锅炉烟气余热回收系统的应用与探讨

锅炉烟气余热回收系统的应用与探讨

宋文卓

中国电建集团河南工程有限公司，河南 郑州 450000

摘要：目前区域供热燃煤工业锅炉最终烟气温度仍在150℃左右，烟气温度较高，且数量很大。如果直接排放到大气中，不仅浪费了大量能源，而且对空气质量有严重的污染，本文拟开发一种新型低温烟气余热回收系统，将低温烟气温度降低到60℃以下，回收大量余热。

关键词：电站； 燃煤锅炉； 烟气余热回收利用；

1 锅炉烟气余热回收利用的常见方式分析

1.1 省煤器

在锅炉中，低温省煤器在汽轮机回热系统中注入回收的烟气余热，以达到减少抽汽量、提高汽轮机运行效率的目的。低温省煤器采用注入烟气余热的方式进行回收，所以不会对锅炉内部传热量分配造成影响，在设计低温省煤器时，只需要计算回热系统的相关数据即可。在实际应用中，锅炉可将低温省煤器安装在烟气系统预热器出口和除尘器上，将其并联于热力系统的低压加热器，能够有效回收烟气余热，大幅度降低锅炉煤耗量。此外，锅炉组还可安装高温省煤器，以提高高温省煤器排挤抽汽效果。高温省煤器安装在空气预热器前，利用高温烟气加热锅炉中的凝结水，先将烟气温度提高至360℃，再利用高温烟气对冷凝水进行加热，提高抽汽效果，增加汽轮机做功。与低温省煤器相比，利用高温省煤器进行烟气余热回收可降低更多的煤耗量，一般是多降低2.0g/kW·h，同时还能够保证汽轮机抽汽效率。所以，高温省煤器的节能效益更好。铸铁式省煤器虽然具有耐腐蚀、使用寿命长等优点，但造价较高，且维修难度较大。而钢管式省煤器的造价低，便于安装，维修工作量小，但耐磨和耐腐性较差。

1.2 烟气余热加热管网热水

在供热系统中，供水温度在95℃左右，回水温度在70℃左右，部分地区为提高供热系统的供热能力，将供热水温度设计为130℃。对于燃煤锅炉的排烟系统而言，烟气温度均为100℃以上，这一温度标准可满足供热管网的加热需求。所以，在采暖期内，燃煤电站可引入烟气余热循环供热系统，提高能源利用效率，将大部分烟气余热再次传递到热网中，对供水进行加热。烟气余热加热管网热水需配置烟气回收器收集烟气余热，使烟气从加热装置的下方进入，从上方流出，对加热装置进行加热，同时保证加热装置的密闭性，减少热水管道之间的连接，以免烟气对热水造成污染。烟气余热加热管网热水只适用于冬季采暖期的锅炉烟气余热回收，可提高烟气余热利用效率，但是进入非采暖期后就必须停止烟气回收器的运行，从整体上看，不利于提高烟气余热的利用效率。

1.3 烟气余热预热空气

燃煤锅炉的烟气余热可用于对空气进行预热，发挥暖风器的作用。燃煤电站可将暖风器设置在锅炉的空气预热器上，实现对烟气余热的回收利用。但是，这种回收利用方式会降低锅炉效率。暖风器会将烟气热量全部带入锅炉中，改变锅炉原有的传热分布结构，导致锅炉整体热力值变化。据统计，当锅炉暖风器温度降低10℃时，锅炉排烟的温度只能降低2℃，这说明烟气回收利用效率偏低，大部分热量处于无效利用状态。所以，在采用烟气余热预热空气回收技术时，必须从锅炉的整体效率考虑暖风器的安装位置，应将其安装在空气预热器的最后一级受热面上，并且还要计算受热面的传热量，结合工质温度变化，判断烟气余热预热空气回收技术是否能够满足锅炉效率的运行要求。当前，板式空气预热器可解决烟气余热预热空气中的问题，在板式空气预热器中，烟气与空气可通过板片直接换热，完全隔离冷热流体，解决预热空气的漏风问题。板式空气预热器可实现大型化、模块化应用，具备传热效率高、能耗低、维修方便等优势，可提高烟气余热预热空气的节能效果。

