燃煤火力發(fā)電廠煙氣余熱回收利用技術(shù)總結(jié)(附噴淋吸收式煙氣余熱回收利用技術(shù))

　　摘要：對(duì)燃煤火力發(fā)電機(jī)組而言，排煙熱損失是鍋爐熱效率的重要影響因素。文章對(duì)目前主要的煙氣余熱回收技術(shù)進(jìn)行論述，包括：低溫省煤器技術(shù)、低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)、前置式液相介質(zhì)空預(yù)器與低溫省煤器組合技術(shù)、新型電站鍋爐余熱利用綜合優(yōu)化技術(shù)，探討分析了各類煙氣余熱回收技術(shù)的技術(shù)原理及優(yōu)缺點(diǎn)，為火力發(fā)電廠煙氣余熱回收技術(shù)的選擇提供參考依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；排煙熱損失；煙氣余熱回收技術(shù)

　　前言

　　在火力發(fā)電機(jī)組中，鍋爐效率是機(jī)組經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的重要指標(biāo)，而在各類鍋爐熱損失中，排煙熱損失占鍋爐總的熱損失一半以上[1]。研究結(jié)果表明：排煙溫度每上升30℃，鍋爐效率降低1%，機(jī)組標(biāo)煤耗上升3g/(kW˙h)[2]?，F(xiàn)役機(jī)組的排煙溫度設(shè)計(jì)值約為130℃左右，但由于燃煤條件及電廠運(yùn)行水平等問(wèn)題，排煙溫度實(shí)際值普遍在150℃左右。較高的排煙溫度會(huì)導(dǎo)致鍋爐效率降低，機(jī)組年平均煤耗上升，并造成煙塵污染物排放量增加，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行和污染物排放指標(biāo)。因此，如何有效地對(duì)排煙余熱進(jìn)行回收利用，成為目前各火力發(fā)電機(jī)組亟待解決的問(wèn)題。

　　目前，實(shí)現(xiàn)煙氣余熱回收利用的方式主要有：煙氣余熱加熱機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)的凝結(jié)水，加熱熱網(wǎng)水，加熱鍋爐的一次風(fēng)、二次風(fēng)。相應(yīng)的煙氣余熱回收技術(shù)有：低溫省煤器技術(shù)，低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)，前置式液相介質(zhì)空預(yù)器與低溫省煤器組合技術(shù)，新型電站鍋爐余熱利用綜合優(yōu)化技術(shù)[3-8]。本文將對(duì)以上四種技術(shù)的原理及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比介紹，為火力發(fā)電廠選擇煙氣余熱利用技術(shù)的選擇提供參考。

　　1.低溫省煤器技術(shù)

　　低溫省煤器技術(shù)是通過(guò)煙氣余熱來(lái)加熱低加回?zé)嵯到y(tǒng)的凝結(jié)水，將鍋爐的排煙溫度降低至合適值。煙氣余熱通過(guò)回?zé)嵯到y(tǒng)的凝結(jié)水回收熱量來(lái)排擠下一級(jí)低加的汽輪機(jī)抽汽，使抽汽回到汽輪機(jī)繼續(xù)做功，增大汽機(jī)的做功功率，從而降低機(jī)組發(fā)電標(biāo)煤耗[3,9-11]。而對(duì)采暖供熱機(jī)組，在供熱時(shí)期可將回收的熱量用于加熱熱網(wǎng)水，節(jié)能效果更顯著。

　　低溫省煤器根據(jù)其布置位置的不同，可分為以下兩種情況：

　　a）低溫省煤器布置于空預(yù)器與除塵器之間。該布置方式在回收煙氣余熱的同時(shí)，減小飛灰比電阻，提高除塵器的效率，減少粉塵等污染物的排放。而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工程量較小，投資少；但為了保證低溫省煤器及下游設(shè)備不受到低溫酸腐蝕，必須控制換熱器的運(yùn)行溫度，使換熱器出口煙氣溫度高于酸露點(diǎn)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的充分回收。

　　b）低溫省煤器布置于引風(fēng)機(jī)與脫硫塔之間。該布置方式避免了除塵器、引風(fēng)機(jī)等設(shè)備的低溫腐蝕問(wèn)題，可將煙氣溫度降至較低水平，可以實(shí)現(xiàn)煙氣余熱最大程度上的回收，并減少了脫硫系統(tǒng)減溫水的補(bǔ)水量，具有一定的節(jié)水效果。但由于煙氣溫度降至較低值，帶來(lái)了低溫省煤器及煙道的低溫酸腐蝕問(wèn)題，而且存在著改造空間受限的問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，陳俊祿[12]提出了一種電站鍋爐極低溫?zé)煔庥酂嵩儆醚b置，該裝置換熱器材質(zhì)為氟塑料材料，可有效避免換熱器的低溫腐蝕、積灰等問(wèn)題，可有效實(shí)現(xiàn)煙氣余熱最大程度的回收利用。

