李源（吉林燃料乙醇有限責(zé)任公司，吉林 吉林132101）

現(xiàn)如今，能源資源的高效利用以及生態(tài)環(huán)境治理依然是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，超過70%的用電依靠火電機(jī)組，燃煤機(jī)組發(fā)電需消耗大量煤炭資源。但大型燃煤機(jī)組熱效率只能達(dá)到40%，140℃的鍋爐尾氣與汽機(jī)凝汽的低品位熱量損失導(dǎo)致燃煤機(jī)組能源利用率不高，面對(duì)這一情況，有必要對(duì)燃煤機(jī)組鍋爐裝置進(jìn)行改造，強(qiáng)化對(duì)尾氣與凝汽的余熱利用。

1 燃煤機(jī)組鍋爐改造條件與目標(biāo)分析

以往的燃煤機(jī)組鍋爐改造余熱分析中，大多數(shù)是在除塵器位置加設(shè)一個(gè)煙氣換熱器或低溫省煤器，以此加熱循環(huán)凝結(jié)水，使其取代一部分的汽機(jī)抽氣，從而提升燃煤機(jī)組發(fā)電效率，降低煤耗率。采暖期加熱熱網(wǎng)水帶來的節(jié)能效果比加熱凝結(jié)水更加突出，應(yīng)用鍋爐尾氣余熱夏季加熱凝結(jié)水，冬季加熱熱網(wǎng)水的方式可以提升能源綜合利用率。有研究人員提出一種燃煤機(jī)組鍋爐余熱利用系統(tǒng)，在空氣預(yù)熱器內(nèi)安裝低溫空氣預(yù)熱器，降低尾氣和空氣余熱的能力，但這樣容易影響燃煤機(jī)組的發(fā)電量。也有研究人員表示，通過安裝蒸汽吸收式熱泵抽取一部分的蒸汽為驅(qū)動(dòng)加熱熱源，可有效解決余熱利用時(shí)的安全問題，但汽機(jī)抽氣容易影響機(jī)組發(fā)電效果。

某電廠燃煤機(jī)組的尾氣余熱利用裝置布置在空氣預(yù)熱器之后，除塵器之前，煙氣量1200000m3/h，裝置入口煙氣溫度135℃。按照脫硫系統(tǒng)對(duì)余熱利用裝置提出的需求，需對(duì)進(jìn)入脫硫系統(tǒng)內(nèi)的煙氣冷卻處理，從而達(dá)到節(jié)能降耗的效果。脫硫系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)石膏帶水量與廢水排放量不會(huì)變化，除霧器沖洗時(shí)需要正常用水，系統(tǒng)需要36.7m3/h補(bǔ)充水量，這部分的補(bǔ)水量可以通過降低FGD系統(tǒng)的入口煙氣溫度實(shí)現(xiàn)零補(bǔ)給，最終煙氣脫硫系統(tǒng)入口煙氣的溫度從135℃降低到85℃[1]。

2 燃煤機(jī)組鍋爐尾氣與汽機(jī)凝汽余熱利用分析

2.1 換熱設(shè)備布置位置

建議將換熱裝置布置在空預(yù)器之后和除塵器之前。在除塵器入口的位置增加低溫省煤器，降低入口煙氣溫度和煙塵比電阻，提升粉塵驅(qū)進(jìn)速度。應(yīng)用不銹鋼換熱管后電除塵前的煙氣溫度能夠下降到110℃。將換熱裝置安裝在除塵后引風(fēng)機(jī)之前，煙氣溫度降低的同時(shí)會(huì)有SO3析出，煙氣中如果沒有粉塵吸收將會(huì)導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)腐蝕問題，因此該方法不建議使用。將換熱裝置布置在引風(fēng)機(jī)后脫硫塔前，降溫之后的煙氣能夠進(jìn)入脫硫系統(tǒng)完成脫硫，該方法安全可靠，但換熱器與煙道容易受到低溫腐蝕影響。假設(shè)余熱回收之后煙氣溫度為85攝氏度，建議采用以下兩種換熱設(shè)備布置方式：①一段式低壓省煤器，在脫硫塔之前安裝氟塑料或搪瓷熱管換熱器，使135℃的煙氣溫度下降到85℃。②兩段式低壓省煤器。在除塵器前安裝不銹鋼材質(zhì)的換熱器，先將煙氣溫度下降到110℃，這時(shí)引風(fēng)機(jī)會(huì)影響煙氣溫度升高，建議在脫硫塔前安裝氟塑料或搪瓷熱管材質(zhì)的換熱器，成功降低煙氣溫度至85℃[2]。

