烟气余热回收技术在热电厂中的应用

康玉龙

（河北大唐国际张家口热电有限责任公司河北省张家口市075000）

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，热电厂建设越来越多。很多中小锅炉为防止露点腐蚀，排烟温度设计偏高，同时今年煤炭涨价，机组效率下降等问题进一步提高排烟温度，文章主要介绍锅炉利用烟气余热回收降低排烟温度的必要性，以及烟气余热回收主要技术应用。

关键词：烟气余热回收技术；节能；热管技术；低温省煤器技术

引言

能源是国民经济发展的物质基础，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，我国对能源的需求量日益增大，经济和社会快速发展面临的能源约束矛盾。而在化工、冶金、制药、纺织、采油、电力等行业生产工艺过程中，随着生产的进行，往往有大量废蒸汽、废热水、废烟气等废热排放，这些废热排放不但浪费能源，还对环境造成热污染。所以若能通过一定的技术对其进行回收处理利用，将是一项有利国家、造福于民的工程。

1锅炉烟气余热回收原理

传统燃气锅炉的燃料是天然气，主要成分为CH4，其燃烧后的烟气中含有大量气态水，当温度降低时，烟气中的水蒸气饱和湿度也将降低；当其温度降低到57℃左右时，锅炉尾气中水蒸气随之冷凝析出，同时释放出大量汽化潜热，释放的热量被回收并提质升温，用以加热采暖管网。原理是在燃气锅炉后设置烟气余热回收设备，利用锅炉尾部烟气余热热量与间接式换热器余热热量进行换热，置换出烟气低温余热，同时，采用吸收式热泵技术吸收余热水中的热量，用以加热供热管网的回水。燃气锅炉排放的烟气经余热回收后，烟气温度降低，烟气中的水蒸气冷凝后被回收，通过对原始热网管路和烟气管路的改造，使整个系统效率提高10%以上。

2烟气余热回收技术

2.1热管技术

热管利用了热传导原理与工质在相变过程中吸收或释放潜热原理，将热量高效快速的传递出去，其导热能力超过任何已知的金属。热管包括管壳、吸液芯、端盖（或封头）和工作液体，将热管内部灌注适量的工作液体，并抽成1.3×（10-1～10-4）Pa的负压，毛细多空材料构成的吸液芯紧贴热管内壁，在吸液芯中充满液体后，将热管密封。热管两端分别是蒸发段（加热段）和冷凝段（冷却段），根据具体应用场景，在热管合理布置绝热段。当蒸发段受热时，热管中的工作液体吸热蒸发汽化，蒸汽在压差作用下流向另一端，释放出潜热并凝结成液体，凝结的液体因毛细里作用，再沿吸液芯回流至蒸发段继续吸收热量，形成闭式循环。热管中的工作液体不断流动，同时在两端不断吸热放热，实现热量的传递。热管具有以下基本特性：高导热性；出色的等温性；热流密度可变性；热流方向可逆性；热二极管与热开关性；恒温特性；很强的环境适应性。这些特性保证了使用热管的换热设备具有几个特点：①与一般设备比较，热管更安全、可靠，可实现长期连续运行。②热管管壁的温度可根据实际使用情况进行调节，实现运行期间热管表面温度在露点以上，防止露点腐蚀。③冷热段布置灵活。④热管换热效率高节能显著。⑤热管式换热设备可采用分离式设计，装置的受热段和放热段可视现场情况而分开布置，使设备和系统设计更灵活。热管寿命影响因素很多，主要包括以下3个方面：管中产生不凝性气体；工作液体性质恶化；管壳材料腐蚀。烟气余热利用技术中，热管式换热器相对于其他两种成本最高，热管质量直接影响换热器寿命和换热效率，若热管质量差，会导致运行维护成本增加，换热器效率下降快，使用寿命大幅减少，因此采用热管技术必须严格控制热管质量。

