摘要:本文結(jié)合我院設(shè)計(jì)的一個煙氣余熱利用項(xiàng)目，對煙氣余熱利用技術(shù)需要關(guān)注的技術(shù)要點(diǎn)和節(jié)能效果進(jìn)行了分析，進(jìn)一步證明了火電廠煙氣余熱利用技術(shù)的可行性和良好的節(jié)能效果。同時結(jié)合火電廠的特點(diǎn)，對煙氣余熱利用技術(shù)在其他方向的應(yīng)用進(jìn)行了探討，希望能對推廣煙氣余熱利用技術(shù)有所幫助。

　　關(guān)鍵詞: 水電論文往哪里投稿,煙氣,余熱利用,節(jié)能,效益

　　1前言

　　特變電工新疆硅業(yè)有限公司2×350MW自備熱電站是我院設(shè)計(jì)的一座超臨界、直接空冷、燃煤供熱電站，該電站三大主機(jī)均為哈爾濱電氣集團(tuán)生產(chǎn)。鍋爐在BMCR工況下蒸發(fā)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(fèi)。該項(xiàng)目在初步設(shè)計(jì)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(jié)水，以提高發(fā)電廠的熱效率。

　　2 煙氣余熱技術(shù)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(yù)器→煙道→除塵器→煙道→引風(fēng)機(jī)→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(fēng)機(jī)后，具體位置要根據(jù)電廠的實(shí)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(jìn)而提高電除塵器效率，經(jīng)測算，煙溫下降30℃，電除塵器的效率將會提高0.1%。根據(jù)GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，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(tǒng)的靜電除塵器難以達(dá)到新國標(biāo)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(shè)計(jì)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(dá)到新國標(biāo)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(fēng)機(jī)后的煙道上，安裝在此位置有兩點(diǎn)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(fēng)機(jī)對煙氣的溫升效應(yīng)來提高煙氣的可利用溫度。本工程引風(fēng)機(jī)與脫硫增壓風(fēng)機(jī)合并，同步上脫硝裝置，風(fēng)機(jī)全壓為9.6kPa，經(jīng)測算可使煙氣溫度提升12.5℃，可見引風(fēng)機(jī)的溫升效應(yīng)是不能被忽視的，其完全可以補(bǔ)償煙道及設(shè)備漏風(fēng)所帶來的溫降。

　　2.2 煙氣換熱器后煙溫的確定

　　當(dāng)煙道及設(shè)備的壁面溫度低于酸露點(diǎn)溫度時，就會在壁面形成H2SO4溶液，對煙道及設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)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(diǎn)。本工程煤質(zhì)的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表所示：

　　表一 煤質(zhì)數(shù)據(jù)

　　Chart1 Coal quality data

　　項(xiàng)目符號單位設(shè)計(jì)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(fā)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(fā)熱量Qar.netMJ/Kg18.6017.33

　　以燃煤成分為基準(zhǔn)計(jì)算，設(shè)計(jì)和校核煤種的煙氣酸露點(diǎn)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(zhuǎn)化率，由此帶來的酸露點(diǎn)溫度增幅為4.5℃,因此設(shè)計(jì)和校核煤種煙氣酸露點(diǎn)溫度最后應(yīng)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(shè)計(jì)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(fù)荷下的排煙溫度不同，而且煙氣在到達(dá)煙氣換熱器前還要考慮漏風(fēng)和引風(fēng)機(jī)溫升的影響，下面我們以設(shè)計(jì)煤種為例，計(jì)算一下鍋爐在不同負(fù)荷下?lián)Q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(fù)荷空預(yù)器后煙溫(℃)漏風(fēng)修正 (℃)引風(fēng)機(jī)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(fēng)和引風(fēng)機(jī)的溫升對煙溫的影響很大，煙溫的計(jì)算必須充分考慮煙道設(shè)備漏風(fēng)和引風(fēng)機(jī)溫升的影響。需要說明的是，在鍋爐低負(fù)荷時的煙道漏風(fēng)未作進(jìn)一步修正，參照BMCR工況下的煙道漏風(fēng)修正值，其誤差不影響工程應(yīng)用。

