烟气余热回收系统的优化改造

摘要：随着经济的不断发展，人们对能源的需求越来越大。能源作为人们生活工业发展的基础，需要给予充分的重视，目前来说能源紧缺的问题越来越严重，供需矛盾突出，余热回收节能降耗是能源回收的主要手段和方式。文章对烟气余热回收系统的优化改造进行了探讨。

关键词：烟气余热回收系统；能源需求；能源紧缺；节能降耗；能源回收 文献标识码：A

中图分类号：TK115 文章编号：1009-2374（2016）09-0092-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.044

烟气余热回收对于煤、气、燃油锅炉来说是一项专用装置，通常安装在锅炉烟口或者烟道中，烟气余热回收装置四周管箱，中间隔板将两侧通道隔开。在烟气余热回收装置进行工作时，高温烟气通过烟道对热管有一个具有向上力道的冲刷作用，这种情况下会造成热管的大量吸热，烟气放热的温度就会下降，热管吸收热量的情况会造成右端的空气或者是水受热造成一个逆向的冲刷问题，热管放热，空气或者水就会大量吸热造成温度急剧上升，这种情况下需要保证的是余热回收器出口烟气温度也应保证不低于露点。

1 烟气余热回收的重要性

余热资源，顾名思义就是在尚未回收的部分能量，有可能进行重复利用和回收，余热资源具有非常大的潜在能量，是在天然气、煤、石油以及水力之后的另一大常规能源，并且具有无污染性等特点，余热资源经过回收利用可以用于驱动机械、发电以及制冷和加热等。

据统计，我国煤炭总量的50%都消耗在火力发电中，在火力发电的总能源消耗中排烟损失是电站锅炉热损失中的主要损失形式，大约占到5%～8%，占锅炉总热损失的80%或更高。排烟的热损失对于电厂的工作有多方面的影响，其中最主要的是锅炉的排烟温度，数据表明排烟温度每升高10℃，排烟热损失增加0.6%～1.0%，发电煤耗增加2g/kWh左右。目前我国的火电机组运行情况下，锅炉的排烟温度很高，通常保持在125℃～150℃，所以排烟的高温中具有非常大的余热能源，并且排烟温度较高是一个普遍存在的问题，由于排烟温度的问题造成了不可忽视的能量损失，如何降低电站锅炉的排烟温度并有效利用是一个长久以来研究的问题。解决这个问题需要对环境的限制有所突破，不断实现低温省煤，在目前的工作应用中低温省煤器已经有所应用，但还是存在一定的阻碍问题，其中包括硫酸的腐蚀或者潮湿等问题，这就需要我们不断加快研究和完善，解决应用中的问题，从而更好地实现低温省煤器的作用和应用。除此之外还有另外一种方式，就是对已经投运的锅炉采用燃烧优化等方式，但是燃烧优化的作用较低，降低排烟温度回收余热的效率较低，因此这种情况下与原有锅炉系统独立的排烟余热回收系统应运而生，具有很好的节能降耗的作用。

2 烟气余热回收工作原理和回收原则

2.1 烟气余热回收工作原理

导热率高热管为导热元件，热管内部的传热方式主要依靠工作液体的气液相变，热阻较小，导热能力较高，经济性好，比较容易实现冷、热流体的完全逆流换热，获得较大的对数温差，烟侧阻力小，烟侧阻力为20～30Pa，系统简单，节能效果显著。

目前烟气余热回收装置传导热量的温度范围能够达到30℃～1000℃。烟气余热回收装置的改善相较于传统方式更为安全可靠，应用领域越来越广泛，并且超导热管的形状也有了很大的发展，有较大的灵活性。

2.2 烟气余热回收工作原则

把重点放在提高现有设备的效率上，尽量减少能量损失。由于一些热设备会排出大量高温烟气，这种情况下就需要对余热进行有效的利用，通常采用本设备和本系统进行优先利用，常见措施有对燃料进行余热、提前加热物体、加入预热助燃空气等。对于余热回收无法在本设备和系统进行利用的情况下可以通过回收来产生热水或者蒸汽，从而以此来产生动力。余热分为不同的种类，所以在回收的过程中要根据余热的特点、排出情况以及数量、可利用性和介质温度进行科学的可行性分析，从而根据余热的特点最大限度地进行回收，科学选择余热回收要用到的设备类型和规模，一些呈固态高温、高低温液体、冷凝水等必须严格根据相关规范进行处理，避免因为高压高热等问题造成的安全隐患。

3 烟气余热回收的主要装置及特点

第一，烟气余热回收的主要装置中，热管余热回收器是常用的设备，该设备具有型号较小、安装方便、传热效率高等特点。这些特点就对热管余热回收器的广泛应用奠定了基础，另外在功能上热管余热回收器基本上保障了相变传热，并且能够在相同负荷条件下扩大流通面积、降低流速、减少管数、减轻磨损等。

