孟愛橋

摘 要：在火電廠的發(fā)展過程中，解決熱量利用率不高與排放煙氣余熱過高是重點(diǎn)，如果未經(jīng)處理的高溫?zé)煔庵苯优欧挪粌H會造成環(huán)境污染，還會嚴(yán)重浪費(fèi)能源，新時(shí)期火電廠在鍋爐煙氣排放的過程中開始研究和應(yīng)用煙氣余熱回收技術(shù)，對火電廠的可持續(xù)發(fā)展有著積極意義。本文從煙氣余熱回收工藝特征入手，討論燃煤鍋爐煙氣余熱回收主要技術(shù)，最后就燃煤鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)的應(yīng)用加以分析。

關(guān)鍵詞：鍋爐煙氣;余熱回收;利用方法

近年來國家對發(fā)電領(lǐng)域制定了嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，切實(shí)開展好環(huán)境保護(hù)工作，在煤炭價(jià)格不斷上漲的今天，火電廠運(yùn)營成本也在增加。需要將重點(diǎn)放在生產(chǎn)過程中提升能源利用率以及煙氣排放的使用率方面，通過加強(qiáng)余熱煙氣回收來降低生產(chǎn)成本，還可以達(dá)到環(huán)境目標(biāo)，所以有著廣闊的市場前景。不過在實(shí)際利用中會受到多種因素影響，需要不斷優(yōu)化處理技術(shù)，以下進(jìn)行相關(guān)分析。

一、煙氣余熱回收工藝特征

在煙氣排放過程中會造成6%-9%的熱量損失，占鍋爐熱損失總量80%。煙氣燃燒溫度是影響煙氣排放熱損失最重要的因素，比如鍋爐的排煙溫度從120℃升到160℃過程中，每升高1℃煙氣排放熱損失上升0-0.2%，假設(shè)每千克煤發(fā)熱量為18焦耳，火電廠每年多消耗接近煤炭10000噸，所以合理應(yīng)用煙氣余熱回收工藝有著積極意義（如圖1）。煙氣余熱回收主要工藝特征如下：

（一）吸收式熱泵與直接式余熱回收換熱器

整套煙氣余熱回收系統(tǒng)包括的分系統(tǒng)如下：其一，煙氣系統(tǒng)。經(jīng)過脫硫處理后將煙氣余熱回收裝置設(shè)置成立式逆流噴淋塔，煙氣從噴淋塔底部側(cè)面流入噴淋塔，并且逆流接觸噴淋的熱源水液滴，依次經(jīng)過換熱、除塵、脫硫反應(yīng)，使得煙氣中的熱量被熱源水吸收，在除霧器除去煙氣液滴后得到排放;其二，熱源水系統(tǒng)。噴淋塔、熱源水泵組成了吸收系統(tǒng)，將噴淋霧化噴嘴設(shè)置在噴淋塔內(nèi)部，熱源水在水泵壓力影響下進(jìn)入塔內(nèi)和煙氣噴淋換熱，并且吸收煙氣的熱量，溫度升高之后熱源水進(jìn)入吸收式熱泵開始降溫，熱量滿足熱網(wǎng)水。溫度下降后的熱源水再次流入塔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)。整體來看，噴淋塔底部水池可以滿足熱源水的儲存和pH調(diào)控，并且水位的保持可以避免出現(xiàn)循環(huán)泵出現(xiàn)汽蝕，煙氣中大量凝結(jié)水用于脫硫工藝;其三，蒸汽系統(tǒng)。蒸汽從原供熱蒸汽管網(wǎng)流出，滿足吸收式熱泵驅(qū)動，隨著蒸汽冷凝降溫疏水返回原疏水系統(tǒng)。吸收式熱泵回收煙氣余熱，然后煙氣熱量和蒸汽都用于熱網(wǎng)水，達(dá)到節(jié)能的目標(biāo);其四，鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)。原有鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)增設(shè)煙氣余熱回收系統(tǒng)，在熱源水支持下鍋爐補(bǔ)水加熱達(dá)到25℃，進(jìn)而滿足煙氣加熱鍋爐補(bǔ)水;其五，除霧系統(tǒng)。除霧器設(shè)計(jì)形式主要為屋脊式或高效管式，在噴淋塔內(nèi)部設(shè)置后可以對煙氣流速控制，讓液滴與葉片發(fā)生碰撞，進(jìn)而截留煙氣中的液滴。為了避免灰塵附著在除霧器表面而影響除霧效果，可以設(shè)置沖洗水泵定期沖洗噴淋塔除霧器;其六，水處理系統(tǒng)。在噴淋過程中會吸收二氧化硫等氣體導(dǎo)致熱源水呈現(xiàn)弱酸性，需要及時(shí)處理避免腐蝕管道，比如在水系統(tǒng)中加藥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（二）電熱泵與非直接式余熱回收換熱器

