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

杨卓

新疆玛纳斯发电有限责任公司   新疆昌吉州  832200

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，火力发电厂建设越来越多。对作为电力主要来源的火电厂而言，如何减少能源消耗、提高发电效率，自然是首先需要考虑的问题，这便是对烟气余热加以利用的各项技术被提出的背景。文章首先分析了锅炉烟气余热利用技术的必要性，其次探讨了烟气余热利用原理与策略，最后就火力发电厂锅炉烟气余热利用及低碳减排案例分析，以供参考。

关键词：烟气余热;锅炉尾部;火力发电厂

引言

生物质能作为一种清洁可再生的能源，氮含量和硫含量都很低，燃烧产生的污染物排放量很少。我国可供能源化利用的生物质资源非常丰富，大约相当于标准煤4亿t，直接燃烧发电技术是生物质能源利用的一种常见形式。由于生物质燃料通常含有比煤、石油、天然气等化石燃料更高的水分，所以燃烧后所产生的烟气中水蒸气含量较多。将锅炉尾部烟气中的水蒸气冷凝，可回收的潜热较多，这不仅可以有效降低排烟温度，减少排烟热损失，提高锅炉热效率，而且冷凝水还可以带走一部分有害气体，减少污染物的排放。

1锅炉烟气余热利用技术的必要性

我国很多油田在开采过程中会应用到锅炉，而锅炉的燃烧用油从最初的原油、渣油逐渐转化为天然气等能源。以往在应用原油、渣油作为燃烧用油时，锅炉的排烟温度在250℃左右，排烟过程存在较大程度的热损失，无法全面提升锅炉的热效率，因此在锅炉的设备基础之上，增加了翅片管以及销钉烟气水换热器等必要的设施，此类新型设备的融入同样也无法全面提高锅炉的热效率，例如水在进入换热器时温度相对较低，使得换热器内部存在低温区的情况更加容易发生硫腐蚀，影响锅炉设备的运行寿命。从2011年左右开始，越来越多的油田开采领域中，应用天然气等代替原油和渣油作为锅炉的燃料，此类天然气相比之下燃点更高，黏度更大，在燃烧过程中会对原有的燃烧条件进行提升。为了进一步提高火力发电厂锅炉的综合利用效率，响应当前我国节能环保、低碳减排的战略发展目标，需要针对注汽锅炉的烟气进行余热利用，全面提升锅炉余热利用的综合水平。

2烟气余热利用原理与策略

2.1工作原理设计

火力发电厂锅炉烟气余热利用，最主要目标在于减少锅炉排烟所造成的热损失，提高锅炉的热效率，因此可以从锅炉的排烟温度和过剩空气系数两方面进行排烟热损失的合理计算。如果将天然气作为锅炉的主要燃烧用料，则可以在燃料燃烧过程中所产生的过剩空气系数的基础上，进一步计算排烟温度，有效提高锅炉的热效率。在工作原理方面可以应用空气预热器将锅炉的烟气余热进行传导，直接传导到空气侧，让热管元件的各类工作介质转变为空气，重新流向空气侧冷凝端，依靠传送而来的热量使得空气侧的工作介质凝结为液体。在此周而复始的运动状态之下，实现注汽锅炉的烟气余热回收，同时也可以应用外界的冷空气对锅炉燃烧过程进行助燃，进一步达到节能减排和低碳环保的目标。

2.2烟气挡板手动偏置

在一些特殊工况下，如果烟气挡板基础开度和电除尘入口烟温反馈修正共同作用也不能将电除尘入口烟温控制在90±2℃范围内时，运行人员可以对烟气挡板进行手动偏置，进行人工干预，将电除尘入口烟温控制在90±2℃范围内。