2.2 余熱利用方式

燃煤機(jī)組鍋爐尾氣和汽機(jī)凝汽余熱利用方式如下：①加熱低壓加熱器入口凝結(jié)水。對(duì)煙氣余熱加熱凝結(jié)水的回水進(jìn)行回收，排擠低加抽汽，提升蒸汽的做功能力，增加燃煤機(jī)組發(fā)電率并降低能耗。②加熱熱網(wǎng)循環(huán)水。假設(shè)燃煤機(jī)組工作負(fù)荷為72.75%，煙氣如果從115℃下降到85℃，1個(gè)月燃煤機(jī)組可回收1500TJ 熱量；煙氣如果從135℃下降到85℃，1 個(gè)月燃煤機(jī)組可回收2400TJ 的熱量、因此，供暖期內(nèi)建議將煙氣回收熱量加熱熱網(wǎng)回水。③加熱燃煤機(jī)組鍋爐給風(fēng)。對(duì)專門回收煙氣的余熱加熱鍋爐進(jìn)行改造，入口風(fēng)溫度升高引發(fā)排煙溫度上升，冷風(fēng)吸收熱量無法被鍋爐全部吸收，雖然前置式的暖風(fēng)器不能全方位提升鍋爐運(yùn)行效率，但可以提高空預(yù)器內(nèi)蓄熱元件的溫度。當(dāng)燃煤硫分比較高時(shí)，它能夠避免空預(yù)器內(nèi)硫酸氫銨堵塞，且能夠代替暖風(fēng)器消耗蒸汽，降低能耗[3]。

2.3 換熱器材質(zhì)

燃煤機(jī)組鍋爐換熱器材質(zhì)主要有ND 鋼或304鋼等金屬材質(zhì)、氟塑料材質(zhì)以及搪瓷熱管材質(zhì)三種。具體如下：①金屬材質(zhì)，當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的就是20G 鋼與ND 鋼材質(zhì)的換熱管。換熱管壁溫在25～105℃范圍內(nèi)時(shí)，20G 鋼腐蝕速度不超過0.2mm/a，ND 鋼腐蝕速度不超過0.1mm/a。②氟塑料材質(zhì)。該材料耐腐蝕性較強(qiáng)，溫度范圍較寬，應(yīng)用氟塑料換熱器可以解決金屬換熱器腐蝕問題，氟塑料可以制作為小直徑薄壁管，提升換熱管傳熱系數(shù)。③搪瓷熱管材質(zhì)。搪瓷復(fù)合涂層可以解決換熱器低溫腐蝕問題，搪瓷玻璃無機(jī)防腐，應(yīng)用時(shí)不用考慮溫度變化，且搪瓷耐磨損，將搪瓷涂層換熱管放置在煙道內(nèi)部，受熱段吸收煙氣熱量的同時(shí)可以降低煙氣的溫度，提升燃煤機(jī)組工作效率。

2.4 鍋爐尾氣與汽機(jī)凝汽余熱加熱熱網(wǎng)系統(tǒng)

通過對(duì)采暖期和非采暖期的燃煤機(jī)組鍋爐運(yùn)行，探究煙氣換熱器、吸收式熱泵應(yīng)用下達(dá)到的余熱利用效果。煙氣換熱器可以對(duì)循環(huán)凝結(jié)水進(jìn)行加熱，同低壓加熱器并聯(lián)，代替汽機(jī)抽氣，節(jié)約煤炭資源消耗；吸收式熱泵憑借汽機(jī)排汽冷凝成水的氣化潛熱現(xiàn)象為機(jī)組提供熱網(wǎng)用熱，將高溫蒸汽和熱水作為鍋爐的驅(qū)動(dòng)熱源。

采暖期內(nèi)，吸收式熱泵循環(huán)水回收冷凝器散失氣化潛熱，熱網(wǎng)回水溫度提升到了90℃，應(yīng)用鍋爐尾氣換熱裝置將水溫加熱到120℃，這時(shí)水的溫度可以滿足采暖期內(nèi)的供水溫度需求。非采暖期內(nèi)，對(duì)吸收式熱泵機(jī)組與熱網(wǎng)管路隔離處理，應(yīng)用煙氣換熱器將燃煤機(jī)組鍋爐的余熱進(jìn)行回收，加熱循環(huán)凝結(jié)水并與低壓加熱器并聯(lián)，從而減少汽機(jī)抽氣，實(shí)現(xiàn)余熱利用。