2 ORC系统在锅炉烟气余热回收利用中的应用研究

通过上文分析可知，上述三种烟气余热回收利用方式各具优缺点，为了进一步提高锅炉烟气余热回收利用效率，并有效解决低温腐蚀问题，可对ORC系统进行运用。

2.1 ORC系统简介

ORC是有机朗肯循环的简称，这是一种新型的余热发电系统，该系统以低沸点的有机物作为工质进行朗肯循环，在蒸发器内对烟气的余热进行吸收，由此可以产生出蒸气，这部分蒸气具有一定的温度和压力，能够带动发动机发电。

2.2 ORC系统的应用优势

在锅炉烟气余热回收利用中，ORC系统的应用优势体现在如下几个方面:一是系统对温度较低的热源具有较高的利用效率，能够满足电站燃煤锅炉烟气余热回收利用的需要；二是有机物工质的声速要低于水蒸气，从而使系统在低叶片速度时，能获得更加有利的空气动力配合，可以产生较高的汽轮机效率，并且不需要安装齿轮箱；三是有机物工质本身具有较高的冷凝压力，系统在接近或是高于大气压力的条件下运行时，可以降低工质的漏失；四是系统的结构较为简单，可就近布置，不需要对原本的系统进行较大的改动，只在尾部烟道内加装一个换热器即可。

2.3 ORC系统的应用策略

(1)优选有机物工质。在锅炉烟气余热回收利用中，对ORC系统进行应用时，有机物工质的选择尤为重要。根据工质的性质可将其分为以下三类，即干工质、湿工质和等熵工质。在对工质进行优化选择时，应当充分考虑各类工质在饱和蒸汽曲线中的斜率。干工质的分子量较大，比较常用的有R113和笨等，湿工质的分子相对较小，常见的有水等，等熵工质中比较常用的是R134。其中等熵工质可使ORC系统汽轮机的内效率达到最高，并且冷凝器所承受的热负荷要明显小于其它两类工质。因此，可将等熵工质作为ORC系统的首选工质。

(2)合理选择系统类型:(1)回热型。膨胀机出口的乏汽温度较高，可设计回热型系统收集乏汽中的余热，提高余热利用率。基本型系统与回热型系统在净输出功率相同的情况下，回热型系统蒸发器内的工质吸热量相对更低，由此可知回热型系统比基本型系统的热效率更高。所以，在回收温度较高的乏汽余热时，应采用回热型系统，减少乏汽的热消耗量，提高系统热效率。(2)抽汽回热型。该系统可抽取出膨胀机内没有完全做功的部分蒸汽，将蒸汽混合泵出口的工质，对工质进行余热，以达到提高系统热效率的目的。由于抽汽回热型系统抽取的蒸汽是没有完全做功的蒸汽，用于提高蒸发器入口工质的焓值，所以会大幅度降低系统的净输出功，提高热效率。与回热型系统相比，在相同的净输出功条件下，抽汽回热型系统的热效率相对更高，可减少余热回收中的不可逆损失。(3)再热型。该系统用于抽取有机蒸汽送入再热器中加热，加热之后再将高温度的蒸汽送入膨胀机做功。在抽取过程中，有机蒸汽为没有完全膨胀的蒸汽。在基本系统与再热型系统都使用低沸点有机工质的情况下，基本系统随着再热压力的提升而减少吸热量，与此同时，输出功率和热效率先呈现出上升状态，之后又开始回落，使得基本型系统存在最佳再热压力。而对于再热型系统而言，该系统与基本型系统的最大热效率极为接近，但是该系统的净输出功却明显大于基本型系统。

3 结语

综上所述，锅炉烟气回收利用是一项非常重要的工作，回收利用效率的高低与经济效益密切相关。省煤器、烟气余热加热管网热水及预热空气这三种方式各具优缺点，为进一步提高锅炉烟气回收利用效率，可对ORC系统进行应用。在具体应用的过程中，要对有机物工质进行优选，并合理选择系统类型，这样才能使ORC系统在烟气余热回收利用方面的作用得以最大限度地发挥，也才能使电站的经济效益获得提高。

参考文献

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