2.3热管空气预热器设计

在进行烟气余热利用的设计过程中，应用的热管空气预热器结构相对简单，运行过程中整体温差较小，但是导入效果更好，同时没有其他类型的运动部件，使得预热器在运行过程中更加稳定可靠。但是也要特别注意，热管寿命容易受到多重因素的影响，首先在不凝性气体方面，在余热锅炉的运转过程中，各类介质会与热管的管壳材料进一步产生化学反应，进而产生不凝性气体，此类气体在热管的运行过程中容易受到蒸汽流的影响，产生聚集效应，并进一步形成气塞，使得热管内部的冷凝面积逐渐缩小，相比之下热阻不断增大，使得热管原有的传热能力进一步降低。其次在工作介质的物性恶化方面，各类工作介质受到温度变化影响会逐渐发生分解，此类介质物理状态的改变同样也会发生物性恶化的问题，造成各类介质形态的不稳定，更容易与热管壳体材料产生化学反应或电化学反应。最后在壳管材料方面容易出现腐蚀及溶解等多方面问题，热管工作及运行过程中各类介质会在内部反复流动，同时也会受到介质温差等多重因素的影响，使材料本身容易发生溶解和腐蚀反应，进一步降低热管的综合传热性能。

2.4投运烟气余热利用装置的节能分析

根据等效焓降法分析烟气余热利用的节能效果。等效焓降法是基于热力学中热和功转换的基本原理，研究热力系统经济性的一种方法，是火力发电厂烟气余热利用经济性分析的常用方法，适合于整体和局部经济性诊断。

3火力发电厂锅炉烟气余热利用及低碳减排案例分析

为了进一步提高火力发电厂锅炉烟气余热利用的应用效果，本文以23t/h的锅炉为具体研究对象。在原有额定的工作状态之下，锅炉内部的空气量体现为2.25×104m3/h，而通过烟气余热利用及低碳减排改造之前烟气量为2.5×10

4m3/h，锅炉所排放的烟气温度大约为230℃。为了进一步满足露点温度的要求，需要将该锅炉的排出烟气温度控制在160℃，因此可以应用锅炉烟气余热利用设施，提高烟气余热利用效果，满足低碳减排的目标，其中可以在热端设计直径25mm，单根热管长控制在2.5m，其中包括两种长度的加热段和隔热层，空气预热温度能够上升70℃左右，烟气侧压降及空气侧压降分别控制在280Pa及360Pa。同时可以应用引风机变频器，实现锅炉内部温度以及锅炉炉膛内部压力的双向控制，对预热空气温度进行合理调整，进一步提高锅炉的热效率。应用此种设计形式能够进一步达到节能降耗的目标，主要通过引风机等设备方面所要用的变频技术以及热交换器实现对烟气余热的充分回收，有效提高锅炉的热效率，同时也可以应用预热器的科学设置，有效延长预热器的使用寿命。应用此种烟气余热利用设计方式和低碳减排设计之后，相比于之前的锅炉运行情况和热效率情况，空气预热温度能够控制在70℃以下，烟气阻力控制在330Pa以下，而排出部分的烟气温度同样也能控制在160℃范围内，通过回收烟气将热效率维持在3%左右，有效提高了锅炉的能源利用效率，进一步节约了锅炉运行过程中的燃油用量。

结语

综上所述，锅炉尾部烟气热能阶梯利用系统的核心基础是大幅降低了锅炉排烟温度，在保证锅炉效率不降低的情况下，最大限度的利用烟气余热量，在降低排烟温度的同时兼顾保持低低温静电除尘器入口烟温在90±2℃范围内高效运行。由于锡林郭勒地处极寒地区，环境温度昼夜温差大，且机组负荷多变，导致系统内各项参数均在烟气惯性上波动，无法实现系统的最大经济性。通过锅炉尾部烟气热能阶梯利用系统控制策略研究，制定空预器旁路烟气挡板的基础曲线，并通过电除尘入口温度对基础曲线进行修正，以及CGH系统调节过程中对烟气挡板的开度正向修正，在落实相关工作时，技术人员需要考虑到该技术被引入火电厂的时间较短，仍然存在亟待解决的问题，不断对其进行优化和完善很有必要。

参考文献

［1］甄浩然，冯文亮，王帅．热水储热技术在烟气余热回收中的应用效果分析［J］．区域供热，2020(5):150－153．

［2］郑楠，叶学民．基于等效焓降法的烟气余热利用热经济性分析［J］．电力科学与工程，2020，36(7):74－78．

［3］吴智乾，郑烨，叶锋．燃用高硫煤电站锅炉烟气余热利用系统应用分析［J］．锅炉技术，2020，51(3):24－29．