第二，热管余热回收器的抗腐蚀能力良好，热管的传热方式是通过管内液体，关闭温度控制在高于露点，这就使得管壁外不会凝露沾灰，从而提高抗腐蚀能力。

第三，热管余热回收器具有很长的使用寿命，并且在出现问题的情况下可以只拆换单根热管，从而降低了维护成本，单台使用寿命可达十年以上。

第四，安装方便。余热回收装置是独立于原锅炉装置的，不需要进行大量的改动即可进行安装和应用。

第五，安全可靠。余热回收装置中超导热管等温性能好，相较于传统的方式来说能够长久地保持传热效率，对于锅炉和窑炉工作不会有影响，并且导热时不会产生通风阻力或者污垢。

第六，节能效益好。余热回收装置的应用大大降低了能源消耗，统计可得大型工业窑炉效率可提高10%以上，中小型燃油、燃气、燃煤锅炉效率可提高节能达3%～18%。

第七，投资回收期短。这种余热回收的工作通常投资较大，但是回收期也较短，总的来说表现在8个月左右，余热资源的应用大大降低了锅炉消耗率，提高了能源利用率，并且利用冷凝换热器实现了对烟气中水蒸气的汽化，这种汽化大大提高了锅炉效率，为企业的效益奠定了基础。

第八，热回收机组的运行需要基本冷负荷作为支持，在一个系统中通常包括了热回收机组和其他单冷机组，两者相辅相成，热回收机组收集了冷却水系统中的热量，这部分热量可以用于加热和工艺热水等，实现了废热利用，避免因为冷凝造成的污染，并且同时减少了冷却塔的消耗和成本。

4 烟气余热回收系统改造

4.1 低温省煤器进出口烟温选择

在夏季高温的情况下如何保证低温省煤器的换热需要在夏季机组额定工况下选择平均排烟温度，具体的烟气温度要根据不同布置位置和工程情况进行设置，在低温省煤器布置处在除尘器前面时为了避免烟气由于温度问题造成的结露现象影响到除尘器的正常运转，需要注意的是排烟温度控制在高于酸露点温度。

4.2 凝结水取水方式

在低温省煤器的凝结水温度上要进行控制，在回热系统中不能取得合适温度凝结水的情况下可以采取两种情况：一种是从一低加入口取水与热回水的部分进行混合；另一种是从两级不同的低加入口取水并混合至合适的温度。

4.3 凝结水分水系数优化

凝结水分水系数在低温省煤器的凝结水温度确定的情况下会对经济性和煤量消耗产生影响，通常情况下，分水系数越小，节省标煤量越高，同时低温省煤器的换热面积也会增加，这就需要根据两者的增加幅度对凝结水分水系数进行优化，确定科学合理的分水系数。

4.4 低温省煤器布置

4.4.1 低温省煤器的安装通常在除尘器入口前、空气预热器出口位置的烟道上，这种不仅能够减小飞灰比电阻同时降低锅炉排烟温度，对于除尘效率来说也有相应的提高，减少污染物的排放。除了这些优势之外，还有一些问题就是由于控制烟温在酸露点之上，导致不能充分利用烟气余热，增加了除尘器内堵灰的可能性。

4.4.2 低温省煤器的位置通常在脱硫塔入口前，也是引风机出口的位置，这个位置能够保证在低温烟气冷却后避免对引风机等设备的腐蚀直接进入脱硫塔，并且更有效地利用了烟气余热，低温省煤器在脱硫塔前设置还有一个优势，能够减少烟气蒸发的水耗，同时减轻了换热管束的磨损和堵灰问题。

4.4.3 低温省煤器布置常见的串联两级的设计方式，通过低温省煤器的两级串联，这种布置方式对于电除尘的效率有很大的提高，并且能够延长布袋除尘器的寿命使用，这种方式能够对烟气的热能充分利用，但是低温省煤器的系统较为复杂，工程的要求较高，并且成本也较高。

4.5 防腐蚀方式

在烟气回收装置中，由于凝结水温度在进入低温省煤器时较低，容易导致低温省煤器烟气出口侧管束壁面温度将低于烟气酸露点，这就容易产生低温腐蚀现象，如何避免或者减缓这种腐蚀现象可以从以下两个方面进行优化：

4.5.1 材料上采取耐腐蚀材料，例如采用ND钢等，除此之外还可以在材料的应用上尽量留取一定的腐蚀量，从而减缓腐蚀，延长设备使用寿命。

4.5.2 氟塑料烟气余热回收换热器是一种新型的耐腐蚀热交换设备，氟塑料烟气余热回收换热器广泛应用于航天、航空、化工、医药、冶金等领域中。常用的氟塑料余热回收换热器的材料有可熔性聚四氟乙烯（PFA）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚全氟乙丙烯（FEP）。氟塑料换热器主要用于工作压力为3～4MPa、工作温度在200℃以下的各种强腐蚀性液态介质，如硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸、醋酸和苟性介质等溶液的冷却或加热。

5 结语

综上所述，通过余热回收系统的应用和不断优化，充分利用了锅炉排烟的余热，对于汽轮机组的运行效率和高风机的运行效率也有所提高，对于冷却水的应用来说有所减少，我们已经取得了一定的回收效果，但是仍需要不断总结工作经验吸收国内外先进理念，从而更好地节约和利用能源。

参考文献

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[2] 白印军，刘胜杰.复合相变换热技术在加热炉烟气余热回收中的应用[J].冶金能源，2013，32（1）.

作者简介：赵春锋（1982-），男，江苏南通人，上海中芬新能源投资有限公司工程副总监，中级工程师，研究方向：工程项目管理和组织。

（责任编辑：王 波）