1、1火电厂烟气余热利用的分析摘要:本文结合我院设计的一个烟气余热利用项目，对烟气余热利用技术需要关注的技术要点和节能效果进行了分析，进一步证明了火电厂烟气余热利用技术的可行性和良好的节能效果。同时结合火电厂的特点，对烟气余热利用技术在其他方向的应用进行了探讨，希望能对推广烟气余热利用技术有所帮助。 关键词: 烟气；余热利用；节能；效益；分析 Abstract:In this article author analysed technical point and energy saving effect about utilizing residual heat energy via projec
2、t that our company designed,furthermore it proved the feasibility and good energy saving effect about utilizing residual heat energy in thermal power plant.Meanwhile combined with the characteristics of thermal power plant,author discussed other directions about utilizing residual heat energy,author
3、 want this article can help generalizing technology about utilizing residual heat energy. Key words:gas; utilizing residual heat energy; Energy saving;benefit; analysis 中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013） 21 前言 特变电工新疆硅业有限公司 2350MW 自备热电站是我院设计的一座超临界、直接空冷、燃煤供热电站，该电站三大主机均为哈尔滨电气集团生产。锅炉在 BMCR 工况下蒸发量为
4、 1176t/h,热效率为 92.77%，排烟温度为 146（修正）,排烟焓为 1490.4kJ/kg，烟气排放的热功率为73.49MW,占到了锅炉输入热量的 8%，如果任其白白排放，则会造成惊人的浪费。该项目在初步设计阶段，我院就决定在烟道上加装烟气换热器，利用烟气的余热来加热凝结水，以提高发电厂的热效率。 2 烟气余热技术的利用 2.1 烟气换热器安装位置的确定 该工程同步上脱硫脱硝装置，烟气流程为炉膛锅炉尾部烟道脱硝装置空预器烟道除尘器烟道引风机烟道脱硫装置烟道烟囱，烟气换热器一般安装在电除尘器前或者引风机后，具体位置要根据电厂的实际情况来决定。 如果将烟气换热器安装在电除尘器前，可以将
5、锅炉的排烟温度降低3040，烟温的降低带来烟气体积的降低，这样通过电除尘器的烟气流速将下降，进而提高电除尘器效率，经测算，烟温下降 30，电除尘器的效率将会提高 0.1%。根据 GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准 ，燃煤电厂的烟尘排放限值为 30mg/m3，对一些燃料灰分较高的电厂采用传统的静电除尘器难以达到新国标的要求的，可以考虑将烟气换热器安装在电除尘器前，以提高电除尘器的效率。本工程的设计和校核煤种的收到基灰分 Aar 最大为 3.28%，电除尘器效率为 99.6%，电除尘器3后的烟尘浓度可降到 9.08mg/m3，完全可以达到新国标的烟尘排放要求，因此就没必要将烟气换热器
6、安装在电除尘器前了。 本工程将烟气换热器安装在引风机后的烟道上，安装在此位置有两点好处，一是与电除尘器前相比，可大大减少烟尘对烟气换热器的冲刷磨损和积灰，提高烟气换热器的使用寿命；二是可以利用引风机对烟气的温升效应来提高烟气的可利用温度。本工程引风机与脱硫增压风机合并，同步上脱硝装置，风机全压为 9.6kPa，经测算可使烟气温度提升12.5，可见引风机的温升效应是不能被忽视的，其完全可以补偿烟道及设备漏风所带来的温降。 2.2 烟气换热器后烟温的确定 当烟道及设备的壁面温度低于酸露点温度时，就会在壁面形成 H2SO4溶液，对烟道及设备产生严重的酸腐蚀，因此烟气换热器后烟温的确定必须充分考虑酸露
