电厂锅炉烟气余热回收利用分析

电厂锅炉烟气余热回收利用分析

郭星侯文博

京能集团山西漳山发电有限责任公司046021

摘要：随着科学技术水平的不断发展，在电厂锅炉使用过程中，如果可以很好的利用烟气余热资源，不仅可以大大降低对环境的污染，而且可以节约能源，大幅度提升能源的利用率。本文笔者阐述了电厂锅炉烟气余热利用原则，探讨了电厂锅炉烟气余热利用技术，并分析了烟气余热深度利用。

关键词：电厂锅炉；烟气余热；回收利用

引言

我国燃煤电厂锅炉为社会提供大部分的电能输出，同时也消耗了大量煤炭资源和工业水资源。一般锅炉的排烟温度常常偏高，尾部烟气除尘后直接送到脱硫塔中，用喷雾冷却并湿法脱硫后即被排入大气，大量排烟余热未加利用，造成余热浪费。电厂锅炉排烟温度过高，不但影响到电厂的热经济性，而且影响到空气预热器及布袋除尘器的安全运行。随着电力体制改革和国家对节能减排的日益重视，电厂相关管理人员对烟气余热回收利用也越来越重视。

一、电厂锅炉烟气余热利用原则

根据余热资源的数量和品位以及用户的需求，尽量做到能级匹配，在符合热力学原则和技术经济原则的条件下，选择合适的系统和设备使余热发挥到最大限度。

（1）尽量减小热损失

系统的热损失主要是由于不可逆过程造成的，如何减少不可逆损失即为烟气余热利用过程中基本原则。必须根据实际需要按质按量供能，一方面需要减少传热过程中传热温差、避免节流和摩擦等不可逆损失，另一方面在数量上满足热用户的需要，而且质量上更要匹配热能品味。

（2）应用总能系统

总能系统是根据烟气余热能量品位的高低进行能量匹配和梯级利用，安排好动能、热能、势能与内能等多种能量之间的配合与转换利用。不仅要考虑热力、经济、环保等目标和因素，还要全面综合提供设备系统的能源利用率，达到能源利用最优值。通常所见的总能系统应用广泛，例如联合循环，热电联产，热电冷联产，多重联合循环系统以及总能工厂系统等。

需要特别注意的是，余热利用是为了节约能源消耗，提高能源利用率，不能仅仅为了回收而回收。在选择余热利用方案之前要做的是全面调研系统本身是否有提高的潜力，回收余热后提高了系统热效率是否还能保证系统正常运行，且加装了余热利用装置是否能减轻污染排放，技术经济方面是否可行。只有综合考虑了以上种种问题才能切实可行的进行余热利用。

二、电厂锅炉烟气余热利用技术

火电机组常应用提高汽水参数的方式来提高机组效率，例如发展超临界及超超临界机组，但是此方法受到材料等方面的制约；另一种常用的火电机组节能的有效途径是通过增设受热面来回收利用烟气余热。回收的烟气余热一般用来加热凝结水以节省抽汽、预热冷空气、有机朗肯循环发电、预热并干燥煤粉或用于区域供冷供热等。

（1）加热凝结水

利用烟气余热通过低温省煤器加热引自回热系统的低温凝结水，可减少部分汽机抽汽，从而增加机组净出功。

（2）预热冷空气，提高锅炉效率

传统的机组一般采用低压抽汽蒸汽暖风机来预热冷空气，若利用烟气—空气换热器代替暖风机，可以减少甚至取消暖风机的抽汽，所节省的低压抽汽返回汽轮机继续做功，增加机组净出功，同时进入空气预热器的冷一、二次风经过预热提高了入口温度，最终使进入炉膛的热风温度得以提高，增加了锅炉效率。

（3）干燥褐煤，减少系统能耗

褐煤的含水量高达60%以上，是一种低热值煤炭。利用烟气余热干燥褐煤后，褐煤的含水量显著降低，发热量大幅提高。据资料显示，利用300MW褐煤锅炉机组，燃煤量降低34%，风机电耗降低29.9%，锅炉效率提高约1.16%，同时可大幅降低制粉系统的功耗。