2.5 鍋爐尾部煙道改造

某發(fā)電廠對(duì)濕冷機(jī)組煙道進(jìn)行改造，在原有的煙道位置加設(shè)了煙氣換熱器。夏季時(shí)期，煙氣換熱器進(jìn)出口的煙氣溫度分別為115.8℃和120℃，冷卻凝結(jié)水的進(jìn)出口溫度分別為98℃和136℃。按照煙氣換熱器冷卻介質(zhì)溫度與低價(jià)出口凝結(jié)水溫度的實(shí)際情況，達(dá)到二者溫度平衡，將煙氣換熱器管道系統(tǒng)并聯(lián)，降低低壓換熱器的運(yùn)行負(fù)荷。冬季時(shí)節(jié)，燃煤機(jī)組鍋爐煙氣換熱器溫度為134.7℃和100℃，冷卻介質(zhì)進(jìn)出口的溫度為90℃與120℃，冷卻介質(zhì)是熱網(wǎng)70℃回水加熱后的90℃循環(huán)水。與此同時(shí)，燃煤機(jī)組煙氣中氧化硫和水蒸氣相結(jié)合，最終產(chǎn)生硫酸蒸汽，煙氣溫度的下降使硫酸蒸汽凝結(jié)，并對(duì)換熱裝置造成低溫腐蝕影響。鍋爐爐膛出口過剩空氣系數(shù)是1.2，酸露點(diǎn)的溫度是96℃，這時(shí)煙氣換熱裝置出口處煙氣的溫度比酸露點(diǎn)高。

2.6 余熱利用后的經(jīng)濟(jì)性分析

以不影響燃煤機(jī)組發(fā)電量為前提，應(yīng)用煙氣換熱裝置與吸收式熱泵裝置可以對(duì)燃煤機(jī)組鍋爐內(nèi)的尾氣與凝汽余熱進(jìn)行充分利用，在節(jié)約煤炭資源耗費(fèi)量的同時(shí)，可減少二氧化硫和顆粒物的排放量。采暖期燃煤機(jī)組煙氣換熱器余熱利用量為21.74MW，非采暖期關(guān)閉熱網(wǎng)的連接閥門，只使用煙氣換熱器的低加并聯(lián)系統(tǒng)，這時(shí)煙氣換熱器的余熱利用量是22.44MW。經(jīng)分析得知，應(yīng)用這種燃煤機(jī)組鍋爐煙氣余熱利用方式后，采暖季節(jié)能夠節(jié)省1.42萬t的標(biāo)煤，非采暖季節(jié)可以節(jié)省1.76萬t的標(biāo)煤。煙氣換熱裝置和吸收式熱泵裝置的使用，使鍋爐余熱利用年總量為59.58MW，采暖期36.14MW，非采暖期22.44MW；每年可總共節(jié)省31815.65t 標(biāo)煤量，采暖期可節(jié)省14190.76 標(biāo)煤量，非采暖期可節(jié)省17624.89標(biāo)煤量。通過對(duì)電廠燃煤機(jī)組鍋爐煙氣余熱利用后的經(jīng)濟(jì)性分析，為接下來各企業(yè)節(jié)約能耗、節(jié)能減排措施的實(shí)施提供重要參考。

3 結(jié)語

總而言之，燃煤機(jī)組鍋爐煙氣換熱器和吸收式熱泵的協(xié)同應(yīng)用，可將回收凝汽與煙氣的余熱作為鍋爐的采暖熱源，在不影響鍋爐發(fā)電量的情況下保障系統(tǒng)高效運(yùn)行。煙氣換熱器和吸收式熱泵應(yīng)用下的余熱利用方式不會(huì)影響燃煤機(jī)組性能，可保證機(jī)組運(yùn)行安全，通過對(duì)換熱設(shè)備布置位置、余熱利用方式、換熱器材質(zhì)、余熱加熱熱網(wǎng)系統(tǒng)以及鍋爐尾部煙道改造的研究，有效提升了系統(tǒng)余熱利用效果。