杨利民
石家庄良村热电有限公司 河北省石家庄市 052160
摘要：在我国现役火电机组中，排烟热损失是电站锅炉各项热损失中最大的一项，一般为5%,～8%,，占锅炉总热损失的80%,或更高．影响排烟热损失的最主要因素是锅炉排烟温度，而目前我国火电机组锅炉排烟温度偏高是一个普遍现象，一般维持在110～150℃.通常情况下，排烟温度每升高10℃，排烟热损失增加0.6%,～1.0%,[1]，若以燃用热值为20MJ/kg 煤的410t/h 高压锅炉为例，则每年多消耗近万吨动力用煤。
关键词：电厂燃煤锅炉；烟气余热回收；优化利用；
前言：近年来随着国家对环保的要求越来越严,煤炭的价格也不断上涨,火力电厂的发电成本也不断增加。为了降低成本,不仅可以在生产过程中提高能源的利用率,在烟气排放后也可以采取措施提高能源的利用率,因为火力发电过程中燃煤锅炉的排放温度往往都高于设计值,我们可以在烟气余热回收方面进行进一步的研究,来降低生产成本,增加企业效益。
一 燃煤锅炉烟气余热回收技术
在锅炉的烟气热量中存在显热和潜热两种形式。不同类型的锅炉烟气中含有的水蒸气的含量也不尽相同,燃气锅炉和燃油锅炉在回收过程中不仅要回收显热,还要回收水蒸气冷凝时的潜热,但是对于燃煤锅炉回收的余热主要是显热。目前的烟气余热回收技术主要有以下几种。
1 .1 加装换热器。一般在燃煤锅炉中都装有一些省煤器。省煤器的种类和样式有很多,比如板片式、肋管式、翅片式,但是这种装置也有一些不足,就是热交换率比较低,余热也不能很好地回收。如果在省煤器之后再加装换热器,在热换器的作用下可以把一些燃气热量用来进行材料的预热或者干燥燃料、加热网水等,可以有效提高锅炉的效率。这种方法简单易行,技术也相对成熟,但是受烟气漏点的影响,对烟气余热还无法做到深层的回收。这种方法适用于中小型的燃煤锅炉。
1 .2 热管技术。热管是一种高效的传热设备,它主要通过汽化潜热来传递能量。液体在工质汽化时会吸收烟气的废热,而工质气体在到达冷端后又会释放大量热能。热管具有很多优点,比如尺寸小、传热效率高,还无须外加动力。热管的节能效果很好,发展前景很大。但是目前热管技术的发展也受一些条件的制约,比如所需工质材料要求高,所以目前热管的价格也相对偏高,同时这种新兴的技术目前应用也不是很广泛,实际使用过程中还会出现灰堵或者漏点腐蚀等问题,还需要进一步加强应用。
1 .3 冷凝锅炉。烟气中有大量的水蒸气,水蒸气又含有大量的潜热,一般对烟气的回收没有到达潜热层面,只是回收显热,所以锅炉的热效益并不高。冷凝锅炉技术就是冷凝烟气中的余热,将水蒸气中的显热和潜热加以回收利用,用于加热日常生活用水、锅炉补水等。这种技术不仅使水蒸气的潜热达到最大效率的利用,还会起到保护环境的作用,因为冷凝液会吸收二氧化氮,降低烟气中的酸性成分排放,维护大气成分的平衡。冷凝锅炉适用于水蒸气含量高的燃气锅炉,而燃煤锅炉中水蒸气含量少,不适用冷凝技术。
二、电厂燃煤锅炉烟气余热回收的优化利用
1.燃煤锅炉烟气余热回收技术的应用。以常见的燃煤锅炉为例,对燃煤锅炉烟气余热回收进行分析。其内部虽然装有省煤器,但产生的烟气温度过高,倘若将烟气不加回收就排放,会产生非常大的资源浪费。因为此种锅炉为燃煤锅炉,所以烟气中的水分含量并不多,若采用冷凝技术回收水蒸气资源,成效会不尽如人意。因为回收改造设备本身的成本就比较高,加上水蒸气含量少,可利用性低,所以会出现事倍功半的现象。对燃煤锅炉进行加装换热器设计,即在原有空气预热器尾部及电除尘尾部加装两级烟气冷却器。