該系統(tǒng)由煙氣余熱回收專用機(jī)組、水處理設(shè)備、氟塑料、動力設(shè)備組成，將非金屬煙氣凈化煙氣換熱器安裝在脫硫塔與煙囪間的水平煙道，可以對煙氣中的大量水蒸氣起到凝結(jié)效果。同時(shí)，非金屬煙氣凈化余熱回收換熱器可以凝結(jié)管外的水蒸氣，這一過程中也會集合大量的粉塵顆粒，實(shí)現(xiàn)凈化與除塵的目標(biāo)。在應(yīng)用這種回收換熱器后將大量的水蒸汽潛熱回收，之后流入金屬煙氣凈化煙氣換熱器的循環(huán)水，通過電螺桿式熱泵吸收循環(huán)水熱量，受到電力驅(qū)動對換熱站二次網(wǎng)回水加熱。整體來看，該系統(tǒng)具有吸熱和除塵兩種功能，采暖供回水并聯(lián)廠內(nèi)原有二次網(wǎng)的采暖供回水管道，在供熱的過程中先通過螺桿式熱泵供熱，如果沒有達(dá)到供熱需要可以開啟供熱板換，實(shí)現(xiàn)一次網(wǎng)高溫?zé)崴畬Χ尉W(wǎng)回水加熱，根據(jù)控制系統(tǒng)控制的二次網(wǎng)供水溫度確定一次網(wǎng)高溫?zé)崴墓崃俊?/p>

二、燃煤鍋爐煙氣余熱回收主要技術(shù)

顯熱和潛熱是鍋爐煙氣熱量的主要形式，不同類型的鍋爐煙氣中水蒸氣含量也有差異，在燃?xì)忮仩t運(yùn)行中需要回收顯熱與水蒸氣冷凝過程的潛熱，其中燃煤鍋爐主要樹對顯熱回收，主要回收技術(shù)如下：

（一）省煤器

省煤器在汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)中結(jié)合回收的煙氣余熱，可以起到降低抽汽量和提升汽輪機(jī)運(yùn)行效率的目標(biāo)。低溫省煤器回收借助注入煙氣余熱的方式，因此不會影響鍋爐內(nèi)傳熱量分配，進(jìn)行省煤器設(shè)計(jì)時(shí)主要是計(jì)算與回?zé)嵯到y(tǒng)的數(shù)據(jù)。在具體利用過程中，燃煤電站鍋爐的省煤器主要設(shè)置在煙氣系統(tǒng)預(yù)熱器出口與除塵器等位置，之后和熱力系統(tǒng)的低壓加熱器并聯(lián)，可以對煙氣的余熱回收，起到降低鍋爐煤爐消耗量的作用。此外，可以在燃煤電站鍋爐組安裝空氣預(yù)熱器之前借助高溫?zé)煔饧訜徨仩t的凝結(jié)水，主要操作過程中先把煙氣加熱到360℃，之后通過高溫加熱冷凝水，使得抽汽效果更有保障，提升汽輪機(jī)做功效果。相較于低溫省煤器，高溫省煤器回收煙氣余熱更能降低煤耗量，節(jié)能效益更加顯著。有研究發(fā)現(xiàn)每小時(shí)可以降低2.0g/kW，還可以保證汽輪機(jī)抽汽效率。

