电站锅炉排烟余热回收的理论分析与工程实践

导言

电站锅炉的排烟温度是锅炉设计的主要性能指标之一，它影响锅炉的热效率、锅炉制造成本、锅炉尾部受热面的烟气低温腐蚀、烟气结露引起的尾部受热面堵灰、烟道阻力和引风机电功率消耗等，涉及到锅炉的经济性和安全性传统理论和以前的技术经济分析结果认为:电站锅炉的排烟温度在120～140℃内较住，一般情况下很少采用低于120℃的排烟温度。与传统理论和以前的技术经济分析结果所依据的基本数据相比，目前在能源价格和环保脱硫要求等方面发生了巨大变化能源价格高涨，从经济性方面考虑，应该选用更低的锅炉排烟温度;在环保脱硫要求方而，目前大多数火电厂采用的烟气石灰石湿法脱硫工艺中，最佳脱硫温度为50℃左右，通过喷淋方式在脱硫塔内将锅炉排烟温度降低到50℃左右，不仅消耗了大量的水和能源，而且也增加了烟气排放量。

1.电站锅炉排烟余热回收的可行性

电站锅炉排烟余热回收在技术上有一定难度，且在经济上存在获利边界，需要进行大量的技术攻关和经济分析工作烟气余热回收技术能节约大量的水资源，且能回收大量原本会白白浪费掉的热能资源，是典型的节能减排技术烟气脱硫技术有数百种，其中大型火电厂均以湿法烟气脱硫工艺为主湿法脱硫后的烟气是否需经升温后排放，世界上有2种实践，德国早期以及日本的火电厂装有烟气换热器(GGH)将脱硫后的烟气升温后排放;美国大部分火电厂将脱硫后的湿烟气直接排放在我国这2种实践都有，认为石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺不宜安装GGH，也证明GGH在运行中容易结垢，问题比较多近期在我国投运的很多大机组都采用直接排放工艺，如上海某21000MW、浙江某2×1000MW机组等所示锅炉排烟余热回收能量示意图为没有安装GGH的湿法烟气脱硫工艺情况.对于安装GGH的系统，排烟余热可回收能量中应减去锅炉排烟在GGH中的放热量某电厂的技术专家凭借丰富的运行经验和扎实的热能动力专业知识，提出了脱硫系统零能耗的大胆创新概念并实施于该电厂2×1000MW超临界火电机组脱硫系统零能耗的概念包括锅炉排烟余热回收方案，由某设计研究院承担了排烟余热回收装置的技术研究、产品研制及供货项目运行实践证明，锅炉排烟余热回收装置将进入烟气脱硫塔的烟气温度有效地降低到85℃左右，运行工程师和设备研制工程师对运行一段时间后的锅炉排烟热量回收装置进行了技术分析，一致认为该装置运行可靠，没有出现烟气低温腐蚀和受热面堵灰问题，达到了预期的节能减排、提高电厂运行经济效益的目的由于锅炉排烟余热回收装置在烟气温度相对较低的区域工作，因此烟气中的硫酸蒸汽和水蒸气容易结露，由此引起的烟气低温腐蚀和堵灰问题将是首先需要解决的技术问题只要解决了这两个主要技术问题，就能保证锅炉排烟余热回收装置在技术上的可行性，然后才能选择比较经济的具体方案。

2.烟气低温腐蚀

2.1烟气露点温度计算

烟气露点温度的定义为:烟气中的硫酸蒸汽在壁面上不断凝结，直到引起不能允许的低温腐蚀时的壁面温度国内外有大量关于锅烟气露点温度的研究，由于锅炉的烟气结露问题复杂、研究价值大，所以有大量的研究人员从不同的侧重点对其进行了研究，得出的结论差别很大对于同一种烟气成分，应用不同的研究结论进行计算所得到的烟气露点温度差别很大一般，烟气露点温度与燃煤成分中的水分含量、硫含量、氢含量、灰分含量、发热量以及炉膛燃烧温度和过量空气系数等因素有关，但这些因素的影响程度不同，所以有的计算中会忽略某些因素的影响。

2.2防止低温腐蚀的可行性

根据烟气露点温度的定义，通过分析锅炉尾部受热面的工作情况，认为只要使电站锅炉排烟余热回收装置的传热管最低运行金属壁温高于经验公式计算的数值，就能防止烟气低温腐蚀的发生，确保电站锅炉排烟余热回收装置的安全，可靠运行。

2.3传热管型式的选择

由于烟气余热回收装置的关键技术问题是低温腐蚀，而解决低温腐蚀的关键又在于对传热管金属壁温的控制，所以传热管型式的选择主要考虑有利于提高金属壁温由于烟气出口温度与冷凝水出口温度比较接近，所以传热模型一采用流换热方式，以获得最大传热温差，保证换热的正常进行当然，这样会导致烟气最低温度和冷凝水最低温度出现在同一根传热管上，不利于提高传热管的金属壁温。

3.传热管堵灰

锅炉烟气中的灰不仅会污染传热管表面，影响传热效率，还会堵塞烟气流动通道，增加烟气流动阻力甚至影响锅炉安全运行，导致不得不停炉清灰在电站锅炉排烟余热回收装置运行过程中，保证传热管金属温度高于烟气水蒸气露点温度、传热管上不会造成水蒸气结露至关重要，这样才能使传热管上的积灰为干灰，而对于干灰，运行中有成熟可靠的吹灰器可供选择对于干灰的清理，主要考虑3个措施:

(1)烟道内烟气流动通畅，在结构设计上不出现大量积灰源，同时保证吹灰器能吹到所有的管束，不留吹灰死角;

(2)烟气流动速度均匀，设计烟气流速高于10m/s，使烟气在流动中具有一定的自清灰功能;

(3)采用蒸汽吹灰器或者压缩空气吹灰器定时吹灰，保证传热管积灰程度在允许的范围内，使烟气流动阻力的增大幅度和传热能力的降低幅度都在允许范围内。

4.运行实践

电站锅炉排烟余热回收装置于2008年9月研制成功，取得了令人满意的运行效果，部分设计和运行数据运行数据与设计数据基本吻合，由于进水温度提高了10℃，所以在进口烟气温度基本相同的情况下，运行排烟温度比设计值偏高2℃，实际传热效果较预期好，取得了令人满意的锅炉排烟余热回收高效节能效果。

结束语

(1)从理论上讲，只要解决了烟气低温腐蚀和传热管积灰堵灰的技术问题，锅炉排烟余热回收在技术上是可行的示范工程将锅炉排烟温度从123℃降低到87℃，降低了36℃，没有发现烟气低温腐蚀和传热管堵灰的现象。

(2)随着能源价格高涨和烟气脱硫要求，传统概念上的锅炉排烟温度设计推荐数值已经失真，有必要根据实际工程情况，按照当地煤价、水价和电价等数据，综合考虑设备价格后，确定进入烟气脱硫塔的烟气温度。

(3)锅炉排烟余热回收装置示范工程的成功运行证明:电站锅炉排烟余热回收不仅在理论上完全有必要，而且在实践中也完全能够做到，起到了良好的节能减排、降低发电煤耗以及提高运行经济效益的作用、新途径。

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