烟气余热利用

对我厂烟气余热利用的合理化建议

摘要：

我厂地处贵州省六盘水市水城县发耳镇，发耳镇地势四周高，中间低，呈锅底形，全年气候温热，雨量偏低，平均海拔1200米，年降雨量为1100-1200毫米，年平均气温为25℃，属低热河谷地带，有“天然温室”之称。总面积104平方公里，矿产资源主要有煤、铁、粘土。其中以煤储量最大，目前已探明19亿余吨。主要分布在湾子沿北盘江边，煤质较好，煤的灰粉一般在14%，粘吸指数为50，发热量6500卡。对于正处在少年时期的燃煤机组发耳电厂而言，占据较好的地理位臵，有着大好的发展前景。然而，由于设计与电厂体制的一系列原因，导致我厂现运行设备设计与现实偏差，未处在最佳运行状态，尤其是烟气余热未得到很好的利用，又因煤质的变化导致除灰脱硫超负荷运行，所以，实行烟气余热利用技改势在必行。

我国60～1 000 MW电站锅炉烟气余热利用于凝结水、给水及送风系统，其转换效率为19.5%～23%，根据能级原理，提出了一种深度利用烟气余热和减少回热抽汽损失、实现锅炉排烟温度自动控制的高效循环系统方案。热力学分析表明，此方案可使600 MW机组无煤附加功率由0.6 MW增加至20 MW左右，全厂净效率提高0.9%，投资回收期小于2.0年，具有良好的节能减排、降低发电煤耗的作用，并对新建和老机组设计优化提出了原则性的建议。

关键词：锅炉；排烟温度；能级利用；烟气余热回收；高效循环系统

烟气余热利用从上世纪50年代以来，在60～1000 MW等级电站锅炉上进行了广泛的探索，取得了一定的成绩，但是与国外先进设计相比存在较大差距。上世纪90年代以来，俄罗斯、德国等国家根据能源价格和环保要求的变化，锅炉排烟温度设计值降低到100℃，并在新建机组或老机组改造中得到了工程验证，使供电煤耗下降6--7 g/(kW．h)，但目前国内尚未见可行性和应用价值方面的报道。

根据能级和系统工程原理，提出了一种深度利用烟气余热和减少回热抽汽做功损失，实现排烟温度稳恒控制的高效系统，不但能提高机组性能，而且能深度利用锅炉余热，较大程度地改善锅炉尾部低温受热面结露腐蚀和堵灰问题。

超临界机组锅炉烟气利用高效循环系统

能级理论指出：无论是纯凝机组、再热机组，还是供热机组，都可以看成由若干个能级组成，从锅炉到凝汽器，每个能级的热功效率，逐级下降，相同的热量作用于不同的系统（不同的能级），将会对系统的做功能力产生不同的效果。锅炉受热面可分为锅炉能级受热面和低能级受热面，过热器、再热器、水冷壁、省煤器和高压加热器是锅炉能级受热面，空气预热器、暖风器和低压加热器是低能级受热面，如果将锅炉空气预热器后的低能级烟气热能通过换热器转移到同等能级的低压加热器，就会出现锅炉冷端（烟囱）排烟损失减少量与汽轮机冷端（冷却塔）排汽损失增加量基本相当的问题，区别仅为冷源损失由锅炉侧转移为汽轮机侧。

图1

图1为具有余热回收的高效循环及温度分布系统，该系统由烟气深度冷却、旁通省煤器、送风、旁路高压给水和凝结水5部分杓成。

高效系统的主要特征：与目前发电系统相比，此系统的主要特征如下：(l)锅炉烟气能级的梯级利用和深度冷却，减少锅炉排烟损失；(2)锅炉排烟温度的自动控制，防止锅炉低温烟气低温腐蚀，提高锅炉适应煤种及气候变化的能力，提高安全经济及自动化水平；(3)利用汽轮机回热系统过热蒸汽过热度，提高回热效率；

(4)提高了机组调峰能力，额定工况下可获得2%的无煤附加发电功率。

高效系统的调节原理：调节旁路省煤器的烟气挡板和给水量，使空气预热器的排烟温度为最佳排烟温度；调节烟气冷却器前臵预热器的热媒水流量和凝结水流量，使烟气冷却器的排烟温度和空气预热器空气进口温度为最佳值；高效系统的联合运行，可以有效控制锅炉排烟温度，以抵消负荷、煤种变化和气温变化对

