锅炉烟气余热技术研究与应用

烟气余热回收技术是一种先进的节能手段，广泛应用于工业生产流程中，旨在有效捕获并再利用锅炉、窑炉、焚烧炉等热工设备排放的高温烟气中的剩余热能。工作机制：该技术基于热传递原理，通过高效换热器将烟气中的热能传递给其他工作介质，如循环水、空气等，从而实现能量的回收与再利用。这一过程中，高温烟气温度降低，而介质则被加热至所需温度。对于火力发电厂而言，排烟余热回收系统所吸收的能量可以用来加热凝结水，或通过水媒暖风器加热空气提高送风温度，从而减少低压加热器或者暖风器的抽汽量，增加汽轮机做功，提高机组效率。同时如果进一步适当提高空预器进口冷风温度，虽然锅炉排烟温度也会随之提高，但是由于排烟温度的增幅会小于冷风温度的增幅(即排烟温度的增幅小于环境温度的增幅)，相当于变相降低了排烟温度，进而提高锅炉效率。

1、回收余热方式比选

一是设置烟气换热器，让烟气和凝结水直接进行热交换，同时凝结水进入暖风器加热冷风。这种方式优点是一级换热，换热效率较高，缺点是若换热管一旦泄露，凝结水会泄漏到烟气侧，甚至污染凝结水的品质，影响机组运行；并且由于凝结水压力较高，换热器(包括烟气冷却器和水媒暖风器)中换热管束必须能够承受凝结水的压力，故不能采用氟塑料等材质，只能采用金属材质管束，同时会导致管束壁厚较大，导致设备笨重，投资加大。

二是采用热媒水系统，设置烟气换热器和水水换热器，让烟气和低压的热媒水之间接进行热交换，同时采用热媒水加热冷风。这种方式缺点是二级换热，系统复杂，增加相应的热媒水系统，同时换热效率较一级换热低，优点是系统安全，便于调节。暖风器的作用是把冷风加热到空预器不发生低温腐蚀的要求温度或更高温度。暖风器加热蒸汽一般均采用厂用辅助蒸汽。用高温的蒸汽加热低温的空气，换热温差大，热经济性低，如改为烟气余热利用的低温热水，热经济性会大为改善。

2、烟气换热器布置及设计

2.1 烟气换热器布置

烟气余热利用的一级换热设备为烟气换热器，视其设置位置不同，又可分为以下两种情况：设置在空预器出口(除尘器入口前)和设置在引风机出口(脱硫塔入口前)。前一种方案一般为配合低低温除尘器使用，通过降低除尘器前烟温，一方面可以提高静电除尘器的除尘效果，另一方面由于烟气温度下降后体积流量减小(阻力也会随之变小)，可降低引风机功率。但是由于此处的烟气未经除尘器除尘，对烟气换热器管束的冲蚀磨损很大，换热管束工作条件较为恶劣，需特别考虑防磨。后一种方案烟冷器布置在除尘器后，不用考虑烟气中的灰尘磨损问题，并且可充分利用引风机温升，烟气换热量要大于除尘器前方案。但是该方案中，由于烟气中粉尘含量低，凝结出的酸露易聚集在换热管束表面，造成腐蚀；而且一般烟冷器距离脱硫塔较近，容易造成脱硫塔内浆液反溅至换热面表面，加剧腐蚀，故对于换热材料需做特别考虑。

2.2 烟气换热器设计

对于烟气余热利用系统，在一定范围内，如抬高空预器进口冷风温度，会导致锅炉排烟温度增加，烟冷器的换热量也随之增加，反过来又可以提供更多的热量给热力系统，有助于提高全厂热效率。但是受到除尘器材料等因素制约，空预器出口排烟温度又不可能无限增加，增幅只能保持在一个合理的范围内。根据《燃煤电厂烟气除尘设计规程》DL/T5592-2021 中相关规定，对于电袋除尘器，其入口烟气温度不宜高于 150^qC 。为了保证除尘器中滤袋使用寿命，并留有一定裕量，目前暂定按照工况(即空预器入口冷风温度抬高 40^cC )选型。

经烟气换热器换热后，烟气温度从 146.5^qC 降到 85^∘C ；降温幅度：146.5C-85C=61.5C 。经过水媒暖风器后，冷一次风温度由 30% 升至 70% ，冷二次风温度由 25°C 升至 65°C ，温升幅度： 40% 。每台炉进入烟气换热器的总水量(或闭式循环水量)： ～600t/h ，热媒水进、出口水温分别为 134 和 73C （各取 12% 端差），热媒水总换热量为 41.6MW 。凝结水温升情况：凝结水从 8 号低加出口引出 (74.79) ，进入水水换热器进行吸热，升至 110.4C 进入 5 号低压加热器入口，升温幅度： 110.4^∘C.74.7^∘C=35.7^∘C 热媒水用于加热凝结水的热量的热量为 18.18MW，可加热的凝结水流量为 436t/h. 。

3、技术实施方案

热媒水循环系统通过热媒水循环泵将系统内的热媒水在烟气冷却器和一、二次风暖风器之间循环，并调节进入烟气冷却器的热媒水量。系统主要由热媒水循环泵、烟气冷却器、一次风暖风器、二次风暖风器、热媒水调节旁路、相关阀门、流量计等组成。

每台机组配置 2 台 100% 容量的热媒水循环泵，热媒水循环泵为变频调节，其中一台运行，一台备用。当一台热媒水泵出现问题时，另一台泵可以自动启动。每台泵入口均设有过滤器，防止异物进入泵体损坏叶轮。每台热媒水循环泵出口均设置电动隔离阀，出口设止回阀。

从热媒水循环泵出来的水由烟气冷却器入口母管进入烟气冷却器。经过烟气冷却器加热后的热媒水进入热媒水蒸汽加热器，根据需要进一步加热后进入一、二次风暖风器放热，加热空预器入口冷一、二次风。

烟气冷却器入口设有热媒水调节旁路，根据锅炉负荷及烟气冷却器出口烟温调整进入烟气冷却器的热媒水量，从而保证烟气冷却器出口烟气温度要求。热媒水调节旁路上装有调节阀组，根据烟气冷却器出口烟温自动调整调节阀的开度。

烟气冷却器入口还设有热媒水再循环系统，热媒水再循环系统由两台热媒水再循环（一运一备）及相关阀门组成。主要作用为在特定工况时调节进入烟气冷却器的入口水温不低于 65^∘C ，避免烟气冷却器的低温腐蚀。

4、结束语

通过对火电机组烟气余热利用系统比选及设计研究，兼顾运行安全及经济性，通过烟气余热利用装置降低脱硫塔入口的烟气温度，提高空预器进口一、二次风温、改善空预器堵塞和腐蚀问题，回收热量至凝结水系统，有利于提高机组热效率，对新建火电机组具有一定借鉴意义。

参考文献

[1]胡深亚，中低温烟气余热利用系统优化何换热特性的研究[D].上海：上海电力学院，2021

[2]周武，向朝属，李健.火力发电厂锅炉尾部烟气余热利用技术.东方电气评论，2012（26）：46-50