　　2.低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)

　　低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)，該系統(tǒng)由第一級(jí)熱回收器與第二級(jí)再加熱器組成。其中，第一級(jí)布置在空預(yù)器和電除塵器之間的煙道上，第二級(jí)則布置在脫硫塔與煙囪之間的煙道上[13-14]。通過(guò)熱媒水的閉式循環(huán)，第一級(jí)熱回收器將除塵器入口煙氣溫度從120~130℃降到90℃左右；第二級(jí)再加熱器則利用第一級(jí)熱回收器回收的熱量將脫硫塔出口的煙氣溫度升高至80℃左右。

　　低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)具有以下特點(diǎn)：

　?。?）降低廠用電耗，降低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用。低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)降低了煙氣溫度，煙氣體積流量減小，降低了風(fēng)機(jī)等設(shè)備的電耗，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用降低。

　?。?）降低除塵器入口溫度至，降低粉塵比電阻，可有效提高電除塵器的除塵效率[15]；升高脫硫塔后煙氣溫度，可有效改善脫硫塔后的煙道及煙囪的低溫腐蝕問(wèn)題，并擺脫白煙囪等視覺(jué)污染問(wèn)題。

　?。?）可有效利用回收的煙氣余熱，回收的熱量除用于加熱脫硫塔出口的煙氣外，還可用于加熱回?zé)嵯到y(tǒng)的低加凝結(jié)水、采暖供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)水。

　?。?）由于排煙溫度降低，粉塵比電阻等參數(shù)發(fā)生變化，因此必須重新對(duì)電除塵器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此，該技術(shù)方案的工程量較大，初期投資也較高。

　　3.前置式液相介質(zhì)空預(yù)器與低溫省煤器組合系統(tǒng)

　　前置式液相介質(zhì)空預(yù)器與低溫省煤器組合系統(tǒng)如圖2所示[5,16]。該系統(tǒng)的中間熱媒介質(zhì)通常為閉式循環(huán)水。系統(tǒng)以前置式空預(yù)器方式運(yùn)行時(shí)，主凝結(jié)水管路的出、回水閥門(mén)關(guān)閉，通過(guò)空預(yù)器進(jìn)風(fēng)回收煙氣余熱；以低溫省煤器方式運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉前置式空預(yù)器受熱面水側(cè)進(jìn)、出口閥門(mén)，通過(guò)凝結(jié)水回收尾部煙氣余熱，排擠下一級(jí)低加抽汽，進(jìn)入汽輪機(jī)做功，提高做功量，提高全廠熱效率。

　　以前置式空預(yù)器方式運(yùn)行時(shí)，取代了原有的蒸汽暖風(fēng)器設(shè)備，防止了空預(yù)器出現(xiàn)腐蝕、積灰的問(wèn)題，保證了空預(yù)器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并節(jié)省了蒸汽暖風(fēng)器的抽汽，提高了全廠熱效率。

　　在不需要對(duì)空預(yù)器進(jìn)風(fēng)加熱時(shí)，系統(tǒng)以低溫省煤器方式運(yùn)行，選取合適的低溫省煤器進(jìn)水溫度，保證換熱器的最低壁溫高于酸露點(diǎn)溫度，確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。但該運(yùn)行方式存在著換熱器泄漏影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題。

　　常海青等人[17]對(duì)以上系統(tǒng)做出了改進(jìn)，提出了一種電廠鍋爐煙氣余熱的深度回收利用及減排系統(tǒng)，其系統(tǒng)圖如圖3所示。該系統(tǒng)包含三級(jí)換熱器，第一、第二級(jí)換熱器布置在空預(yù)器和除塵器之間，第三級(jí)換熱器布置在增壓風(fēng)機(jī)和脫硫塔之間；第一級(jí)換熱器回收的煙氣余熱用于加熱凝結(jié)水，第二、第三級(jí)換熱器回收的煙氣余熱作為暖風(fēng)器的熱源，用于加熱進(jìn)入空預(yù)器的空氣。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)低溫省煤器無(wú)法深度回收煙氣余熱的缺陷，可以實(shí)現(xiàn)深度回收煙氣余熱和降低粉塵排放濃度的目的，并具有一定的節(jié)水作用。該技術(shù)目前已在國(guó)電福州電廠#2機(jī)組成功應(yīng)用，節(jié)能效果顯著，西安熱工院提供的性能試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)投運(yùn)后，節(jié)約標(biāo)煤耗4.9g/(kwZh)。