锅炉低温腐蚀的影响，同时使锅炉尾部烟气的热能最大限度地被利用，使电站处

于最佳运行状态。

高效系统的节能原理：在传统的以热力学第一定律为基础能量平衡分析中，锅炉和汽轮机回热系统均作为单能级系统，然而，锅炉中烟气是分布式热源，炉膛中烟气热能与尾部烟气的热能在品质上是有差别的，空气预热器、低压加热器与高压加热器、高压省煤器存在较大的能级差别，锅炉加热给水和高压加热器的热能属于高品质热能，锅炉空气预热器和低压加热器的热能属于低品质热能，锅炉尾部对流受热面的传热的不可逆性小于汽轮机高压抽汽加热给水的不可逆性，增加高效循环系统后，实现了增加锅炉尾部烟气加热给水减少回热系统加热给水的份额，相当于低温烟气生产出了高温蒸汽，减少了高压抽汽的做功损失，提高了机组的热循环效率，这是高效循环系统提高机组绝对效率的根本原因。高效循环系统与锅炉受热面吹灰系统组成锅炉冷端管理系统，可以实现锅炉排烟温度的白动控制和锅炉排烟的深度冷却，使机组供电煤耗下阵5～6 g/(kW．h)，节煤效益显著，锅炉效率达94. 4%。

可以看出，采用此高效循环有一下好处：

一、烟气深度冷却

电除尘器前烟温125℃，由烟气冷却器深度冷却到90℃，深度冷却器由两部分组成，一部分回收热量传递给热水媒介，热水媒介通过前臵预热器系统将热量传递给空气，空气温度由20℃上升到60℃；另一部分加热从8号低加引出的凝结水，凝结水温从60℃上升到100℃；旁路烟道从省煤器后引20%的380℃锅炉高温烟气加热给水和凝结水，将锅炉烟温冷却到125℃。给水回热系统既是汽轮机组热力系统的基础，也是电厂热力系统的核心，回热循环系统可以显著提高朗肯循环效率，对机组的热经济性起着决定性的作用。高压加热器为高能级系统，因过热蒸汽温度高，通常设

臵外臵蒸汽冷却器或内臵蒸汽冷却段，利用过热蒸汽加热上级给水，减少不可逆损失。动力学界的一般概念是：任何减少回热加热会降低机组的效率，通过理论分析和热力计算表明，如果利用低能级烟气加热高压给水，可以提高回热效率。如360℃的烟气因温压（传热温差）的限制，不可能生产大于360℃的过热蒸汽，但可通过加热给水，排挤抽汽发出附加功率，相当于利用360℃的低温烟气代替回热抽汽系统340℃至450℃高温蒸汽，提高了机组经济性。本方案能够深度回收锅炉排烟热量，提高汽轮机回热抽汽效率。

二、低低温除尘

1、排放标准

2004年1月1日，随着《火电厂大气污染物徘放标准》(GB 13223 - 2003)的实施，我国火电机组的粉尘排放质量浓度控制标准从200 mg/m3降为50 mg/m3，SO2排放质量浓度控制标准降为400 mg/m3。目前，国家环境保护部正着手对GB 13223进行修改，旨在进一步提高我国火电机组环保排放控制标准。

2、低低温烟气工艺原理

低低温烟气工艺流程为在锅炉空气预热器后设臵烟气冷却器，使进入除尘器的烟气温度降低到90℃，提高烟气处理性能，通过这种除尘十湿法烟气脱硫工艺达到高效除尘、脱硫的效果，使烟囱人口粉尘排放质量浓度大大降低。按此流程，烟气经过烟气冷却器后，温度从120--130℃降到90℃左右，烟气中的S03与水蒸气结合，生成硫酸雾，此时由于未采取除尘措施，SO3被飞灰颗粒吸附，然后被电除尘器捕捉后随飞灰排出，不仅保证了更高的除尘效率，还解决了下游设备的防腐蚀问题，并实现了系统的最优化布臵。

3、烟气冷却后电除尘的工艺特点