陈龙
华电国际邹县发电厂，山东 济宁 273522
摘要：现阶段，我国的电厂建设的发展迅速，锅炉排烟损失约占锅炉热损失的60%-70%，而排烟损失的主要指标是排烟温度。一般来说，锅炉排烟温度每提高10K，锅炉排烟损失升高0.6%-1.0%。在锅炉尾部烟道中加装换热设备，回收烟气余热，回收的热量在采暖期加热热网水，在非采暖期进入汽轮机回热系统，有利于提高机组热效率，节约能源。国外方面，原苏联很多供热电厂在优化改造锅炉烟道时，在锅炉下部对流竖井内设烟气余热利用换热器，以加热热网回水，减少排烟损失；德国某2台800MW褐煤电厂在电除尘器和脱硫塔间增设了烟气余热利用换热器，利用烟气余热加热凝结水，以降低机组热耗；德国某1000MW褐煤电厂采用烟道旁路系统降低锅炉排烟温度，降低排烟损失，把烟气余热利用换热器配置于空气预热器的旁路烟道上，在烟气热量充裕的运行工况下将部分高温烟气引入到旁路烟道中加热高压给水。
关键词：燃煤电厂；烟气余热利用；节能；环保技术分析
引言
燃煤锅炉的烟气排放量巨大，导致大量的排烟热损失，有效利用烟气余热对提高燃煤锅炉能量利用效率、降低煤耗有重大意义。鉴于目前燃煤锅炉采用的余热利用方式效率低、易腐蚀等问题，高效安全的技术成为余热利用领域的研究热点。对现阶段的实用技术，如低温省煤器、有机朗肯循环等烟气余热利用方式进行了分析总结。针对燃煤锅炉的特点，对烟气余热利用的安全问题进行分析，并讨论扩展受热面和强化换热等提高烟气余热利用的主要途径，如采用螺旋翅片管、H型翅片管、多孔表面管及烟气深度冷凝。
1 余热利用方式
燃煤锅炉排烟温度一般低于250℃(工业燃煤锅炉排烟温度为150～240℃，电站燃煤锅炉排烟温度为110～150℃)，属于低温余热。若能有效地回收利用燃煤锅炉的排烟余热，对于提高燃煤锅炉的能源利用效率、减少燃煤使用量、降低污染物排放有重大意义。低温省煤器、有机朗肯循环等是现阶段燃煤锅炉低温烟气余热回收的利用形式。
1.1 低温省煤器
低温省煤器是将回收的烟气余热注入汽轮机回热系统，减少回热系统的抽汽量，增加汽轮机做功。因此，在锅炉尾部空气预热器出口设置低温省煤器是现阶段应用最广泛、技术最成熟的燃煤电站锅炉冷端梯级利用系统。对某350MW供热机组进行低温省煤器改造，发现增加低温省煤器后每年单台机组节约标煤7273t。对低温省煤器进行了深入研究，结果表明低温省煤器的节能效果受锅炉和回热系统的耦合影响;另外，通过技术经济性计算分析得到了最佳的余热利用不是随回收余热量增加而增加，而是存在一个最优值。对低温省煤器进行了详细地热力学分析和优化，结果表明加装低温省煤器后第二定律和热平衡效率均有所提高，因此这两个参数可以作为评估低温省煤器的经济性指标。利用粒子群算法优化了低温省煤器的结构参数，并得到了收益最大的运行条件。低温省煤器安装在烟道下游，具有简单易行等优点，并且结构紧凑、投资低、减少煤和水的消耗，这使得低温省煤器改造在国内广泛应用。但是，目前影响余热利用的关键问题是低温腐蚀，而其腐蚀过程是一个复杂的理化过程，需要进一步进行内在机理的研究，对指导余热利用系统的设计和运行都有重要的意义。
1.2 有机朗肯循环
有机朗肯循环是燃煤电站锅炉余热合理利用的方式之一，其工作原理是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，工质在较低温度下进行蒸发、膨胀做功和凝结等过程，能够有效回收低温余热。基于有机朗肯循环使用不同工质进行研究，并分析了余热回收系统性能和参数优化。研究了不同沸点工质对燃煤机组循环发电能力和效率的影响，研究表明乙醇为循环工质时循环的热效率达到最高，而工质为六氟丙烷时循环的发电能力最高。在使用临界温度较低的工质时，效率随余热温度的升高而升高。使用干的碳氢化合物流体作为工质的有机朗肯循环的系统效率。研究了热力学参数对有机朗肯循环性能的影响，并对每种工质的循环热力学参数进行了优化。以电站锅炉烟气作为热源，建立了有机朗肯循环系统的换热模型，并分析了烟气流量和工质流量等运行参数对换热过程的影响。不同的有机工质对有机朗肯循环起着决定性的作用，有机工质的优化选择是提高循环系统性能的关键因素。另外，有机朗肯循环系统性能也受到外界因素的影响，如热源温度、环境温度等。研究了热源温度对有机朗肯循环系统性能的影响，结果表明热源温度越高，系统的热效率和输出功率越高。有机朗肯循环系统的循环热效率随冷凝温度的升高而降低。这是由于冷凝温度是由环境温度决定的，即在环境温度较低的区域，有机朗肯循环系统的循环热效率会更高。
2 热力系统配置方案
根据供热电厂的设计特点，对于烟气余热利用换热器水侧系统的设置，建议在采暖期利用烟风道尾部烟气的余热提高部分热网水的温度，回收烟气余热；在非采暖期，利用烟风道尾部烟气的余热用于加热换热部分凝结水，排挤低压加热器（简称低加）的抽汽量，提高机组能源利用率。由于采暖期与非采暖期加热的对象不同，因此烟气余热利用换热器水侧系统设置须要根据机组运行负荷特性变化进行调整。烟气余热利用换热器中的烟气与主机凝结水、热网水直接传热，热网水和凝结水之间可采用阀门控制方式进行切换。机组运行在采暖期时，开启热网水进出口阀门组，关闭凝结水进出口阀门组，利用锅炉尾部烟气的余热加热热网水。机组运行在非采暖期时，首先关闭热网水进出口阀门组，开启热网水侧排污阀门组将热网水排放掉；其次开启凝结水进口及排污阀门组，采用凝结水冲洗管道，待管道内工质满足凝结水水质要求时，开启凝结水出口阀门组，凝结水加热系统投入运行。考虑到锅炉尾气烟气的余热为低品位热能，热能回收利用需要付出较大的经济代价，若选用二次循环间接加热模式，增加了初投资，且换热效率也显著降低。另外，烟气余热利用换热器的设计应充分考虑烟气对换热元件腐蚀的影响，换热元件应满足烟气与热网水或凝结水直接传热的运行要求。综上，参考供热机组典型设计，推荐采用一次循环直接加热方式，并以此为基础进行热经济性比较。
3 结论
燃煤发电厂进行烟气余热回收利用技术改造，不仅是为了提高电厂的经济效益，也是电厂回应大众保护环境呼声的社会责任。当已建成的燃煤发电厂进行烟气余热回收利用技术改造时，需要根据自身实际情况，充分考虑项目现场实际的位置空间、温度条件、投资性价比等，以及既有环保设施情况，全面统筹考虑选择最适合的技术改造方案，并推荐采用两级节能系统的技术方案。
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