（二）加裝換熱器

通常會在鍋爐中設(shè)置板片式、翅片式、肋管式或者省煤器，不過這種裝置也存在熱交換律不高的問題，余熱的回收效果不能得到保證。在省煤器設(shè)置基礎(chǔ)上應(yīng)用換熱器可以將燃?xì)鉄崃坑糜陬A(yù)熱材料、干燥燃料與加熱網(wǎng)水，進(jìn)而提升過濾運(yùn)行效率。安裝加裝換熱器操作便捷，并且技術(shù)較為成熟，不過受到氣漏點(diǎn)影響難以實(shí)現(xiàn)深層回收，并且該方法主要在中小型的燃煤鍋爐中應(yīng)用。

（三）熱管技術(shù)

熱管具有傳熱高效的特點(diǎn)，主要是借助汽化潛熱實(shí)現(xiàn)能量傳遞。液體工質(zhì)汽化過程中吸收煙氣中的廢熱，這些氣體遇冷后開始釋放大量熱。在供熱系統(tǒng)中，一般供熱水溫95℃、回水溫度70℃，其中北方地區(qū)為了提升供熱能力也會將供熱水溫設(shè)置成130℃。燃煤鍋爐的排煙系統(tǒng)的煙氣溫度需要達(dá)到100℃以上才可以達(dá)到供熱管網(wǎng)的加熱要求。所以在采暖期可以采用煙氣余熱循環(huán)供熱方式提升能源利用效率，在煙氣余熱加熱管網(wǎng)中，回收煙氣的余熱需要設(shè)置煙氣回收器，讓煙氣在裝置下方進(jìn)入、上方流出，在加熱的過程中還需要保證裝置的密封性不高良好，進(jìn)而避免煙氣污染熱水。熱管的優(yōu)點(diǎn)較多，自身尺寸較小，在保證傳熱效率的同時(shí)不需外加動力，并且有著姣好的節(jié)能效果，因此有著廣闊的發(fā)展前景。不過這種技術(shù)對工質(zhì)的材料有著較高要求，并且這種技術(shù)應(yīng)用過程中會出現(xiàn)漏點(diǎn)腐蝕、灰堵問題，導(dǎo)致哦應(yīng)用范圍受到影響，需要繼續(xù)加強(qiáng)研究。

（四）煙氣余熱預(yù)熱空氣

把暖風(fēng)器安裝在鍋爐的空氣預(yù)熱器上可以回收煙氣余熱，不過也將造成鍋爐的效率下降。暖風(fēng)器把煙氣熱量轉(zhuǎn)移到鍋爐內(nèi)部，使得鍋爐原有的熱力值發(fā)生變動。有研究發(fā)現(xiàn)，鍋爐暖風(fēng)器溫度每降低10℃情況下，鍋爐排煙的溫度僅僅降低2℃，證實(shí)煙氣的回收和利用效率不高，所以在應(yīng)用煙氣余熱預(yù)熱空氣技術(shù)過程中，安裝暖風(fēng)器的過程中需要分析鍋爐的整體效率，主要是在空氣預(yù)熱器最后一個(gè)級別的受熱面上，然后計(jì)算受熱面?zhèn)鳠崃?，技術(shù)人員可以根據(jù)工質(zhì)的溫度變化分析該技術(shù)是否達(dá)到鍋爐的運(yùn)行需要。如今板式空氣預(yù)熱器在實(shí)際應(yīng)用中較多，可以解決煙氣余熱預(yù)熱空氣問題，這是由于煙氣可以借助板片直接和空氣換熱，并且隔離冷熱流體。此外，板式空氣預(yù)熱器可以模塊化應(yīng)用，在應(yīng)用中具有能耗低、傳熱效率高和維修便捷的優(yōu)勢。