（4）区域供冷供热，能量梯级利用

利用低温烟气作为吸收式制冷机的热源以制冷，可实现冷热电三联产。这种方式可以实现能量的梯级利用，只是设备和工艺流程更为复杂。在北方冬季供暖地区，可以采用低温烟气来加热热网水，以减少低压蒸汽的抽汽量，提高机组效率。但由于热网水的温度较低，换热器的低温腐蚀问题比较严重。

三、烟气余热深度利用

1、烟气余热深度利用具体方案

余热回收方案可以采用相对简单、非相变换热、单级串联布置的节能型方案，该低省布置在电除尘器之后脱硫塔之前，经济可行，有利于更多地回收烟气余热量，关键在于低温腐蚀的有效控制和低省出口烟温的调节。为此，为了回收热量最大化以烟气酸露点值为低省出口烟温设定值。取自汽轮机某级低压加热器（简称低加）的凝结水在低省内吸收烟气余热，自身被加热后再返同汽轮机高一级低加中，代替部分低加的作用。在发电量不变的情况下，可节约机组的能耗，同时进入脱硫塔的烟温下降也节约脱硫工艺水的消耗量。低省中凝结水量的控制是通过调节低省给水出口电动调节阀，根据阀门开度来调节进入低省的给水水量，从而改变换热量来控制低省壁温和低省出口烟温。使低省出口烟温尽量逼近烟气酸露点实时计算值，这样既能充分利用烟气余热又能避免低温腐蚀。为换热效果最佳，低省内烟气和凝结水一般均采用逆向对流方式。关于进入低省中的凝结水的引入和引出位置，综合考虑传热温差和低温腐蚀等因素，凝结水进口温度为60℃～80℃之间较为合适。

2、低省出口烟温优化控制方案设计

随着人工智能技术的发展，人工神经网络也得到了越来越广泛的研究和应用。人工神经网络在建模和控制方面有着独有的优势，如对具有大惯性的复杂非线性系统的网络模型精度要求不是很高，可以以任意精度逼近任意非线性函数，有很强的自学习自适应复杂多变量系统的能力，并行计算速度快，有较强的鲁棒性和容错性等。但是目前常用的前馈神经网络属于静态神经网络，它存在非线性逼近能力有限、易出现建模误差、网络训练完成权值固定后对动态误差不能及时修正、难以做到更好的实时控制等不足。针对这些缺陷，动态递归神经网络（DRNN）可以利用神经网络内部的状态反馈机制来解决，动态网络可以较好地描述非线性系统的动力学行为和动态特性，再加上记忆历史信息的功能，对增强动态控制有明显的优势。即使采用简单的动态网络也可以很好地反映实际问题的动态特性，这一优点是静态网络远远不及的。因而DRNN更适合用于复杂的非线性、时变的热工动态系统的建模和控制。时变的热工动态系统的建模和控制。

DRNN由于其内部固有的反馈机制和良好的动态映射能力，网络往往不需要很复杂就可以描述复杂的动态控制过程，且具有较强的抗干扰性能。DRNN就其内部反馈机制不同可以分为全局反馈DRNN和局部反馈DRNN，前者是把系统的输出通过有记忆功能的关联层反馈给下一时刻系统的输入，后者是把当前时刻的输入反馈给下一时刻来增加动态性能，其本质区别在于网络的复杂程度不同。动态反馈机制一般是在网络中加入一个延时因子来处理，全局反馈的网络参数较多，常显得系统复杂，容易出现稳定性差、收敛时间长及训练容易波动等问题，而局部反馈网络不具有全局反馈的存储较多历史数据的动态性能较好的优点。因此我们可以结合全局反馈和局部反馈的相对简单的混合型DRNN（MDRNN），这样既避免系统过于冗余使稳定性变差又使得能够很好地反映动态过程。

结束语

燃煤电厂锅炉普遍存在尾部烟气余热未经利用便直接排向大气的问题，对尾部烟气的余热进行回收利用不仅可以提高电厂的热经济性，而且在减少动力用煤燃烧的同时，还能减轻对环境的污染。因此，燃煤电厂锅炉烟气余热的回收利用，对于节能降耗和提高电站机组的经济性具有重要的实际意义。

参考文献

[1]邓健玲，黄圣伟.电站锅炉高效烟气余热回收系统[J].华东电力，2013，41（1）

[2]姚振刚.燃煤电站锅炉烟气余热回收利用[J].东北电力技术，2013，34（4）