鍋爐煙氣余熱利用研究

李振新

摘要：近年來，社會經(jīng)濟的高速發(fā)展很大程度是以犧牲環(huán)境與資源換來的，導致在全球范圍內(nèi)都面臨著氣候變化、生態(tài)環(huán)境、資源短缺等問題，因此為促進未來經(jīng)濟的發(fā)展急需重視、建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會?；鹆Πl(fā)電廠會耗費大量的煤炭，大約是40%的全國煤炭產(chǎn)量，污染排放物超過30%，因此其面臨的節(jié)能減排工作任務(wù)極為嚴峻。從電力企業(yè)組織的角度來看，必須注重創(chuàng)新常規(guī)設(shè)計思路，改善設(shè)備裝置基礎(chǔ)，全面優(yōu)化鍋爐系統(tǒng)設(shè)計方案，從而進一步提高其機組運行效率。

Abstract： In recent years， the rapid development of social economy has largely been at the expense of environment and resources， leading to global problems such as climate change， ecological environment and resource shortages. Therefore， in order to promote future economic development， it is urgently needed to build a resource-saving and environment-friendly society. Thermal power plants consume a large amount of coal， about 40% of the national coal output， and polluting emissions exceed 30%. Therefore， the task of energy conservation and emission reduction is extremely severe. From the perspective of power enterprise organization， it is necessary to focus on innovating conventional design ideas， improving the foundation of equipment and equipment， and fully optimizing the boiler system design plan， thereby further improving the operating efficiency of its units.

關(guān)鍵詞：鍋爐;煙氣余熱;利用研究

Key words： boiler;flue gas waste heat;utilization research

中圖分類號：TK11+5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）24-0131-02

0 ?引言

在火力發(fā)電廠設(shè)計中為促進全廠熱效率的提高、減少煤炭消耗和增加發(fā)電量，就需要對鍋爐的煙氣余熱進行科學、合理的利用，最終實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。在鍋爐各項損失中，鍋爐排煙損失是一項最大的熱損失，為促進煤耗的減少和發(fā)電量的增加，就需要對煙氣余熱進行科學、合理、有效的利用[1]。

1 ?煙氣余熱利用途徑

一般來講，被加熱介質(zhì)不同，其利用途徑也不盡相同，簡而言之，煙氣余熱的主要利用途徑包括熱網(wǎng)水、加熱凝結(jié)水和預(yù)熱并干燥燃料。此外，當前煙氣余熱的換熱方式主要分為兩種——直接換熱方式和間接換熱方式。

1.1 預(yù)熱并干燥燃料

近年來，大規(guī)模褐煤煤礦在內(nèi)蒙、東北等地相繼開發(fā)出來，當前研究的新課題就在于高水分褐煤預(yù)干燥，存在許多干燥工藝。干燥機滾筒作為核心設(shè)備，其結(jié)構(gòu)為圓筒體，而且可以回轉(zhuǎn)。其次，該干燥機滾筒略帶傾斜角度，在其中一端的上部加入濕物料，就能夠在另一端的下部收集干物料。與此同時，如果有超過150℃的熱煙氣從進料端或者出料端進入，就能夠從另一端的上部排出。固體物料通常能夠在滾筒內(nèi)部停留12到14分鐘，從而使出口的煙氣溫度降低到120℃左右[2]。

1.2 加熱熱網(wǎng)水

為鍋爐系統(tǒng)組裝防腐蝕管式換熱器可以充分加熱廠房或者廠區(qū)水暖系統(tǒng)的熱網(wǎng)循環(huán)水，同時可以全部替代或者替代一部分常規(guī)的熱網(wǎng)加熱器，以此降低加熱器的蒸汽耗量，并增進發(fā)電量。