2.2直接接触式换热器除雾特性

a.除雾器采用屋脊式布置，能够增大流通截面积，降低迎面风速，减小液滴动能，强化除雾效果。b.除雾器挡叶片采用多次遮挡方式，高效除雾。c.换热器经CFD流场计算，根据压力场、速度场、液滴分布场，确定除雾器的最佳布置方式，即有效除雾又能降低阻力。d.换热器内采用降低烟气流速设计，流速低于3m/s，提高除雾效率。e.除雾器经过严格实验测定，除雾效率能够达到99.2%以上。

2.3间接接触冷凝式

毛细泵环（CPL）利用相变潜热的吸收与释放，在温差极小的情况下能够提供强大的传热能力，同时加装在蒸发器内的毛细芯，使远距离传热仅依靠毛细力便可实现。毕喜柱在其专利中将涡街技术应用于翅片管换热，在SZS10-1.25-Q型燃气锅炉的排烟系统中，增设高效涡街换热器，同时提高烟气侧对流换热系数数倍，使换热在很小的传热温差下进行，从而达到燃气锅炉的高效节能。有实测数据显示，排烟温度由190℃降至35℃，锅炉效率从85.94%提高至95.59%。另外将热管换热器以组合形式应用于燃气锅炉中，组合后的换热器中一半热管用以加热空气，另一半热管则用以加热热水。经验表明，改用热管空气预热器后，排烟温度从250℃降到150℃，锅炉效率提高了6%左右。

2.4低压省煤器技术

低压省煤器装在锅炉尾部烟道，结构与一般省煤器类似，均为表面是换热器，主要部件包括受热面蛇形管、箱板、清灰器和进出口联箱组成。为防止受热面结垢腐蚀，低温省煤器一般加热除盐水或凝结水等软化水。加热凝结水，可以替代部分高加作用，节约用气量；加热除盐水可提高除氧器入口水温，也可以利用除盐水作为中转媒介，加热其他工质。

3锅炉低位烟气余热深度回收换热过程

第一阶段采用翅片管换热，将烟气温度降至60℃～70℃，制取的热水送至锅炉继续加热或作采暖热水。第二阶段采用直接接触喷淋换热的技术，最大程度的吸收剩余烟气的显热与潜热，同时将烟气中的硫化物与氮化物溶于水，起到高效环保作用。第三阶段采用翅片管换热的技术，利用回收后的余热，预热进入锅炉的冷空气，起到加热加温的作用。

4复合相变换热器技术

复合相变换热器技术是将原来热管换热器中一根根相互独立的热管，构造成整体热管。换热器在加热段吸收烟气中热量，使管内水蒸发，上升至冷凝段后，释放潜热凝结成水，依靠重力回流至加热段，形成自然循环，通过水-水蒸气反复“相变”，吸收释放潜热，到达热量传递的目的。通过“相变段”温度的调节，对受热面（即烟气侧）最低壁面温度进行控制，防止其产生露点腐蚀，整体可实现闭环控制，配合自动化控制系统实现无人值守。复合相变技术具有几个特点：①将高温烟气与低温水分开，给谁的温度不受烟气酸露点的限制。②利用相变过程进行换热，换热系数比较高。③壁面温度恒定，壁面温度不在取决于给水温度。④控制系统比较简单。⑤被加热水的出口水温低于出口烟气温度的限制，被加热水的出口水温将低于出口烟气温度。复合相变换热器与其他换热器相比，从传热机理上讲更容易实现自动控制，能做到在运行过程中自动控制壁面温度，在确保安全运行的基础上最大的回收烟气中的余热。

结束语

综上所述，目前，烟气余热回收利用已有大量理论研究和工程应用案例，安装烟气余热回收装置，可以有效提高全厂的热效率，达到节能目的，同时也可利用烟气余热税收装置，提高电除尘器效率，或加热脱硫塔后湿烟气，起到消白作用，配合电厂环保设施达到减排目的。

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