锅炉烟气的余热回收利用方法探寻

孟爱桥

摘 要：在火电厂的发展过程中，解决热量利用率不高与排放烟气余热过高是重点，如果未经处理的高温烟气直接排放不仅会造成环境污染，还会严重浪费能源，新时期火电厂在锅炉烟气排放的过程中开始研究和应用烟气余热回收技术，对火电厂的可持续发展有着积极意义。本文从烟气余热回收工艺特征入手，讨论燃煤锅炉烟气余热回收主要技术，最后就燃煤锅炉烟气余热回收技术的应用加以分析。

关键词：锅炉烟气;余热回收;利用方法

近年来国家对发电领域制定了严格的技术标准，切实开展好环境保护工作，在煤炭价格不断上涨的今天，火电厂运营成本也在增加。需要将重点放在生产过程中提升能源利用率以及烟气排放的使用率方面，通过加强余热烟气回收来降低生产成本，还可以达到环境目标，所以有着广阔的市场前景。不过在实际利用中会受到多种因素影响，需要不断优化处理技术，以下进行相关分析。

一、烟气余热回收工艺特征

在烟气排放过程中会造成6%-9%的热量损失，占锅炉热损失总量80%。烟气燃烧温度是影响烟气排放热损失最重要的因素，比如锅炉的排烟温度从120℃升到160℃过程中，每升高1℃烟气排放热损失上升0-0.2%，假设每千克煤发热量为18焦耳，火电厂每年多消耗接近煤炭10000吨，所以合理应用烟气余热回收工艺有着积极意义（如图1）。烟气余热回收主要工艺特征如下：

（一）吸收式热泵与直接式余热回收换热器

整套烟气余热回收系统包括的分系统如下：其一，烟气系统。经过脱硫处理后将烟气余热回收装置设置成立式逆流喷淋塔，烟气从喷淋塔底部侧面流入喷淋塔，并且逆流接触喷淋的热源水液滴，依次经过换热、除尘、脱硫反应，使得烟气中的热量被热源水吸收，在除雾器除去烟气液滴后得到排放;其二，热源水系统。喷淋塔、热源水泵组成了吸收系统，将喷淋雾化喷嘴设置在喷淋塔内部，热源水在水泵压力影响下进入塔内和烟气喷淋换热，并且吸收烟气的热量，温度升高之后热源水进入吸收式热泵开始降温，热量满足热网水。温度下降后的热源水再次流入塔内，实现循环。整体来看，喷淋塔底部水池可以满足热源水的储存和pH调控，并且水位的保持可以避免出现循环泵出现汽蚀，烟气中大量凝结水用于脱硫工艺;其三，蒸汽系统。蒸汽从原供热蒸汽管网流出，满足吸收式热泵驱动，随着蒸汽冷凝降温疏水返回原疏水系统。吸收式热泵回收烟气余热，然后烟气热量和蒸汽都用于热网水，达到节能的目标;其四，锅炉补水系统。原有锅炉补水系统增设烟气余热回收系统，在热源水支持下锅炉补水加热达到25℃，进而满足烟气加热锅炉补水;其五，除雾系统。除雾器设计形式主要为屋脊式或高效管式，在喷淋塔内部设置后可以对烟气流速控制，让液滴与叶片发生碰撞，进而截留烟气中的液滴。为了避免灰尘附着在除雾器表面而影响除雾效果，可以设置冲洗水泵定期冲洗喷淋塔除雾器;其六，水处理系统。在喷淋过程中会吸收二氧化硫等气体导致热源水呈现弱酸性，需要及时处理避免腐蚀管道，比如在水系统中加药进行调节。

（二）电热泵与非直接式余热回收换热器

该系统由烟气余热回收专用机组、水处理设备、氟塑料、动力设备组成，将非金属烟气净化烟气换热器安装在脱硫塔与烟囱间的水平烟道，可以对烟气中的大量水蒸气起到凝结效果。同时，非金属烟气净化余热回收换热器可以凝结管外的水蒸气，这一过程中也会集合大量的粉尘颗粒，实现净化与除尘的目标。在应用这种回收换热器后将大量的水蒸汽潜热回收，之后流入金属烟气净化烟气换热器的循环水，通过电螺杆式热泵吸收循环水热量，受到电力驱动对换热站二次网回水加热。整体来看，该系统具有吸热和除尘两种功能，采暖供回水并联厂内原有二次网的采暖供回水管道，在供热的过程中先通过螺杆式热泵供热，如果没有达到供热需要可以开启供热板换，实现一次网高温热水对二次网回水加热，根据控制系统控制的二次网供水温度确定一次网高温热水的供热量。

二、燃煤锅炉烟气余热回收主要技术

显热和潜热是锅炉烟气热量的主要形式，不同类型的锅炉烟气中水蒸气含量也有差异，在燃气锅炉运行中需要回收显热与水蒸气冷凝过程的潜热，其中燃煤锅炉主要树对显热回收，主要回收技术如下：