　　得到了煙氣換熱器前后的煙溫后，我們可以進(jìn)一步根據(jù)煤質(zhì)數(shù)據(jù)，得到不同溫度下的煙氣焓，算出鍋爐在不同負(fù)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(fù)荷計(jì)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(fù)荷降低，煙氣換熱器所釋放的熱功率是不斷下降的，當(dāng)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(jī)組及設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　2.4 煙氣余熱加熱凝結(jié)水的經(jīng)濟(jì)性分析

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

　　圖一 煙氣余熱加熱凝結(jié)水的系統(tǒng)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(jié)水的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行定量分析。凝汽法是一種新的電廠熱力系統(tǒng)計(jì)算方法，即可用于整體熱力系統(tǒng)計(jì)算，還可用于局部定量分析計(jì)算，具有概念清晰、主次分明、結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)。在不同負(fù)荷充分利用煙氣余熱加熱凝結(jié)水情況下，經(jīng)計(jì)算發(fā)電機(jī)組的節(jié)能效果如下表所示：

　　表四 節(jié)能效果數(shù)據(jù)

　　Chart4 Energy saving effect data

　　機(jī)組負(fù)荷加熱凝結(jié)水量

　　(t/h)加熱前凝結(jié)

　　水溫(℃)加熱后凝結(jié)

　　水溫(℃)凝汽份額

　　變化值 汽機(jī)絕對內(nèi)

　　效率變化值(%)發(fā)電煤耗降低

　　(g/kW·h)節(jié)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(jī)組年利用小時數(shù)6500小時計(jì)算，煙氣余熱利用技術(shù)一年可為電廠節(jié)約3000噸左右標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)能效果還是比較顯著地。但從上表中我們也看到，鍋爐負(fù)荷越低，節(jié)能效果越不明顯。鍋爐在一定負(fù)荷下，煙氣換熱器所釋放的功率是一定的，但加熱的凝結(jié)水量可以是不同的，從理論上講，不同的凝汽份額其節(jié)能效果是不同的，我們以VWO工況為例，計(jì)算加熱不同凝結(jié)水量時的節(jié)能效果，如下表所示：

　　表五 在加熱不同凝結(jié)水量下的節(jié)能效果數(shù)據(jù)

　　Chart5 Energy saving effect data at heating diffrent condensate water quantity

　　加熱凝結(jié)水量

　　(t/h)加熱前凝結(jié)

　　水溫(℃)加熱后凝結(jié)

　　水溫(℃)凝汽份額

　　變化值 汽機(jī)絕對內(nèi)

　　效率變化值(%)發(fā)電煤耗降低

　　(g/kW·h)節(jié)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(jié)水量越大，凝汽份額越高，節(jié)能效果越不明顯。主要是因?yàn)榧訜崮�結(jié)水量較大時，凝結(jié)水經(jīng)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(jié)能效果自然就下降了。可見，為了提高煙氣余熱的節(jié)能效果，必須調(diào)節(jié)好經(jīng)煙氣換熱器加熱的凝結(jié)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(shè)備招標(biāo)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(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的吹灰器。煙氣換熱器應(yīng)設(shè)計(jì)成可拆卸的連接方式，并設(shè)置水清洗裝置，便于鍋爐停運(yùn)期間維護(hù)清洗。凝結(jié)水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時，要設(shè)置升壓泵，用以補(bǔ)償凝結(jié)水在煙氣換熱管路的壓頭損失。至煙氣換熱器的凝結(jié)水管路宜安裝調(diào)節(jié)閥，用以調(diào)節(jié)凝結(jié)水量，在充分利用煙氣余熱，避免煙道、設(shè)備腐蝕的前提下，盡量提高凝結(jié)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(jié)能效果。

　　3 煙氣余熱利用在其他應(yīng)用方向的探討

　　本工程用煙氣余熱來加熱部分凝結(jié)水，降低了發(fā)電煤耗，那火力發(fā)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(qū)的采暖熱指標(biāo)55W/m2計(jì)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(jì)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(jī)的熱源，單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的循環(huán)熱力系數(shù)按0.7計(jì)算，則可產(chǎn)生32.34MW的制冷量，完全可以滿足一定區(qū)域內(nèi)的制冷需要，節(jié)約大量的高品質(zhì)能量電能。

