燃煤锅炉烟气余热回收系统的性能分析

燃煤锅炉烟气余热回收系统的性能分析

明旭东

（桦川协联生物质能热电有限公司黑龙江佳木斯154005）

摘要：现阶段，随着社会的飞速发展，我国的科学技术的发展也有了很大的提高。增设低温省煤器是降低火电机组排烟温度、有效利用烟气余热并回收水分、提高机组热经济性的有效措施之一。对烟气余热利用和水分协同回收系统进行计算和分析，设计6种不同的集成方式，分析出口烟温和进水流量对系统性能的影响，基于标煤降低值和水分回收效率，选出最优的集成方案。结果表明，采用锅炉排烟余热及水分协同回收技术方案，设计工况下可降低供电煤耗率3.06g/kWh，节水量达59t/h，节能效果显著。

关键词：燃煤锅炉；烟气余热；回收系统；性能分析

引言

中国的燃煤电厂在提供电能的同时消耗了大量的煤炭资源，电站锅炉作为电厂的主要设备之一，其效率会影响电厂整体的经济性，降低锅炉热损失能有效地提高锅炉效率，而排烟热损失占锅炉热损失的比重最大，因此通过余热回收系统来回收烟气余热是重要的节能措施。

1烟气余热利用装置现状及发展趋势

在锅炉排烟余热的回收系统中，煤作为主要燃料燃烧后会产生SOa，SO：等腐蚀性很强的气体，SO：在烟气温度降低到一定程度时（<2000C）遇水蒸气会生成硫酸蒸汽，且当SO：含量到达0.005%时，烟气的露点温度就会升高到1500C之上，使设备出现严重的低温腐蚀，影响机组的安全运行，造成严重的经济损失有效的解决低温腐蚀是提高烟气利用率的重要方法之一，通常采用控制换热管的管壁温度、采用耐腐蚀的材料以及降低SO：含量等方法来控制低温腐蚀，但这些方法只能缓解一定程度上的低温腐蚀，且投资成本会增加。目前，在燃煤锅炉中普遍采用钢管省煤器，管材一般为20号碳钢，其具有结构紧凑强度高、能承高压、运行可靠等优点，但面临磨损、积灰、堵塞、低温腐蚀的问题，机组的安全稳定性会大大降低。与金属不锈钢相比，氟塑料（聚四氟乙烯）能有效地解决低温腐蚀问题，它的物理化学性质稳定，耐高温且耐低温，它的表面光滑、自由能度比较低，摩擦阻力小、不易结垢且抗腐蚀性能好，特别是在低速、高负荷时，它的摩擦系数可低到0.04。由于氟塑料的热导率仅为0.18}0.24W/（m}K），导热能力较金属材料较差，尽量采用薄壁小直径管，管径的取值范围一般为3mm-6.4mm之间[[36]，这样不仅能使管壁的导热热阻大大降低，还能实现在相同体积内包容更大的传热面积。虽然造价比金属低温省煤器高，但它所能利用的烟气余热多且寿命长，长期使用经济效益是很显著的。

2烟气余热利用现状

在电厂中增设低温省煤器是最常用的传统烟气余热利用方式，低温省煤器是在锅炉尾部烟道中的省煤器后再布置一级省煤器来降低排烟温度，提高了整个机组的经济性。目前，对低温省煤器的研究主要有理论研究和数值模拟研究。近年来很多国内外学者从余热利用途径、余热回收装置的布置位置及集成方式等方面对烟气的余热回收进行了深入研究并进行了优化设计。但理论研究无法得知低温省煤器内部详细的流场及流动换热特性，且数值模拟计算周期短，因此，如果在一定的理论研究基础上结合数值模拟研究，可以准确、方便、快速的解决一些复杂的问题。