　　4.新型電站鍋爐余熱利用綜合優(yōu)化系統(tǒng)

　　新型電站鍋爐余熱利用綜合優(yōu)化系統(tǒng)如圖4所示[1,18-19]。該系統(tǒng)即為圖4中的虛線部分，煙氣-空氣換熱系統(tǒng)分高溫段和低溫段兩級(jí)布置，中間布置一級(jí)低溫省煤器。省煤器后的煙氣在經(jīng)過(guò)高溫空預(yù)器后，進(jìn)入低溫省煤器進(jìn)行換熱，加熱機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)的低加凝結(jié)水；經(jīng)過(guò)低溫省煤器換熱后的煙氣，在經(jīng)過(guò)除塵設(shè)備后進(jìn)入低溫空預(yù)器進(jìn)行換熱。

　　兩級(jí)空預(yù)器為串聯(lián)布置方式，常溫的空氣依次經(jīng)過(guò)低溫空預(yù)器和高溫空預(yù)器，加熱到機(jī)組所需的熱風(fēng)溫度，完成空氣的預(yù)熱。在該優(yōu)化系統(tǒng)中，考慮了煙氣-空氣換熱系統(tǒng)，對(duì)鍋爐尾部受熱面的煙氣、空氣、凝結(jié)水三者進(jìn)行全局性優(yōu)化，使鍋爐尾部煙氣余熱利用最大化，增大了機(jī)組余熱利用的節(jié)能效果。

　　該優(yōu)化系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

　　1）低溫省煤器布置在兩級(jí)空預(yù)器之間，與凝結(jié)水進(jìn)行換熱的煙氣溫度較高，可使用溫度較高的凝結(jié)水對(duì)煙氣余熱進(jìn)行回收，節(jié)省更高等級(jí)的汽機(jī)抽汽，汽機(jī)效率明顯提高，節(jié)約標(biāo)煤量更高；而且由于煙氣側(cè)溫度較高，低溫省煤器運(yùn)行溫度較高，不存在換熱器的低溫腐蝕問(wèn)題。

　　2）該優(yōu)化系統(tǒng)中，空氣與煙氣分兩級(jí)進(jìn)行換熱，傳熱溫差降低，減少了空預(yù)器的傳熱?損失，提升了空預(yù)器的能量利用效率。

　　但該系統(tǒng)需要對(duì)空預(yù)器及低溫省煤器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)組的改造量較大，需要的改造空間較大，投資較高。

　　5.結(jié)論

　　由于國(guó)內(nèi)的燃煤條件復(fù)雜，煤質(zhì)的穩(wěn)定性較差，而且在役機(jī)組存在改造空間有限等問(wèn)題。因此，對(duì)于需要進(jìn)行尾部煙氣余熱回收的現(xiàn)役機(jī)組，可以采用低溫省煤器、低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)或前置式空預(yù)器與低溫省煤器的組合系統(tǒng)對(duì)煙氣余熱進(jìn)行回收，但必須綜合考慮燃煤質(zhì)量、電廠運(yùn)行水平、改造空間、改造工程量、投資及收益等因素。

　　而對(duì)新建機(jī)組，則可采用低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)、前置式空預(yù)器與低溫省煤器的組合系統(tǒng)或新型電站鍋爐余熱利用綜合優(yōu)化系統(tǒng)。在機(jī)組的設(shè)計(jì)階段，綜合考慮燃煤條件、換熱器的運(yùn)行參數(shù)、投資與收益等因素，在實(shí)現(xiàn)煙氣余熱回收的同時(shí)，提高機(jī)組的熱效率，減少粉塵、SOX等污染物的排放。

　　噴淋吸收式煙氣余熱回收利用技術(shù)

　　1技術(shù)名稱：噴淋吸收式煙氣余熱回收利用技術(shù)

　　2技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍：建筑領(lǐng)域供熱行業(yè)，針對(duì)燃?xì)忮仩t、燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)、燃?xì)鉄犭娎渎?lián)供系統(tǒng)煙氣余熱回收。