1.3 加熱凝結(jié)水

針對汽機回熱系統(tǒng)中的凝結(jié)水，在加熱時可以充分利用煙氣余熱，這對于汽機抽汽量的減少與煤耗的降低十分有效，從而能夠促進全廠熱效率的全面提高。

2 ?在老廠改造中應(yīng)用煙氣余熱利用

2.1 工程概況

某6×200MW機組是由兩臺前蘇聯(lián)和四臺捷克所制造而成的，它組建于20世紀70年代，該機組常用燃料是晉北煙煤。起初，其鍋爐排煙溫度是170.5℃，經(jīng)過多次調(diào)整機組燃燒系統(tǒng)，使最終的排煙溫度降低了10℃，即160℃。然而不可忽視的是，機組依然損失了很多鍋爐排煙熱量，鍋爐總體效率呈偏低狀態(tài)。為了更為充分地利用煙氣余熱，電廠進行了必要的節(jié)能改造，并將煙氣余熱利用裝置安裝在尾部煙道[3]。

2.2 做好煙氣余熱利用系統(tǒng)組裝工作，優(yōu)化系統(tǒng)布置方案，精選系統(tǒng)設(shè)備型號

做好煙氣余熱利用系統(tǒng)組裝工作，促進水側(cè)和汽輪機回熱系統(tǒng)低壓部分的有機連接，這樣便于凝結(jié)水充分吸收排煙熱量，與此同時，要將排煙溫度降低20℃左右。其次，加熱后的凝結(jié)水會再次進入低壓加熱器系統(tǒng)內(nèi)，該系統(tǒng)屬于汽輪機熱力系統(tǒng)的重要組成部分，這種煙氣余熱利用裝置方法與組合布置方案屬于一種由舊低壓加熱器所改造的低成本高效率方案[4]。

煙氣余熱利用裝置是一種煙氣-水換熱器，煙氣走管外、凝結(jié)水走管內(nèi)，引風機在改造項目中需要保持不斷，因引風機壓頭富裕量不足，在設(shè)計該裝置時需要盡可能少增加煙氣側(cè)阻力，在計算時可以選擇相應(yīng)的管束，在眾多光管中因為順列H形鰭片管管束具備多方面的優(yōu)點與功能，像不易積灰、換熱系數(shù)較高，能夠優(yōu)先選擇，同時，可以在原有的引風機可接受的范圍內(nèi)進一步提升煙氣的側(cè)阻力。

2.3 經(jīng)濟指標與效益

煙氣余熱利用裝置在安裝以后，不會額外增加鍋爐燃料，能夠有效提升電廠循環(huán)的吸熱量與循環(huán)效率。其次，在回熱系統(tǒng)中通過輸入煙氣余熱量，能夠排出部分抽汽，起到降低汽輪機循環(huán)熱效率的作用。同時，循環(huán)吸熱量會促使電廠的循環(huán)效率增加值遞增，不可忽視的是，該值通常低于因排出抽汽后所導致的汽輪機循環(huán)效率，所以經(jīng)濟效果更為良好，能夠為電廠節(jié)約大量的成本?；诖耍褂迷撗b置能夠降低回熱抽汽量和汽輪機耗率，從而有利于整個機組發(fā)電煤耗率的顯著降低[5]。

在開展熱經(jīng)濟性分析時可以充分利用等效熱降法，在系統(tǒng)中輸入排煙余熱，在保持鍋爐有效熱量不變的情況下，可以得到一樣的經(jīng)濟效益計算結(jié)果。

2.4 相關(guān)注意事項

2.4.1 磨損問題

解決磨損問題，應(yīng)充分發(fā)揮平均煙速較低的優(yōu)勢，同時借助基于3.3次方關(guān)系來迅速降低磨損速度。其次，增加壁厚也可以有效降低磨損程度。再次，為靜電除塵器之前的垂直煙道組裝該裝置能夠使灰粒動能得到有效降低，并減輕磨損程度[6]。

2.4.2 腐蝕問題

為有效的解決低溫腐蝕問題，就需要對壁溫進行強有力的控制，該裝置可以在80.0-100.0℃之間調(diào)節(jié)進水問題，最低管子壁溫在95.0-125.0℃之間，如此可保證最低壁溫比煙氣露點的94.3略高一點，避免出現(xiàn)低溫腐蝕的情況[7]。

