低碳經(jīng)濟(jì)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(jì)強(qiáng)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(jī)組效率，降低能耗的重要手段，目前已越來越廣泛的應(yīng)用于大型火力發(fā)電機(jī)組，該系統(tǒng)技術(shù)難度低，風(fēng)險(xiǎn)小，只要根據(jù)電廠的具體特點(diǎn)，科學(xué)合理的進(jìn)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(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，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(fēng)機(jī)電功率消耗等，涉及到鍋爐的經(jīng)濟(jì)性和安全性。目前，全國范圍內(nèi)電站鍋爐排煙溫度超出設(shè)計(jì)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(yán)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(diǎn)

排煙的熱量損失嚴(yán)重影響著鍋爐的效率，同時(shí)也影響了機(jī)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(jī)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(jī)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(shè)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(jìn)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(yù)熱器下游裝設(shè)換熱器的方式

這種方式一般是運(yùn)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(fēng)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(jìn)入到脫硫塔。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是換熱器裝設(shè)在空氣預(yù)熱器的下游，對空氣預(yù)熱器的換熱條件沒有影響，預(yù)熱器出口熱風(fēng)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(yù)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(yù)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(jī)抽汽，降低汽輪機(jī)熱耗；同時(shí)可以利用脫硝預(yù)熱器冷段搪瓷傳熱元件較強(qiáng)的抗腐蝕性能。但由于該系統(tǒng)降低了預(yù)熱器入口煙氣溫度，同時(shí)也降低了預(yù)熱器出口的熱風(fēng)溫度，對制粉系統(tǒng)的運(yùn)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(fēng)溫度要求不高的機(jī)組。如用于采用風(fēng)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(fēng)+熱爐煙（冷爐煙）做干燥劑，對預(yù)熱器出口熱風(fēng)的溫度要求不高。采用該系統(tǒng)后可有效降低預(yù)熱器入口煙氣溫度，從而降低預(yù)熱器出口煙氣溫度，達(dá)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(shè)置一個(gè)與預(yù)熱器平行的旁路煙道，在預(yù)熱器入口將煙氣一分為二，其中70～80%的煙氣通過預(yù)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(jìn)行換熱，在預(yù)熱器出口與主路煙氣混合。由于通過預(yù)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(qiáng)，在保證預(yù)熱器出口空氣溫度不變的條件下可將預(yù)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(gè)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(yù)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(yù)器下游某個(gè)位置。按照現(xiàn)階段電廠鍋爐的設(shè)計(jì)，煙氣冷卻器可布置在空預(yù)器與電除塵器之間、電除塵器與引風(fēng)機(jī)之間、引風(fēng)機(jī)與增壓風(fēng)機(jī)之間、增壓風(fēng)機(jī)與脫硫吸收塔（濕法脫硫）之間。

3.2低溫腐蝕酸露點(diǎn)及換熱器入口水溫確定

根據(jù)低溫腐蝕的機(jī)理，只要保證低溫受熱面金屬壁溫高出煙氣酸露點(diǎn)溫度10℃左右，就可以避免產(chǎn)生低溫腐蝕。但從酸露點(diǎn)溫度計(jì)算以及各級低壓加熱器進(jìn)出口水溫度來看，要實(shí)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(yàn)，為了充分利用排煙余熱，較大幅度降低鍋爐排煙溫度，同時(shí)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(shè)計(jì)在低溫腐蝕下運(yùn)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(jī)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(xiàng)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(fēng)險(xiǎn)，給引風(fēng)機(jī)或增壓風(fēng)機(jī)帶來較大阻力，所以在采用鰭片管時(shí)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(fēng)機(jī)及脫硫增壓風(fēng)機(jī)余量。

4實(shí)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(xiàng)目，所以或多或少對機(jī)組其他項(xiàng)目產(chǎn)生一些影響，下面就這些影響進(jìn)行分析。

4.1對汽輪機(jī)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(jī)排氣壓力的大小和凝汽器的真空度，所以通過增加機(jī)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(jī)排氣壓力將保持額定值，則汽輪機(jī)功率將不發(fā)生變化，但循環(huán)水量的增加導(dǎo)致循環(huán)水泵能耗增加，電耗上升。

4.2對引風(fēng)機(jī)或增壓風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)或增壓風(fēng)機(jī)電耗會產(chǎn)生影響。風(fēng)機(jī)電流的影響可按下式進(jìn)行計(jì)算。

其中Q風(fēng)機(jī)出口體積流量m3/s，△P風(fēng)機(jī)管路壓力變化，η風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)之間，煙氣阻力增加使得引風(fēng)機(jī)電流增大，但引風(fēng)機(jī)出口煙氣體積流量因煙溫的變化而變小，使引風(fēng)機(jī)電流變小，在考慮煙氣換熱器效能時(shí)要綜合這兩方面考慮，該方法對于增壓風(fēng)機(jī)同樣適用。

4.3對凝結(jié)水泵的影響

運(yùn)用加熱低壓給水技術(shù)進(jìn)行鍋爐排煙余熱回收利用改造后，機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)將減少汽機(jī)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(fēng)機(jī)影響

運(yùn)用鍋爐排煙余熱加熱空氣技術(shù)方案增加了送風(fēng)側(cè)阻力，計(jì)算排煙余熱回收效能時(shí)應(yīng)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(yùn)用鍋爐排煙余熱回收利用技術(shù)后大幅降低了進(jìn)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(yīng)的減少了濕法脫硫系統(tǒng)工藝水耗量，根據(jù)測算，一般進(jìn)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(yīng)考慮系統(tǒng)利用的熱量、由煙氣換熱器阻力帶來的各風(fēng)機(jī)能耗增加、汽機(jī)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。