3烟气余热及水分协同回收系统与回热系统的集成

针对烟气余热利用和水分协同回收系统与回热系统的集成方式，提出6种不同的集成方案，包括1号低温省煤器与回热系统串联、单级并联、跨级并联以及串并联混合。由于吸收塔出口烟气温度，即2号低温冷却器入口烟气温度，一般在50℃左右，4个低加的入口水温中，只有8号低压加热器的入口水温低于50℃。因此，2号低温冷却器与回热系统只能以串联方式集成，8号低压加热器入口水经2号低温冷却器，引回7号低压加热器入口。方案1：1号低温省煤器串联于H8与H7之间，此种情况下，给水经过低温省煤器加热后进入7号低压加热器。由于新增管道，会使凝结水的流阻增大，需要凝结水泵的压头升高。方案2：1号低温省煤器与H7串联，加热8号低压加热器的凝结水。由于该低温省煤器与7号低加处于并联状态，此种方式排挤了机组的7段抽气，被排挤的抽气返回汽轮机做功，由于是并联布置，所以不会造成凝结水流阻的增加。方案3：1号低温省煤器与H8、H7跨级并联，凝结水从8号低加入口引出部分水经低温省煤器加热后引入6号低加入口。由于该低温省煤器与7、8号低加处于并联状态，因此，不会造成凝结水流阻的增加。方案4：1号低温省煤器与H7、H6跨级并联，凝结水从7号低加入口引出部分水经低温省煤器加热后引入5号低加入口。由于该低温冷却器与2、3号低加处于并联状态，因此，不会造成凝结水流阻的增加。方案5：1号低温省煤器与H8并联、H7串联，1号低加入口管道引出部分给水与1号低加出口管道引出部分给水混合，混合水经低低温省煤器加热后，引入2号低加入口。由于该低温冷却器与1号低加处于并联状态，因此，不会造成凝结水流阻的增加。方案6：1号低温省煤器与H7并联、H6串联，从7号低加入口管道和出口管道引出给水混合后进入低温省煤器吸热，引入6号低加入口。由于该低温冷却器与7号低加处于并联状态，排挤了7号低加的抽气，被排挤的抽气返回汽轮机做功。由于并联布置，所以不会造成凝结水流阻的增加。热经济性评价以等效焓降法为基础，将烟气加热凝结水的热量按照纯热量加入系统来计算烟气余热利用的热经济性。在针对纯热量加入系统时，等效焓降法只考虑其对部分系统产生的影响，使得计算简单且结果符合工程需要。对于有回热抽汽的汽轮机组，热量Q利用在能级j的回热加热器上，从而节省j级回热抽汽，使系统新蒸汽等效焓降增加。优的集成方案是1号低温省煤器与H7、H6跨级并联方案4。分析该方案下冷却水进水流量对煤耗降低值的影响。当8号低加入口进水流量分别为144897kg/h，289794kg/h，434691kg/h，579588kg/h，724485kg/h时，标准煤降低值计算结果如图5所示。H7、H6跨级并联的低加入口进水流量越多，标准煤降低值越高，因为8号低加进水流量的增加导致热量在7号低加上的利用量增大。且在同一进水量下，出口烟温越低，标煤降低值越高。

结语

1）低温冷却器与回热系统采用不同的集成方式，节能效益也不同。2）1号低温冷却器出口温度越低，节能效益越高，但出口温度的降低导致了吸收塔烟气出口温度越低，烟气中水蒸气含量越低，故2号低温冷却器水分回收量越低，同时水蒸气放出的汽化潜热减少，余热回收节能效益稍有降低。综合来讲降低出口温度总体的节能效益还是显著升高的。3）1号低温冷却器与回热系统有串联、单级并联、跨级并联和串并联混合等多种集成方式，不过由于2号低温冷却器的进口烟气温度只有50℃左右，故只能串联在轴封加热器和ＲH1之间。4）低加入口进水量增加，标准煤降低值升高，且在同一进水量下，出口烟温越低，标准煤降低值越高。

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