7、点。本工程煤质的部分数据如下表所示： 表一煤质数据 Chart1Coal quality data 以燃煤成分为基准计算，设计和校核煤种的烟气酸露点分别为 97和 100.5，该工程同步上 SCR 脱硝装置，由于烟气通过 SCR 脱硝装置时因 SCR 催化作用而形成新的 SO3 转化率，由此带来的酸露点温度增幅为4.5,因此设计和校核煤种烟气酸露点温度最后应分别为 101.5和105。为了安全起见，烟气换热器后的温度最好考虑 5的余量，因此4本工程最终将设计和校核煤种在烟气换热器后的温度确定为 106.5和110。 2.3 烟气可利用的余热分析 锅炉在不同负荷下的排烟温度不同，而且烟气在到达烟
8、气换热器前还要考虑漏风和引风机温升的影响，下面我们以设计煤种为例，计算一下锅炉在不同负荷下换热器前的烟温，如下表所示： 表二换热器前的烟温 Chart2Temperature of gas before H.E. 从上表中我们可以看出，漏风和引风机的温升对烟温的影响很大，烟温的计算必须充分考虑烟道设备漏风和引风机温升的影响。需要说明的是，在锅炉低负荷时的烟道漏风未作进一步修正，参照 BMCR 工况下的烟道漏风修正值，其误差不影响工程应用。 得到了烟气换热器前后的烟温后，我们可以进一步根据煤质数据，得到不同温度下的烟气焓，算出锅炉在不同负荷下烟气换热器可释放的热功率，如下表所示： 表三烟气换热器
9、释放的热功率 Chart3 Heat quantity ofH.E. of gas 从表中可以看到，随着锅炉负荷降低，烟气换热器所释放的热功率5是不断下降的，当换热器后的烟温降到 106.5时，就不能再利用烟气余热了，否则会由于腐蚀影响机组及设备的安全稳定运行。 2.3 烟气余热加热凝结水的经济性分析 本工程采用加热汽机侧凝结水的方式利用烟气余热，将轴封加热器后的部分凝结水送往烟气换热器，经加热后再由泵打到#7 低加出口的凝结水母管，如下图所示： 图一烟气余热加热凝结水的系统图 Chart1 System diagram about waste heat of flue gas heat co
10、ndensate water 我们用凝汽法对烟气余热加热凝结水的经济性进行定量分析。凝汽法是一种新的电厂热力系统计算方法，即可用于整体热力系统计算，还可用于局部定量分析计算，具有概念清晰、主次分明、结果准确的特点。在不同负荷充分利用烟气余热加热凝结水情况下，经计算发电机组的节能效果如下表所示： 表四节能效果数据 Chart4 Energy saving effect data 以机组年利用小时数 6500 小时计算，烟气余热利用技术一年可为电厂节约 3000 吨左右标准煤，节能效果还是比较显著地。但从上表中我们也看到，锅炉负荷越低，节能效果越不明显。锅炉在一定负荷下，烟气6换热器所释放的功率是
11、一定的，但加热的凝结水量可以是不同的，从理论上讲，不同的凝汽份额其节能效果是不同的，我们以 VWO 工况为例，计算加热不同凝结水量时的节能效果，如下表所示： 表五在加热不同凝结水量下的节能效果数据 Chart5 Energy saving effect data at heating diffrent condensate water quantity 从上表中我们可以看出，加热的凝结水量越大，凝汽份额越高，节能效果越不明显。主要是因为加热凝结水量较大时，凝结水经烟气换热器的出水温度就低，虽然#7 低加抽汽消耗量减少了，减少的抽汽可以多做功，但牺牲了较高能级的 6 段抽汽，总得来说得不偿失，整
12、体的节能效果自然就下降了。可见，为了提高烟气余热的节能效果，必须调节好经烟气换热器加热的凝结水量。 2.4 烟气余热利用要注意的其他问题 烟气换热器在设备招标时，必须要有耐腐蚀、防磨损和防积灰的措施。从材料选择上，目前 ND（09CrCuSb）钢是性价比较合适的耐腐蚀材料。从换热面管的选择上，可以采用光管、热管或螺旋肋片管，但从换热效果、阻力、防积灰等来看，螺旋肋片管效果比光管、热管都好。换热面的表面要涂耐酸腐蚀的防腐层，为了防积灰在管排间应设置一定数量的吹灰器。烟气换热器应设计成可拆卸的连接方式，并设置水清洗装置，便于锅炉停运期间维护清洗。凝结水系统在设计时，要设置升压泵，7用以补偿凝结水在
13、烟气换热管路的压头损失。至烟气换热器的凝结水管路宜安装调节阀，用以调节凝结水量，在充分利用烟气余热，避免烟道、设备腐蚀的前提下，尽量提高凝结水的加热温度，排挤更多的 6 段抽汽多做功，提高烟气余热利用的节能效果。 3 烟气余热利用在其他应用方向的探讨 本工程用烟气余热来加热部分凝结水，降低了发电煤耗，那火力发电厂的烟气余热还能不能用在其他地方呢？我们来探讨一下。 3.1 给采暖供热和制冷提供热源 以本工程为例，单台锅炉在 BMCR 工况下可释放 23.1MW 的热功率，按照新疆地区的采暖热指标 55W/m2 计算，两台炉共 46.2MW 的热量可为84 万 m2 以上的民用建筑提供冬季采暖，按