使烟气途经空气预热器、一级烟气冷却器、电除尘、二级烟气冷却器后,才进入烟囱。其间供水流程也发生了变化,凝结水在经8号、7号低压加热器后，先经过二级烟气冷却器加热，之后送入一次风机、送风机出口处对风机出口处风温进行加热，利用烟气余热进行暖风，进而提高燃烧效率，换热后的水送回6号低压加热器继续进行加热,再流经其他加热器及省煤器,最后送入汽包。烟气冷却换热器的安装方法,采用的是横水管交错排列形式。换热器加装的位置在烟气温度较低的区域,长时间受低温影响,会加重换热器的腐蚀,这就对换热器提出了更高的要求,不仅要求翅片材质耐低温、耐腐蚀,受热面积也要改造,加大钢管的粗度和厚度,还要保证换热器的低端温度要比烟气露点温度高，最后还要确保引风机的出力正常。
2.近年来，关于温差发电技术在低品位热能回收中的应用研究非常丰富。以大型工业化余热回收为背景的温差发电技术研究，主要集中在发电器件性能的测试和余热回收系统的设计方面。此外，将该技术应用于锅炉尾部空气预热器之后区域，可将电站效率提高约0.5%。本文在结合某2×300MW 电厂燃煤锅炉的实际运行参数和煤质分析的基础上，进行了余热回收系统发电功率、布片面积、冷却水流量及单位发电成本的计算，并进行了利用锅炉排烟余热进行温差发电的优化分析。本文中，余热回收的优化利用了温差发电技术，该技术基于1821 年德国人塞贝克所发现的塞贝克效应而产生，他发现在两种不同导电材料结点( 节) 处有不同的温度会产生一个温差电动势。因此，为获得温差发电片的性能参数，可利用实验台进行测试，通过合适地调整实验台的运行状况，分析温差发电片在电厂运行工况范围内的工作性能。该实验台主要由以下几部分组成：烟道主体、加热炉、发电组块、测量装置、风扇、冷却水箱、循环水泵及循环管路。实验中，选用蜂窝煤为燃料，烟道模型主体由铝制成，四周以串联方式各布置4 片40mm×40mm 规格的温差发电片，并在烟道每面的温差发电片的热端和冷端分别安装一个热电偶，共计8 个。进行数据处理时，温差发电片冷热端温度以热电偶的平均值为准。实验装置采用循环水冷却的方式，控制温差发电片冷端的温度，并维持在20℃左右。同时，在烟道底部设计一个冷空气入口，在该入口处加装可调节功率的风扇用于控制烟气温度，从而调节温差发电片热端温度，待系统维持稳定后，记录当前工况下温差发电片的开路电压和短路电流的实验数据，并计算出当前工况条件下的最大输出功率。该实验测量了烟气温度从100℃变化到160℃条件下的工况，根据实验结果，利用最小二乘法进行回归，从而得到数据所满足的函数关系。利用该回归结果可得到冷热面温差介于70℃至140℃之间任意位置时的温差电动势和最大发电功率，为后续余热回收的优化分析提供基础。
3.余热回收系统的应用分析。在了解温差发电片性能参数的基础上，应考虑将温差发电技术应用于电厂烟气余热回收利用。通过了解研究对象电厂系统的运行参数，简化研究问题，建立计算模型，计算将温差发电技术应用于其中可以回收到的电能、冷却水流量、布片面积和单位发电成本，对温差发电系统回收烟气余热进行优化分析，为发电系统参数选择提供参考，并为发电系统的大型化提供依据。本文将从烟气经管道、温差发电片到冷却水的传热过程简化为一维稳态多层平壁传热问题，并在计算过程中做如下假设：①回收烟气余热时温差发电片总能保持对应温差下的最大发电功率；②烟气管道传出的热量都流经布在其上的温差发电片，忽略系统对外界的散热损失；③不考虑换热器的换热能力是否可使足够多的热量流过温差发电系统；④在计算收益时，仅考虑温差发电片的成本和冷却水的循环泵功。
结束语：综上所述,在提高电厂燃煤锅炉效率方面,烟气的余热回收是一个重要措施,同时也是电厂燃煤锅炉在节能减排方面的重要发展方向。本文介绍了加装热换器、热管技术等一些余热回收技术,在实际的生产应用中我们可以结合自身的实际情况来选择合适的余热回收利用技术,以提高能源利用率,降低成本。
参考文献：
［1］ 樊泉桂，阎维平，闫顺林，等. 锅炉原理[M]. 北京：中国电力出版社，2019.