火力发电厂锅炉尾部烟气余热利用技术

火力发电厂锅炉尾部烟气余热利用技术

董振广 ,梁攀坤 ,文发喜 ,安云朴

河南京能滑州热电有限责任公司 河南 456400

摘要：火力发电厂锅炉主要是为人们日常生活、生产等提供稳定的电力，并且在强调节能减排的情况下，火力发电厂锅炉生产尚未完成该目标，这样也阻碍其发展进程。基于此，如何将烟气余热利用技术应用到火力发电厂锅炉尾部烟气中，成为重点解决和研究的一项内容，根据实际情况，选择合适技术方案，以此有效提升企业节能减排的效果，提升火力发电厂锅炉生产的效益，更为后期的发展，提供了坚实的基础。

关键词：火力发电厂；锅炉尾部烟气；余热利用

1发电厂锅炉热回收的特点

对于动力装置，锅炉的废气能量可用于加热热电联产装置中的冷凝水、空气和热水。在这些应用中，最简单、最有效地利用废气能量的方法是加热冷凝水。在现代蒸汽发电厂中，抽取大量蒸汽来加热冷凝水，热量会增加冷凝水的温度；然而，抽汽会损害工作输出效率。如果可以利用烟气的废气能量加热冷凝水，同时减少抽汽，还可以利用节省的抽汽来增加动力输出。抽取蒸汽的利用将提高工作输出和整体效率。

不难发现，废气能量利用的系统有很多特殊的限制：废气换热器中的烟气入口温度通常是固定的；此外，出口温度受材料耐腐蚀性的限制，废气能量利用不仅受锅炉侧烟气温度和成分的影响，还受涡轮侧抽汽条件的影响。鉴于上述限制，烟气排能利用的研究不仅要分析排热换热器的传热和流动特性，还要研究透平侧的烟气方案和汽/水方案。此外，如果将热力学、传热力学、流体力学、技术经济学等学科知识结合起来，可以获得更好的综合评估和优化结果。

2余热利用系统技术的应用方案

2.1 热管换向器

热管换向器在具体应用的时候，热源向吸热段提供热量，并且将热量存储于管体内部的沸点液体吸热热气化，这样气化以后的工质，受到压力的作用，可以顺着管体内部流到放热段，工质释放热量进行冷凝处理，就会转换成液体，实现进一步的利用，加强能源的利用效率。由此看来，热管换向器具有非常显著的优势，其内容如下。

(1）通过利用热管换向器，可以提升良好的导热性能，避免能量的大量消耗。同时，热管换热器的安全性、稳定性较高，使用寿命也相对较长，并且换热器一般是以截面形式为主，这样可以保证流体在通过换热器的时候，可以实现清灰的目的，确保换热器的使用性能。

(2）热管换向器还可以根据实际情况，对壁温进行严格的控制，并且可以适当增加壁温，这样主要是规避酸露点、低温腐蚀问题的产生，以此保证火力发电厂锅炉运行的稳定性。

(3）热管换热器的安装相对较为简单，设备也相对较为轻便，并且在传热的过程中，具有一定的逆向性。但是，逆向性还需要考虑两端的受热情况，并且有吸液芯的热管水平放置，或者位于零重力场下，这样任何一段受热都会成为蒸发段，然而，另外一段则成为凝结段，促使热管内的传热方向可以呈现逆转的状态。

2.2 相变换热器

相变换热器与热管换向器有着很大程度上相似，主要是因为变相换热器是在热管换向器的基础上衍生而来，并且两者相比较，变相换热器中变相属于作为突出的一个特点，根据火力发电厂锅炉尾部烟气排放情况，对壁温的控制机理进行的细化，这样可以很好地实现控制低温腐蚀问题的产生。变相模块就是热管换热器的基础之上进行整体化设计，这样主要是保证温度梯度控制在较小的范围内，并且根据情况，集合变相时水量参数的调节，以此对壁温度进行严格的控制。另外，箱变换热器在应用的时候，汽水分离装置的两端，与上下管式换热器，蒸发段一般位于下端，这样主要是吸收火力发电厂锅炉尾部烟气余热，促使内部呈现变相的状态，并且蒸汽会沿着管内上升进入汽水分离装置，进行冷凝处理，这样介质蒸汽就会由液态逐渐沿着管壁进入汽水分离装置，实现循环吸热和放热的功能。