　　3.2 為一定區(qū)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(jié)變化，熱負(fù)荷常年穩(wěn)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(fèi)，也比用戶用電熱水器和燃?xì)鉄崴�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(jīng)濟(jì)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(qū)配套建設(shè)生活熱水供應(yīng)設(shè)施，其經(jīng)濟(jì)性和可行性都較好，而且有很好的社會效益。

　　3.3 對化學(xué)的生水進(jìn)行加熱

　　在北方冬季化水專業(yè)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(yè)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(xué)專業(yè)的生水。根據(jù)計(jì)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(fēng)器進(jìn)行加熱

　　在新疆這樣的寒冷地區(qū)，冬季為了防止鍋爐空預(yù)器的低溫腐蝕，一般冷一、二次風(fēng)在進(jìn)入空氣預(yù)熱器前要用暖風(fēng)器進(jìn)行加熱，一般鍋爐廠都要求將冷風(fēng)加熱到20℃以上，以本文中的鍋爐為例，當(dāng)?shù)囟�季采暖室外�?jì)算溫度為-14℃，如果將冷一、二次風(fēng)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(dāng)于31.5t/h的蒸汽釋放的熱量，按照新版的《火力發(fā)電廠燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)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(fēng)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(jìn)行較大的設(shè)備、建筑等投資，因此為了提高煙氣利用的經(jīng)濟(jì)價值，必須充分地利用煙氣的熱量。充分利用主要體現(xiàn)在兩方面，一是在煙氣溫降允許的范圍內(nèi)充分利用煙氣余熱，二是要有足夠和穩(wěn)定的長期熱負(fù)荷。下面針對新疆地區(qū)的特點(diǎn)，對煙氣余熱利用的幾個方向進(jìn)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(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

　　采暖供熱充分利用煙氣余熱，增加投資小，經(jīng)濟(jì)效益好非采暖期沒有熱負(fù)荷

　　提供制冷熱源充分利用煙氣余熱夏季熱負(fù)荷小，采暖期沒有熱負(fù)荷，投資較大，維護(hù)復(fù)雜

　　提供生活熱水充分利用煙氣余熱，熱負(fù)荷穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益很好須有小區(qū)配套建設(shè)熱水管網(wǎng)

　　加熱凝結(jié)水較充分利用煙氣余熱，熱負(fù)荷穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益較好，系統(tǒng)簡單，易維護(hù)機(jī)組負(fù)荷對節(jié)能效果影響大，不適合常年承擔(dān)較低負(fù)荷的機(jī)組

　　加熱生水系統(tǒng)簡單，經(jīng)濟(jì)效益一般冬季熱負(fù)荷小，夏季沒有熱負(fù)荷，而且需要二次換熱

　　暖風(fēng)器加熱充分利用煙氣余熱，經(jīng)濟(jì)效益較好夏季沒有熱負(fù)荷，設(shè)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(shí)踐中要從煙氣余熱利用的經(jīng)濟(jì)性和可行性綜合考慮。為了追求經(jīng)濟(jì)效益的最大化，在有熱負(fù)荷的前提下，煙氣余熱最好用來采暖供熱或供應(yīng)熱水，其次是加熱凝結(jié)水，降低發(fā)電煤耗。至于電站采取哪種煙氣余熱利用的方案，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)孛簝r、電價和熱負(fù)荷的實(shí)際情況來綜合確定。

　　4. 總結(jié)

　　本文結(jié)合我院設(shè)計(jì)的特變電工自備電站工程，利用煙氣余熱加熱凝結(jié)水，降低了發(fā)電煤耗，獲得了較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。2011年煙氣余熱利用技術(shù)已列入了國家節(jié)能推廣目錄，目前在火電行業(yè)的推廣比例<2%,其應(yīng)用潛力還非常大，無論是新建電廠，還是老電廠，都可以根據(jù)自身實(shí)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(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)和社會價值。

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