2.4.3 引風機出力問題

加裝低壓省煤器的之后會進一步增加煙道的阻力，因此，在正式加裝之前，必須準確核算引風機的余量，而且，必須準確定位在此基礎(chǔ)上將最大允許的阻力增加值。

3 ?在新建機組中應(yīng)用煙氣余熱利用

3.1 工程概況

某2×600MW級裝備使用的是超臨界燃褐煤，配備了空冷機組。內(nèi)蒙古錫林浩特勝利煤田露天礦褐煤，全水分最高、表面積超過15%，且可磨性系數(shù)與發(fā)熱量不高，中低硫、低灰。同時運用了七級回熱抽汽熱系統(tǒng)，并配有3臺高壓加熱器、1臺除氧器和3臺低壓加熱器[8]。

由于機組燃用的是高水分褐煤，因此要求制粉系統(tǒng)所具有的干燥能力比較充分，針對正壓直吹式制粉系統(tǒng)即使用熱風為干燥劑的，干燥用熱風在進入磨煤機以后，風量比較大，同時風溫也比較高，而且，要將褐煤一次風率的設(shè)計值控制到35%至42%之間，在此狀態(tài)下，入磨風溫必須保持在330℃到370℃之間，與此同時，風溫應(yīng)該比常規(guī)煙煤高100℃。目前，高風溫的獲得方法主要是運用三分倉回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器對溫度較高的煙氣進行加熱，為此褐煤爐一般具有相對較高的排煙溫度。為降低空預(yù)器出口煙溫，在該工程中應(yīng)用了適度加大回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器尺寸。

3.2 系統(tǒng)擬定方案

在該項工程中，加熱凝結(jié)水的主要方法是煙氣余熱，新建工程成功運用了間接換熱方式，在水換熱器內(nèi)充分吸收煙氣余熱閉式循環(huán)水，并用凝結(jié)水順利完成了熱交換作業(yè)，不僅使熱量得以充分利用，而且可防止因磨損而污染凝結(jié)水，對于超臨界、超超臨界機組來說極具現(xiàn)實意義[9]。

3.3 設(shè)計方案和布置方法

該裝置可以充分利用表面進行換熱，借助煙氣實現(xiàn)閉式循環(huán)水的加熱，還可以垂直布置換熱器。在裝置換熱管中可以分段利用煙氣余熱，即高溫段和低溫段，通常需要在裝置上側(cè)做好低溫段的布置工作，在下側(cè)，應(yīng)布置高溫段，然后，通過安裝聯(lián)箱促進兩個溫度段的有機連接。其次，應(yīng)兼顧受熱面的防磨與防腐問題，對其表面進行全面清潔。這樣便于后期拆卸和替換熱組件與密封件，確保換熱管在更換過程中不會對其它換熱管產(chǎn)生負面影響。該裝置所運用的換熱管鋼質(zhì)是ND鋼，使用壽命通常能夠達到5萬小時以上。

除此之外，要將回式空氣預(yù)熱器安裝在爐后框架運轉(zhuǎn)層，而且，該裝置通常在其煙氣側(cè)出口的下部布置，在支撐時可以選擇從零米開始設(shè)支架的方式[10]。

4 ?結(jié)束語

綜上所述，通過研究發(fā)現(xiàn)：煙氣余熱利用系統(tǒng)的設(shè)置，能夠幫助全廠提高熱效率、減少對于煤炭資源的消耗，促進發(fā)電量的增加。然而，不可忽視的是，因為回收鍋爐煙道余熱是有限的，所以排煙溫度不可能過低，如果排煙溫度低于煙氣露點，必然會使換熱設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中滋生低溫酸，從而對設(shè)備造成腐蝕損壞的影響，因此具體工程在考慮是否安裝該系統(tǒng)時需要根據(jù)實際情況而定?？傊还苁抢想姀S改造、新建機組，煙氣余熱都能夠發(fā)揮一定利用價值，為促進全廠熱效率的提高就需要對煙氣余熱進行科學且合理的利用，進而節(jié)約煤耗，確保實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。對于今后的電廠設(shè)計而言，需要加強對于煙氣余熱、電廠其它各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能研究工作。

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