　　3與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀：

　　目前，我國(guó)供熱領(lǐng)域的天然氣供熱方式包括燃?xì)忮仩t、燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)、燃?xì)鉄犭娎渎?lián)供三種方式，其中最主要的是燃?xì)忮仩t和燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)，燃?xì)忮仩t供熱能耗約31.7Nm3天然氣/GJ，燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)約11.4Nm3/GJ，對(duì)應(yīng)單位GJ供熱量的CO2排放量為22-61kg/GJ。燃?xì)忮仩t的排煙溫度普遍在100℃左右，排煙熱損失約占總能耗的15%左右。

　　4技術(shù)內(nèi)容：

　　1.技術(shù)原理

　　采用直接接觸式換熱與吸收式熱泵相結(jié)合的方式對(duì)天然氣煙氣余熱進(jìn)行深度回收利用的新工藝。利用天然氣燃燒過(guò)程中的不可逆損失，增設(shè)吸收式熱泵與直接接觸式煙氣冷凝換熱器(煙氣換熱塔)，以天然氣為驅(qū)動(dòng)能源，驅(qū)動(dòng)吸收式熱泵產(chǎn)生冷介質(zhì)，該冷介質(zhì)與煙氣在噴淋式直接接觸式換熱裝置中換熱，冷介質(zhì)溫度升高后送入吸收式熱泵中放熱。直接接觸式換熱方式極大地增加了氣-液兩相接觸面積，能夠快速完成傳熱和傳質(zhì)，煙氣和水在很小溫差下即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定接觸換熱,無(wú)需金屬換熱面，降低了煙氣側(cè)阻力，減小了換熱器的體積，大幅度降低了換熱器成本。煙氣的排煙溫度最低可達(dá)20℃以下。同時(shí)，通過(guò)深度回收冷凝熱，使冷凝水回收再利用成為可能，減少了廢氣中NOx等污染物排放。

　　2.關(guān)鍵技術(shù)

　　(1)大功率直接接觸式煙氣冷凝換熱器的設(shè)計(jì)和制造;

　　(2)專用吸收式熱泵的流程優(yōu)化、設(shè)計(jì)和制造;

　　(3)噴淋吸收式煙氣全熱回收利用系統(tǒng)的集成與優(yōu)化運(yùn)行。

　　3.工藝流程

　　燃?xì)忮仩t房中的應(yīng)用為例，在燃?xì)忮仩t房增設(shè)專用吸收式熱泵與直接接觸式煙氣冷凝換熱器，吸收式熱泵以天然氣為驅(qū)動(dòng)能源，驅(qū)動(dòng)吸收式熱泵產(chǎn)生冷介質(zhì)，該冷介質(zhì)與煙氣在煙氣冷凝換熱器中換熱，換熱過(guò)程采用噴淋式直接接觸式換熱裝置，使系統(tǒng)排煙降溫至露點(diǎn)溫度以下，煙氣中的水蒸汽凝結(jié)放熱，達(dá)到回收煙氣余熱及水分的目的，熱網(wǎng)回水首先進(jìn)入吸收式熱泵中被加熱，然后進(jìn)入燃?xì)忮仩t加熱至設(shè)計(jì)溫度后送出，完成熱網(wǎng)水的加熱過(guò)程。燃?xì)忮仩t的排煙從與吸收式熱泵的排煙混合后進(jìn)入煙氣冷凝換熱器中，系統(tǒng)排煙溫度降低到20℃以下后送回?zé)焽柚信欧胖链髿?。噴淋吸收式煙氣余熱回收系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖1。

　　(注：在燃?xì)怆姀S中應(yīng)用時(shí)，可利用燃?xì)鉄犭姀S的抽汽作為專用吸收式熱泵的驅(qū)動(dòng)熱源;在燃?xì)鉄犭娎渎?lián)供系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，可利用發(fā)電機(jī)排出的高溫?zé)煔庾鳛闊岜玫尿?qū)動(dòng)熱源。)

　　5主要技術(shù)指標(biāo)：

　　1.在避免了露點(diǎn)腐蝕的情況下，燃?xì)忮仩t的排煙溫度可達(dá)20-30℃。

　　2.燃?xì)忮仩t房可節(jié)能10%-15%;在燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)及熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中，供熱節(jié)能20%-26%。

本文鏈接：http://www.emerald.net.cn/post/41.html

轉(zhuǎn)載聲明：本站發(fā)布文章及版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載本站文章請(qǐng)注明文章來(lái)源！