火电厂烟气余热利用及深度治理综合技术应用

火电厂烟气余热利用及深度治理综合技术应用

何斌

华润电力广西公司 广西贺州 542709

摘要：应对能源日益降低、社会经济发展变缓、自然环境严重恶化的世界环境，火电厂的未来发展受到严重牵制。因此，如何利用相对有限的能源来实现它的经济价值，降低能源损失尤为重要。对火电厂烟气余热综合利用技术实现了解析和讨论，关键讲解了汽水系统和锅炉排烟系统余热综合性利用技术性，最后，结合国内某火力发电厂350 MW烟气余热梯级利用的实例，对该项目的实际应用进行了论证。

关键词：火电厂申厂；烟气；余热；综合技术

引言

通过对电厂锅炉废气、锅炉持续排放污水、炉底排渣产生的热量进行综合利用，将其转化为有效的社会效益和生态效益。目前，余热利用有多种形式，例如利用锅炉烟气余热加热水锅炉节能器、利用烟气余热作空气预热器热源、利用锅炉持续废水处理余热加热锅炉给排水、利用炉底渣余热加热锅炉燃烧气体和给排水等。除了常规的废热利用方式外，还有一种直接利用锅炉进行废水排放的电厂装置，以及深层利用锅炉尾部烟气的余热的综合技术。重点详述汽水系统软体废热与锅炉排风系统的综合利用技术，并结合应用实例进行了应用分析。

一、选题背景

火力发电厂通称火电厂，它是将煤等燃料经加热加热后产生的水蒸气转换为电力。在火力发电厂中，一般选择燃气和蒸汽，而小型的火力发电厂则选择使用内燃机。

火力发电厂在我国电力供应中占有重要地位，其发电量占全国总发电量的百分之七十。但是，中国作为世界上最大的发电国家，其发展速度也最快，给电网带来了巨大的影响。由于目前我国的原煤市场化，每年对燃煤等能源的消耗都在不断增加，而精煤的发展也十分明显。此外，随着可持续发展的生态理念，燃煤电厂对环境造成的破坏已成为全球关注的焦点。在国家发展的大环境下，怎样充足利用火电厂烟气余热是近些年环保节能的要点之一^[1]。

二、烟气余热综合利用技术

在火电厂的正式运转中，发电量造成的烟气余热的综合利用是一项比较复杂的工程。其关键问题在于，当超低温工况下，锅炉排出的烟气余热通过基础冷却塔排出时，将会对锅炉尾部的热传导面积造成不利影响。伴随着温度差的扩大，热传导总面积会缩小，造成排烟系统阻隔屏障大，对风机等相应机器设备规定高，烟气余热综合利用成本相对高。与此同时，假如排烟系统温度低，会加重排烟系统受热面金属材质的侵蚀，减少锅炉的使用期限。随着新工艺的发展，火电厂的烟气余热综合利用有很多的技术，其中应用最广泛的就是汽水系统和锅炉排烟系统。

1.汽水系统余热利用技术

现阶段加热炉汽水系统余热回收利用利用主要包含两个层面：一是将连续的直接引入电加热炉加热加热炉，这也是常规的废热利用方式，但利用率低；二是采用燃煤电站加热器对废水进行连续排放，剩余高质量的热能作功，再由发电机驱动发电。所产生的蒸汽混合物被输送到热水厂，用于生产热水或用于家庭供热。那样可以完全回收利用余热。这里的发电厂设备是利用持续排出的排气管所产生的热量来对螺杆进行加热，让引擎膨胀，再由联轴器带动发电机^[2]。

作功后，排出来的高溫水蒸气混合物质最先进到设备内的阳阴螺杆的齿槽A，使螺杆转动。随着螺旋轴的旋转，凹槽 A逐渐地向 B、 C、 D方向移动，在此过程中，螺旋的尺寸逐渐增大，水冷却膨胀，最终从尾部的齿槽 E排出。所产生的旋转驱动力通过耦合器的管子螺纹向发电机输送，带动发电机产生电能。对于过热蒸汽，饱和蒸汽，汽水混合物，高含盐量的低质量液体，即使在加热炉管与废水处理系统不均衡的情况下，也能实现无人运行。

2.锅炉排烟系统余热利用技术

在中国火电厂中，锅炉排烟系统温度一般在一百二十五到一百五之间 ，高排放烟气造成的热量损耗成为火力发电企业面临的一个重要问题。现阶段，大部分余热回收利用方式是在排烟系统中安装烟气冷却器。余热根据气体或水等传热物质传至锅炉给水系统或送风系统，通过对助燃空气和冷凝水进行加温，实现了节约能源。但烟气制冷后，烟气中的一些酸碱性腐蚀气体如SO2会凝固，会腐蚀管道的内壁，因而在具体运用中也有许多问题必须处理。