（五）冷凝鍋爐

大量的水蒸氣存在于煙氣中，并且水蒸氣含有潛熱，很多回收的煙氣沒有達(dá)到潛熱層，僅僅是回收顯熱，這就造成了鍋爐熱效益偏低。冷凝煙氣中的余熱后，實(shí)現(xiàn)了回收利用顯熱和潛熱，進(jìn)而在日常生活用水與鍋爐用水方面發(fā)揮作用。整體來看，冷凝鍋爐可以讓水蒸氣的潛熱效用得到最大程度發(fā)揮，并且冷凝液吸收二氧化碳，減少了酸性成分的排放，起到保護(hù)環(huán)境的效果。在使用范圍上看，冷凝鍋爐多用于水蒸氣含量高的燃?xì)忮仩t中，如果水蒸氣含量少不適宜采用該技術(shù)。

三、燃煤鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)的應(yīng)用

火電廠對在小型燃煤鍋爐預(yù)熱回收較為重視，普遍設(shè)置了省煤器，不過煙氣溫度過高，在未經(jīng)回收舊排放的情況下資源浪費(fèi)嚴(yán)重。燃煤鍋爐煙氣中的水

分含量偏低，采取冷凝技術(shù)進(jìn)行水蒸氣回收，會受到設(shè)備改造的成本大、水蒸氣含量不高影響導(dǎo)致效果不佳。為此，火電廠技術(shù)人員可以在燃煤鍋爐中的原有省煤器上設(shè)置換熱器，這樣煙氣可以依次經(jīng)過省煤器、無壓換熱器，再通過除塵器直到排放，這一過程中也造成供水流程出現(xiàn)變化，比如水流入無壓換熱器、省煤器再進(jìn)入鍋筒。在安裝無壓換熱器過程中采取橫水管交錯排列形式（如圖2）。將無壓換熱器設(shè)置在低溫區(qū)域，而長時(shí)間的低溫影響會加劇熱器腐蝕，進(jìn)而對換熱器提升更高要求，技術(shù)人員需要分析材料的耐腐蝕、耐低溫情況，之后改造受熱面積，讓鋼管的厚度與粗度加大，確保換熱器的低端溫度要高于煙氣露點(diǎn)。經(jīng)過對鍋爐的改造，增加的余熱回收裝置讓鍋爐運(yùn)行出現(xiàn)變化，原有的低壓加熱器在抽汽加熱時(shí)產(chǎn)生的凝結(jié)水可以通過余熱裝置加熱，主要作用在于節(jié)約了低壓加熱器的抽汽量，并且節(jié)約的抽汽可以為其它部分運(yùn)轉(zhuǎn)提供動力。

結(jié)束語：

綜上所述，采取煙氣余熱回收技術(shù)是提升火電廠燃煤鍋爐運(yùn)行效率的重要途徑，也是達(dá)到節(jié)能減排目標(biāo)、節(jié)約運(yùn)行成本的有效措施。煙氣回收利用關(guān)系著社會發(fā)展與生態(tài)保護(hù)，當(dāng)前省煤器、加裝換熱器、熱管技術(shù)、煙氣余熱預(yù)熱空氣、冷凝鍋爐在應(yīng)用中各具優(yōu)勢，需要結(jié)合設(shè)計(jì)情況加以選擇，今后還需要繼續(xù)加強(qiáng)相關(guān)研究，進(jìn)而帶來綜合效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]李瓊， 張穎， 安國銀，等. 電站鍋爐煙氣余熱回收利用裝置的試驗(yàn)分析及研究[J]. 電站系統(tǒng)工程， 2016（2）：3.

[2]鄭中勝， 王保文， 張國玉. 電站鍋爐煙氣余熱回收利用裝置的試驗(yàn)分析及探索[J]. 熱電技術(shù)， 2016（4）：3.

[3]李秀偉. 鍋爐煙氣余熱回收利用技術(shù)探索研究[J]. 中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（全文版）經(jīng)濟(jì)管理， 2016（9）：00142-00142.

[4]阿里木&#;西列夫. 燃?xì)忮仩t煙氣余熱回收利用的研究[J]. 中國化工貿(mào)易， 2018， 10（29）.