锅炉尾部烟气余热深度利用浅析

牛野

摘要：随着世界能源危机的日益加深，化石燃料已近乎枯竭。我国的能源又是以煤炭为主，很多电力生产的主要能量来源均是来自煤炭燃烧放出的热能。据不完全统计，2017年我国的煤电比重占总发电量的76%。众所周知，在火力发电厂中，锅炉的排烟余热问题一直是困扰着人们的一个难题。因为仅仅锅炉的排烟温度高这一项损失所造成的能源消耗就相当可观。锅炉的排烟温度过高，造成了火力发电厂煤的消耗量的增加。因此本文主要就锅炉尾部烟气余热深度利用进行探讨分析，并提出一些个人观点，以供参考。

关键词：深度余热利用；低温腐蚀；露点；有效腐蚀

1国内锅炉烟气回收现状

我国由于燃煤煤种复杂、煤质含硫量较高、入炉前脱硫应用不多，导致尾部烟气中SO3含量较高，烟气的露点温度远高于国外的平均水平，由此也限制了排烟温度的降低；另一方面国内很多机组较为老旧尤其是一些小机组，经过多次的技改以后使锅炉整体的工作状态大大偏离了设计工况。使回收尾部烟气余热的省煤器、空气预热器等也由于材料材质、传热性能等的限制并没有起到应有的效应，从而导致最后的排烟温度过高。目前中国现役燃煤电厂的排烟温度普遍达到了120°C～130°C，对于循环流化床电厂来说，排烟温度甚至高达180°C，这也使得排烟热损失成为了锅炉各项热损失中最大的一项。对于配备独立脱硫系统的燃煤发电机组，过高的烟气温度在脱硫时还会携带大量水汽，增加脱硫水耗。因此锅炉排烟热能不仅是一项潜力很大的余热资源，而且降低后的烟气还会降低脱硫水耗，节省水资源。

2国内余热回收技术

2.1低压省煤器

（1）在尾部烟道安装低压省煤器，利用排烟余热加热低压加热器中的凝结水，从而将低压加热器中的抽汽排挤回汽轮机中继续向后膨胀做功。

（2）低压省煤器系统的换热形式类似于省煤器，但水侧的压力却远远低于省煤器的压力，故称其为低压省煤器。

（3）低压省煤器的安装使得汽机热力系统得到一份外来热量，节省了一部分抽汽，很好的回收了排烟热损失，提高了全厂的热效率。

（4）低压省煤器布置在电除尘器后的尾部烟道中，水侧采用串联方式连接在某两级低压回热器之间。

某电厂600MW湿排煤粉炉机组安装低压省煤器加热凝结水，水侧采用串联的方式连入回热系统，气侧安装在锅炉引风机之后的水平烟道中。选用方翅片管式低压省煤器，采用顺列管束，逆流布置。运用后其优势主要凸显如下：

（1）加装低压省煤器后不会影响原汽机热力系统；

（2）对于配备有独立脱硫装置的电厂，加装低压省煤器后烟气温度的降低可使脱硫塔内的水耗减少，达到节水的目的；

（3）使用低压省煤器可以灵活地调节锅炉排烟温度，夏季可以使排烟温度稍微低一些，冬季则可以稍微高一些，防止低温腐蚀；

（4）低压省煤器系统的投资费用较上述烟气余热回收方式要少很多。

2.2改造空气预热器

（1）前置式热管空气预热器加装在原有空气预热器之后，冷空气经热管空气预热器加热后再进入原有空气预热器，从而有效减轻了原有空气预热器的低温腐蚀。

（2）锅炉烟气余热用于加热冷空气，将使锅炉受热面的换热分布重新分配，并使多处的烟气温度都有所改变。因此，不能将其当作独立的换热器来设计，而要将其作为锅炉尾部烟道的换热器之一整体考虑。换热器回收的热量全部带入炉内，使锅炉受热面的传热分布改变，这对锅炉运行是很不利的。尤其是小型锅炉会出现运行技术性能指标逐步变差的现象。

2.4在脱硫设备的改造

现电站尾部脱硫系统大多采用石灰石-石膏湿法脱硫系统，但是湿法脱硫后的出口烟温通常只有50℃，虽然经过了脱硫作用除去了部分硫份，但是硫酸蒸汽的露点温度依然很高，在烟囱内壁上依然会凝结造成腐蚀；并且较低的排烟温度会大大影响‘烟羽’的扩散作用，在环境空气中的水分接近饱和、气象扩散条件不好时，烟气离开烟囱出口时会形成冷凝水滴，形成所谓“烟囱雨”；同时由于烟温较高，会在脱硫系统中消耗过多的水资源。

2.5加装余热回收装置

低压省煤器是一种安装在尾部烟道的热量回收装置，其通过加热锅炉给水直接把热量回收到整个系统中，提高锅炉效率而又不影响其他原有受热面的工作，是一种成熟的回收排烟余热的方法。但受烟气露点温度的影响，排烟温度仍然低于原有设计值。此方法可以有效的利用锅炉余热提高效率同时又保证了设备的安全运行。但是适用范围恰又受安全考虑的影响，限制了排烟温度的深度降低，所以要达到深度节能的目的需对现有设备进行改造。

3针对尾部烟气余热利用装置系统的改善注意要点

本次改造采用较低平均烟速磨损速度则按3.3次方关系迅速降低；采用大管径厚壁管由于磨损速度反比于管径的一次方加之壁厚增大可有效降低磨损；将烟气余热利用装置设置在静电除尘器前的垂直烟道烟气冲刷方向为自下而上与灰粒的沉降方向相反灰粒动能降低磨损减轻。烟气余热利用装置的腐蚀问题本改造项目防止低温腐蚀的解决方法就是控制壁温烟气余热利用装置的进水温度可在80℃100℃之间调节相应最低管子壁温处于95℃至125℃范围。这个范围可确保最低壁温仍略高于烟气露点94.3不发生低温腐蚀。当然也可选择抗腐蚀材料。引风机的出力问题加装低压省煤器会增加烟道阻力所以加装前一定要核算引风机余量并确定最大允许的阻力增加值。

另外相关人员要保证除尘器安全运行，通常在烟气进入电除尘器之前先要进行烟气冷却，但要使温度保持在露点温度以上10℃～20℃以上作为安全裕量，以避免冷凝结露，发生糊板、腐蚀和破坏绝缘。改造后，进入电除尘器的烟气温度降低，会有利于发挥电除尘器的效果。为了保证电除尘器安全运行，只要控制电除尘器的出口烟气温度高于烟气酸露点即可。改造后，能够达到上述要求，除尘器运行是安全的。部分的积灰使换热器受热面的吸热能力降低，影响改造节能效果。因此，必须保持受热面清洁，对受热面进行定期吹灰。针对尾部低温受热面特点，用压缩空气式激波吹灰器或声波吹灰器为最佳选择。

此外补水管路压降需要考虑，此利用余热回收装置对锅炉改造后，由于“冷凝段”阻力很小，利用原来清水泵就能满足需要，不需增加水泵。除盐水通过一个并联管路进入“放热段”后与主管路汇合，然后进入除氧器，所以基本不会对除氧器水位造成不利影响。

结束语：

通过以上讨论和分析可知，使锅炉尾部受热面处于第二安全腐蚀区域是解决低温腐蚀及保证锅炉效率的有效方法，而采用尾部加装余热回收设备降低排烟温度，是实现上述方法的最有效途径。排烟温度的降低无法避免的会带来低温腐蚀的发生，因此尽量减轻低温腐蚀是目前研究的重点，准确计算露点温度及人为干预露点变化是解决问题的研究方向。

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