近些年，烟气深层冷却器在欧洲国家获得运用，可以大幅度降低烟气温度。在芬兰应用时，记录到烟气温度从190度降低到90度，环保节能成效显著。通过此冷却装置的高温烟气与其内翅片管束中的冷水发生热交换，从而实现对水的加热。

这样的冷却器依照高低温试验段分离布局，高溫段布局在除尘器前边，超低温段布局在除尘器后边。在设置于收尘器前面的高温区的制冷机可以降低烟道的温度至120左右，这样，在后续的除尘速度下，能够使得除灰的实际效果更加强大，能耗也更加的低。对于选择除尘器的装置，由于降低了管道内的烟气温度，可以延长装置的寿命。除尘后的冷凝器能产生冷凝烟气，使废热得到最大限度地发挥。

选用这类冷却器布局对策的余热回收利用设备适用于下列三种状况：一是在新建项目对烟气温度比较敏感时，采用了布袋除尘器；二是在130~150℃以上的除尘器进气温度，以及在400 Pa左右的增压风机的改造中；三是在130℃左右的烟气温度，在除尘器后面安装高、低温一体冷却器是不够的，而且增压风机有400 Pa左右的余量。

除了上述结构之外，冷冻装置中的高温度区域和超低区域可以整体或者单独设置在吸尘器装置后面。进度计划应该根据不同的环境和实际需求进行，以实现废物综合利用的最佳实用效益^[3]。

三、烟气余热综合应用实例研究

以中国某火电厂350MW机组烟气余热梯阶利用方案为工程案例，剖析了烟气余热梯阶利用实际效果。该火电厂烟气余热综合利用有两种计划方案，一种是利用烟道的剩余热量来对凝结水中进行加热，这时烟气换热器处的烟气温度相对性较低，端差较小，发热量回收利用较少。而且由于排烟系统的限制，冷却液的最高升温温度仅达到96.7，比104.9的冷却液的水温要低，所以能量的循环利用率也要降低。除此之外，该计划方案初项目投资一千五百五十万余元，总能耗提升约143kW，汽轮机出力提升2608kW，热耗减少58.1 kJ/kWh。另一种方案是采用深低温烟道的烟道余热循环系统梯级利用，阶段性利用烟气余热，用烟气热换热器回收利用的热能加温冷二次风。一部分烟气发热量立即传至炉内，等同于提高了系统的输入热量，间接危害锅炉高效率。随着废气的排放，排烟系统的温度和冷却液的水温达到116，比凝结水的入口水温高104.9，提高了能源的循环利用率。除此之外，该计划方案初始项目投资一千九百七十万余元，总能耗提升约237kW，汽轮机出力提升2296kW，热耗减少50.7 kJ/kWh。

从分析的效果来看，方案二烟尘废热综合应用项目二的回收率较方案一缩短，且具有更高的综合效益。其主要原因是：一是将锅炉中的余热全部用于加热，二次烟气冷却系统的二次烟气温度较高，对烟道的废热没有充分地利用。方案二选用烟气深冷却器烟气余热循环系统梯阶利用系统，阶段利用烟气余热，排出的废气热量采用阶梯封闭循环，烟气余热解决各自在高溫段和超低温段开展，除尘器前的排气管温度可制冷至120上下，确保了除尘器的降尘高效率，减少了耗能。随后在超低温段解决烟气余热，充分利用烟气余热，进一步环保节能。但烟气深冷却器余热循环系统梯阶利用系统繁杂，资金投入成本费和运作费用相比较高。两种方法各有利弊，但从长久看来，烟气深冷却器余热循环系统梯阶利用系统更经济，性价比高更高一些。

四、结束语

在我国是电力交易强国，日常生活和社会经济发展都离不了电力使用，而火电厂是国内常用的发电方式，大力推行燃煤锅炉烟尘废热回收利用技术，对改善燃煤机组的经济效益具有重要意义。充分发挥煤炭资源，符合国家的环保发展战略。文中对烟气余热综合利用技术实现了进一步的探讨和剖析，并经过工程案例认证了烟气余热的综合利用使用价值，进而合理地促进了在我国火电厂烟气余热综合应用技术的发展。

参考文献：

[1] 贺志宇. 火电厂烟气余热利用及深度治理综合技术应用[J]. 写真地理, 2020.

[2] 段飞飞, 胡金良, 肖海平. 火电厂烟气余热利用及深度治理综合技术应用[J]. 中国环保产业, 2020(2):5.

[3] 马长亮. 火电厂烟气余热利用系统取水方案优化[C]// 2017燃煤电厂"石膏雨","有色烟羽"深度治理技术交流研讨会论文集. 中国动力工程学会, 2017.