2.2 科学利用TMC工程技术

废气在纳米多孔陶瓷膜管的一侧流动，另一边是冷锅炉补给水流动反流。烟气中的水蒸气通过内部分离膜层(60～80 Å空隙大小)，然后通过中间层(500 Å空隙大小)，最后通过基板(孔径0.4 nm)。烟气中的其他气体成分被冷凝液阻止通过烟膜。凝结水及其潜热与冷锅炉补给水结合，帮助在进入锅炉给水箱或除氧器之前提高其温度。在TMC单元的水边保持一个小的真空空间，以防止由于液体压力头引起的水回流，并为水通过膜提供额外的驱动力。

然而，需要一些改进来降低模块成本、安装成本，提高可维护性，能够满足企业的经济性，特别是对于利润丰厚的改造锅炉市场，需要更加紧凑和用户友好的设计。对于现场实际应用的TMC设计考虑了以下关键因素：更高容量的模块化设计减少了每单位烟气流量所需的模块数量，从而可以扩展到更大的回收处理系统。

工程安装设计中严格按照原理操作，其管间距最大化了气体与表面的接触，同时最小化了压降。通过使用压缩成型工程塑料和快速固化的弹性灌封材料来密封膜管，模块成本大大降低。

基于膜的TMC技术最初用于工业锅炉余热和水回收。排气水蒸气的回收率达到了40%，效率提高了5%以上。具有先进性的TMC余热回收系统已经在全面的工业应用中运行，提升了燃煤锅炉发热效率。

2 热交换技术

2.1 间接换热法

间接换热法是一种在烟道内增加耐腐蚀的间接冷凝换热器的方法冷却水在换热管束内流动，烟气在管外与冷却水逆向流动，两者不发生直接接触，烟气中的冷凝水流至换热器底部被储水池收集，烟气余热被管外冷却水吸收。

间接换热法结构简单，造价便宜，但存在余热回收量与烟气流动阻力之间的矛盾。为了增大余热回收量，降低排烟温度，采取该方法就势必要增大换热面积，这就导致换热面积过大，烟气流动阻力增加，从而增加了风机能耗。

高品位余热回收中基本上都是使用间接换热法，通过铺设过热器、再热器、空预器、省煤器等换热器部件来进行余热回收。但该法若是用在低品位余热回收中，则低温腐蚀（H2SO4蒸汽冷凝成液态H2SO4）是个难题。为了解决腐蚀问题，使用该法进行低品位余热回收之前必须进行脱硫，并且换热器材质需采用耐腐蚀合金、玻璃或氟塑料等。在低品位余热回收中，换热器中冷却水和烟气的换热温差小（相较于高品位余热回收），导致冷凝换热器的换热面积和体积大，设备投资很高，若采用耐腐蚀管道则投资会更高。

2.2 直接接触换热法

直接接触换热法也称为喷淋冷凝法，通过在烟道增加喷淋换热器及相关水处理设备实现换热，冷媒水在喷淋塔内通过喷嘴以逆流方式喷入热烟气气流，两者接触换热后，烟气以低温饱和状态离开系统，冷媒水以被加热的状态离开系统。

直接接触换热法系统结构简单，造价便宜，换热效率高。但是冷媒水与烟气直接接触换热后会被污染，成为酸性并含有粉尘、脱硫剂、脱硫石膏等物质，会对管道及热利用设备造成腐蚀。因此，采用直接接触冷凝系统对燃煤烟气进行冷凝时，需要在后续设置多重沉淀及加碱中和处理，增加了工艺复杂性和运行费用。

此外其不存在传热面带来的污垢热阻、壁面热阻及换热面低温腐蚀；传热和传质过程同时进行，小温差下具有较高的传热效率等。

结论

电厂烟气余热回收的高阶段蒸汽替代方案比低阶段蒸汽替代方案具有更高的节能效果；高级蒸汽替代方案，由于热交换面积大，温差小，导致烟气压降而减弱，节能效益更高；技术经济分析表明，高一级蒸汽替代方案的经济性能并不总是随着回收热的增加而提高，且具有最优点。当煤价格较高时，应采用更多热表面的设计来回收更多的余热，因此余热回收带来的经济效益也会显著增加。

参考文献：

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[3]王代刚. 火力发电厂锅炉尾部烟气余热利用技术[J]. 中国新技术新产品，2016，(12):79-80.