14、电厂供给热企的价格 10.5 元/GJ 计算，一个采暖季可给电厂带来 750 多万元的收入，真是“变废为宝”了。夏季天气炎热时，利用烟气余热可将水加热到 75以上，可作为单效溴化锂吸收式制冷机的热源，单效溴化锂吸收式制冷机的循环热力系数按 0.7 计算，则可产生 32.34MW 的制冷量，完全可以满足一定区域内的制冷需要，节约大量的高品质能量电能。 3.2 为一定区域提供生活热水 随着人们生活水平的提高，日常生活中需要大量的热水来满足洗浴等生活需要，而且生活热水的需求量基本不随季节变化，热负荷常年稳定可靠。电站利用烟气余热将生活用水从 20加热到 75，每小时可提供 650t 的热水，即使按
15、5 元/t 的价格来收取热费，也比用户用电热水器和燃气热水器便宜一半以上，而且给电厂每年可带来 3250 万以上的收入，8其经济和社会效益非常可观。该余热利用方案已有成功的先例，最好找若干新建小区配套建设生活热水供应设施，其经济性和可行性都较好，而且有很好的社会效益。 3.3 对化学的生水进行加热 在北方冬季化水专业生水的来水温度较低，一般在 510，如果温度太低，将影响生水处理的效果。化水专业为了提高水处理的效果，以往用蒸汽将生水加热到 25以上，一般 300MW 等级的供热电厂生水量在300t/h 左右，如果考虑用烟气余热来加热化学专业的生水。根据计算，一台锅炉的烟气 15的焓差所释放的热
16、量就可将 300t/h 的生水由 5加热到 27，可见烟气余热供生水加热是绰绰有余。 3.4 对暖风器进行加热 在新疆这样的寒冷地区，冬季为了防止锅炉空预器的低温腐蚀，一般冷一、二次风在进入空气预热器前要用暖风器进行加热，一般锅炉厂都要求将冷风加热到 20以上，以本文中的锅炉为例，当地冬季采暖室外计算温度为-14，如果将冷一、二次风加热到锅炉厂要求的温度，则需要 24.1t/h 的蒸汽，在室外温度-30，则需要 35.5 t/h 的蒸汽。如果利用烟气的余热，则可提供相当于 31.5t/h 的蒸汽释放的热量，按照新版的火力发电厂燃烧系统设计计算技术规程中的要求，烟气余热是完全可以满足冬季加热冷一
17、、二次风的要求。 3.5 对烟气余热利用方案的综合比较 从上面提到的几种烟气余热利用的方向来看，都需要进行较大的设备、建筑等投资，因此为了提高烟气利用的经济价值，必须充分地利用9烟气的热量。充分利用主要体现在两方面，一是在烟气温降允许的范围内充分利用烟气余热，二是要有足够和稳定的长期热负荷。下面针对新疆地区的特点，对烟气余热利用的几个方向进行综合分析比较，如下表所示： 表六各种烟气余热利用方向的比较 Chart6comparison of direction on utilizing residual heat energy of gas 从表中我们可以看出各种烟气余热利用都是各有利弊，在工程
18、实践中要从烟气余热利用的经济性和可行性综合考虑。为了追求经济效益的最大化，在有热负荷的前提下，烟气余热最好用来采暖供热或供应热水，其次是加热凝结水，降低发电煤耗。至于电站采取哪种烟气余热利用的方案，应结合当地煤价、电价和热负荷的实际情况来综合确定。 4. 总结 本文结合我院设计的特变电工自备电站工程，利用烟气余热加热凝结水，降低了发电煤耗，获得了较明显的经济效益。2011 年烟气余热利用技术已列入了国家节能推广目录，目前在火电行业的推广比例2%,其应用潜力还非常大，无论是新建电厂，还是老电厂，都可以根据自身实际情况来综合考虑，选择合适的烟气余热利用方式，变废为宝，创造出更多的经济和社会价值。
19、10参考文献： 1李勤道等. 热力发电厂热经济性计算分析M. 中国电力出版社. 2008 2唐敬麟等. 除尘装置系统及设备设计选用手册M. 化学工业出版社. 2004 Reference: 1Li Qin-dao.HEAT ECONOMICAL EFFICIENCY CACULATION in thermal power plantM.CHINA POWER publishing house. 2008 2Tang Jing-ling. MANUAL FOR DESIGN OF dust-removal system AND EQUIPMENTM. chemical industry publishing house.2004
