元件較強的抗腐蝕性能。但由于該系統(tǒng)降低了預熱器入口煙氣溫度，同時也降低了預熱器出口的熱風溫度，對制粉系統(tǒng)的運行及鍋爐的燃燒組織有一定影響。因此一般僅用于燃料著火穩(wěn)燃特性好，對熱風溫度要求不高的機組。如用于采用風扇磨制粉系統(tǒng)的高水分褐煤鍋爐，由于煤的著火特性好，制粉系統(tǒng)采用熱風+熱爐煙（冷爐煙）做干燥劑，對預熱器出口熱風的溫度要求不高。采用該系統(tǒng)后可有效降低預熱器入口煙氣溫度，從而降低預熱器出口煙氣溫度，達到回收煙氣熱量，降低排煙損失的目的。

2.3采用煙氣旁路方式

該方式是設置一個與預熱器平行的旁路煙道，在預熱器入口將煙氣一分為二，其中70～80%的煙氣通過預熱器，另外20～30%旁路，與布置在旁路煙道中的余熱利用換熱器進行換熱，在預熱器出口與主路煙氣混合。由于通過預熱器的煙氣量只有70～80%，而空氣量為100%，空氣對煙氣的冷卻能力增強，在保證預熱器出口空氣溫度不變的條件下可將預熱器出口煙氣溫度降低到較低的水平。而旁路煙氣的溫度高，溫差大，被加熱介質(zhì)選擇更加靈活，甚至可以布置兩級受熱面。

3電站鍋爐排煙余熱利用關(guān)鍵參數(shù)選取

3.1煙氣冷卻器布置位置

煙氣冷卻器布置位置的不同一方面影響整個系統(tǒng)的布置空間大小，另外一方面還影響鍋爐排煙余熱利用的效能。對于電站鍋爐而言，增加排煙余熱回收利用裝置基于空預器省煤器之間沒有布置受熱面的空間，所以排煙煙氣冷卻器只能布置在空預器下游某個位置。按照現(xiàn)階段電廠鍋爐的設計，煙氣冷卻器可布置在空預器與電除塵器之間、電除塵器與引風機之間、引風機與增壓風機之間、增壓風機與脫硫吸收塔（濕法脫硫）之間。

3.2低溫腐蝕酸露點及換熱器入口水溫確定

根據(jù)低溫腐蝕的機理，只要保證低溫受熱面金屬壁溫高出煙氣酸露點溫度10℃左右，就可以避免產(chǎn)生低溫腐蝕。但從酸露點溫度計算以及各級低壓加熱器進出口水溫度來看，要實現(xiàn)煙氣換熱器金屬壁溫高于10℃已沒有可能。根據(jù)已有工程經(jīng)驗，為了充分利用排煙余熱，較大幅度降低鍋爐排煙溫度，同時為了使煙氣換熱器受熱面不至于太大，煙氣換熱器器可以設計在低溫腐蝕下運行，但要保證腐蝕速度在可以接受的范圍內(nèi)。根據(jù)低溫腐蝕的機理和腐蝕與壁溫的關(guān)系，使金屬年腐蝕速度小于0.2mm。

3.3煙氣換熱器形式及阻力確定

鍋爐排煙余熱利用一般為改造項目，可利用空間較小，所以為獲得較小體積，煙氣換熱器大多采用鰭片管，但鰭片管的使用會帶來積灰的風險，給引風機或增壓風機帶來較大阻力，所以在采用鰭片管時要權(quán)衡換熱器體積與煙氣阻力之間的矛盾，合理選擇鰭片管節(jié)距，充分考慮引風機及脫硫增壓風機余量。

4實施鍋爐排煙余熱回收利用改造后對其他系統(tǒng)的影響

由于鍋爐排煙余熱利用大多為改造項目，所以或多或少對機組其他項目產(chǎn)生一些影響，下面就這些影響進行分析。

4.1對汽輪機排汽壓力的影響

由于凝汽器內(nèi)的飽和溫度決定了汽輪機排氣壓力的大小和凝汽器的真空度，所以通過增加機組循環(huán)水量，使得凝汽器的飽和溫度不變，凝汽器內(nèi)的真空度以及汽輪機排氣壓力將保持額定值，則汽輪機功率將不發(fā)生變化，但循環(huán)水量的增加導致循環(huán)水泵能耗增加，電耗上升。

4.2對引風機或增壓風機的影響

由于煙氣系統(tǒng)內(nèi)增加了煙氣換熱器阻力元件，所以對于引風機或增壓風機電耗會產(chǎn)生影響。風機電流的影響可按下式進行計算。

其中Q風機出口體積流量m3/s，△P風機管路壓力變化，η風機效率0.8，μ功率因數(shù)0.75，若煙氣換熱器布置在除塵器和引風機之間，煙氣阻力增加使得引風機電流增大，但引風機出口煙氣體積流量因煙溫的變化而變小，使引風機電流變小，在考慮煙氣換熱器效能時要綜合這兩方面考慮，該方法對于增壓風機同樣適用。

4.3對凝結(jié)水泵的影響

運用加熱低壓給水技術(shù)進行鍋爐排煙余熱回收利用改造后，機組回熱系統(tǒng)將減少汽機抽汽量，增加凝結(jié)水流量從而增加凝結(jié)水泵能耗。

4.4對送風機影響

運用鍋爐排煙余熱加熱空氣技術(shù)方案增加了送風側(cè)阻力，計算排煙余熱回收效能時應扣除這部分阻力的影響。

4.5對濕法脫硫工藝水耗量的影響

運用鍋爐排煙余熱回收利用技術(shù)后大幅降低了進入濕法脫硫吸收塔內(nèi)煙氣溫度，這樣使得脫硫系統(tǒng)內(nèi)水分的蒸發(fā)減小了許多，相應的減少了濕法脫硫系統(tǒng)工藝水耗量，根據(jù)測算，一般進行鍋爐排煙余熱回收利用技術(shù)后可降低脫硫工藝水耗量約40t/h。

4.6鍋爐排煙余熱回收利用效能分析

鍋爐排煙余熱回收利用效能分析主要應考慮系統(tǒng)利用的熱量、由煙氣換熱器阻力帶來的各風機能耗增加、汽機真空的變化、凝結(jié)水泵能耗的變化、脫硫工藝水耗量變化等。