（一）省煤器

省煤器在汽轮机的回热系统中结合回收的烟气余热，可以起到降低抽汽量和提升汽轮机运行效率的目标。低温省煤器回收借助注入烟气余热的方式，因此不会影响锅炉内传热量分配，进行省煤器设计时主要是计算与回热系统的数据。在具体利用过程中，燃煤电站锅炉的省煤器主要设置在烟气系统预热器出口与除尘器等位置，之后和热力系统的低压加热器并联，可以对烟气的余热回收，起到降低锅炉煤炉消耗量的作用。此外，可以在燃煤电站锅炉组安装空气预热器之前借助高温烟气加热锅炉的凝结水，主要操作过程中先把烟气加热到360℃，之后通过高温加热冷凝水，使得抽汽效果更有保障，提升汽轮机做功效果。相较于低温省煤器，高温省煤器回收烟气余热更能降低煤耗量，节能效益更加显著。有研究发现每小时可以降低2.0g/kW，还可以保证汽轮机抽汽效率。

（二）加装换热器

通常会在锅炉中设置板片式、翅片式、肋管式或者省煤器，不过这种装置也存在热交换律不高的问题，余热的回收效果不能得到保证。在省煤器设置基础上应用换热器可以将燃气热量用于预热材料、干燥燃料与加热网水，进而提升过滤运行效率。安装加装换热器操作便捷，并且技术较为成熟，不过受到气漏点影响难以实现深层回收，并且该方法主要在中小型的燃煤锅炉中应用。

（三）热管技术

热管具有传热高效的特点，主要是借助汽化潜热实现能量传递。液体工质汽化过程中吸收烟气中的废热，这些气体遇冷后开始释放大量热。在供热系统中，一般供热水温95℃、回水温度70℃，其中北方地区为了提升供热能力也会将供热水温设置成130℃。燃煤锅炉的排烟系统的烟气温度需要达到100℃以上才可以達到供热管网的加热要求。所以在采暖期可以采用烟气余热循环供热方式提升能源利用效率，在烟气余热加热管网中，回收烟气的余热需要设置烟气回收器，让烟气在装置下方进入、上方流出，在加热的过程中还需要保证装置的密封性不高良好，进而避免烟气污染热水。热管的优点较多，自身尺寸较小，在保证传热效率的同时不需外加动力，并且有着姣好的节能效果，因此有着广阔的发展前景。不过这种技术对工质的材料有着较高要求，并且这种技术应用过程中会出现漏点腐蚀、灰堵问题，导致哦应用范围受到影响，需要继续加强研究。

（四）烟气余热预热空气

把暖风器安装在锅炉的空气预热器上可以回收烟气余热，不过也将造成锅炉的效率下降。暖风器把烟气热量转移到锅炉内部，使得锅炉原有的热力值发生变动。有研究发现，锅炉暖风器温度每降低10℃情况下，锅炉排烟的温度仅仅降低2℃，证实烟气的回收和利用效率不高，所以在应用烟气余热预热空气技术过程中，安装暖风器的过程中需要分析锅炉的整体效率，主要是在空气预热器最后一个级别的受热面上，然后计算受热面传热量，技术人员可以根据工质的温度变化分析该技术是否达到锅炉的运行需要。如今板式空气预热器在实际应用中较多，可以解决烟气余热预热空气问题，这是由于烟气可以借助板片直接和空气换热，并且隔离冷热流体。此外，板式空气预热器可以模块化应用，在应用中具有能耗低、传热效率高和维修便捷的优势。

（五）冷凝锅炉

大量的水蒸气存在于烟气中，并且水蒸气含有潜热，很多回收的烟气没有达到潜热层，仅仅是回收显热，这就造成了锅炉热效益偏低。冷凝烟气中的余热后，实现了回收利用显热和潜热，进而在日常生活用水与锅炉用水方面发挥作用。整体来看，冷凝锅炉可以让水蒸气的潜热效用得到最大程度发挥，并且冷凝液吸收二氧化碳，减少了酸性成分的排放，起到保护环境的效果。在使用范围上看，冷凝锅炉多用于水蒸气含量高的燃气锅炉中，如果水蒸气含量少不适宜采用该技术。

三、燃煤锅炉烟气余热回收技术的应用

火电厂对在小型燃煤锅炉预热回收较为重视，普遍设置了省煤器，不过烟气温度过高，在未经回收旧排放的情况下资源浪费严重。燃煤锅炉烟气中的水

分含量偏低，采取冷凝技术进行水蒸气回收，会受到设备改造的成本大、水蒸气含量不高影响导致效果不佳。为此，火电厂技术人员可以在燃煤锅炉中的原有省煤器上设置换热器，这样烟气可以依次经过省煤器、无压换热器，再通过除尘器直到排放，这一过程中也造成供水流程出现变化，比如水流入无压换热器、省煤器再进入锅筒。在安装无压换热器过程中采取横水管交错排列形式（如图2）。将无压换热器设置在低温区域，而长时间的低温影响会加剧热器腐蚀，进而对换热器提升更高要求，技术人员需要分析材料的耐腐蚀、耐低温情况，之后改造受热面积，让钢管的厚度与粗度加大，确保换热器的低端温度要高于烟气露点。经过对锅炉的改造，增加的余热回收装置让锅炉运行出现变化，原有的低压加热器在抽汽加热时产生的凝结水可以通过余热装置加热，主要作用在于节约了低压加热器的抽汽量，并且节约的抽汽可以为其它部分运转提供动力。

结束语：

综上所述，采取烟气余热回收技术是提升火电厂燃煤锅炉运行效率的重要途径，也是达到节能减排目标、节约运行成本的有效措施。烟气回收利用关系着社会发展与生态保護，当前省煤器、加装换热器、热管技术、烟气余热预热空气、冷凝锅炉在应用中各具优势，需要结合设计情况加以选择，今后还需要继续加强相关研究，进而带来综合效益。

参考文献：

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