烟气余热利用系统节能效果及运行分析

摘要：详细介绍了烟气余热利用的现状及技术原理，并对技术路线的发展进行了简要阐述。以某热电厂烟气余热利用系统的运行情况为例，介绍了烟气余热利用系统的节能效果及运行情况，并提出了应对低温腐蚀的治理措施。

关键词：烟气余热利用;节能降耗;低温腐蚀

1 烟气余热利用的理论分析

1.1    烟气余热利用的现状

节能降耗是供热企业永恒的话题和企业经营提质增效的关键，利用好锅炉尾部烟气的热量是热电厂节能降耗的突破点。对烟气进行深度治理，对烟气余热进行回收利用，實现资源的综合利用以及合理配置，确保工艺装置的平稳与经济运行，进一步加强节能减排的挖潜力度，能够增强企业的生命力和竞争力。

火电厂锅炉排烟损失余热为4%～8%，影响排烟损失的主要因素是排烟温度，排烟温度每下降10 ℃，锅炉热效率可提高约1%。因此，锅炉烟气余热利用是火电机组节能降耗的有效手段，成为节能领域的研究重点[1]。为响应国家节能减排号召，余热回收利用技术在企业生产中得到大力发展和落实，但我国工业余热回收利用仍存在技术及储热方面的问题[2]。

1.2    烟气余热利用的技术路线

锅炉烟气余热可被用来加热锅炉给水、凝结水、一次风、二次风、管网回水或用于干燥原煤等[3]。

传统的烟气余热利用是通过换热器将锅炉尾部烟气中的热量提取出来，提高锅炉热效率。近些年，为了进一步深度提取低品位热能，一些电厂将热泵用于废气、废水余热回收，表现出了较高的经济、节能、环保等优势[4]。烟气余热利用需要综合考虑换热器的额外布置、换热面的增大以及热泵等设备的投入带来的综合成本问题以及烟气的低温腐蚀问题[3]。

未来的研究需要集中于发展效率高、容量大、热适应性好、稳定可靠的热泵技术，同时基于工质对、新型循环、高密度热质传递等关键技术，研究分散式低品位余热利用的高效吸附/吸收式制冷/热泵机组及余热储运技术，形成集中—分散余热覆盖的热、电、冷、储、运网络化利用准则与方案，实现工业余热的高效利用[5]。

2 烟气余热利用运行分析

2.1    项目概况

为贯彻《环境保护法》《大气污染防治法》，加强对燃煤大气污染物的排放控制，促进行业技术进步和可持续发展，改善环境质量。某热电厂于2018年完成锅炉尾部烟气冷凝深度治理项目，有效消除了石膏雨、白色烟羽，加速了烟气扩散，减小了局部污染，同时有效地利用了锅炉尾部烟气余热，在改善环境的同时节约了能源。

2.2    技术原理

该热电厂采用脱硫前原烟气余热回收+脱硫塔后净烟气冷凝技术，烟气余热利用系统在脱硫前原烟道安装换热器对除盐水进行加热，做到烟气余热回收，在脱硫塔出口净烟道安装烟气冷凝器，降低烟气温度，凝结析出烟气中的水蒸气，冷凝后的烟气通过烟囱排向大气。经过烟气冷凝器升温后的循环水，在采暖季部分用于预热化水站原水，另一部分循环水进冷却塔冷却后经循环水泵加压再次进入烟气冷凝器换热。技术原理如图1所示。

2.3    运行节能效果

烟气余热利用系统从2018年10月底投运至今，运行比较平稳，节能效果显著，锅炉负荷在80%以上时，锅炉出口烟气经过余热利用系统后从110 ℃降至47 ℃，除盐水加热器将除盐水温度由31 ℃提升至80 ℃，烟气冷凝器将化水站的部分自来水由10 ℃加热至20 ℃，大大提升了锅炉热效率。通过计算可得出，锅炉热效率提升2%～3%，上网汽标煤耗降低1.5 kg/t。全年可节约标煤约1 440 t，在现行煤价居高不下的情况下，可直接节约燃料成本约185万元。

2.4    运行问题及治理措施

在烟气余热利用系统近三年的运行过程中，也发现了一些问题，主要原因是烟气的低温腐蚀。针对该问题，有研究表明众多因素中水蒸气和SO3体积分数对酸露点会产生直接影响，而其他因素都是通过影响水蒸气和SO3体积分数来间接影响酸露点[6]。在该热电厂烟气余热利用系统中，因为酸、低温烟气冷凝水及烟气中灰尘的存在，三者共同对烟气余热系统造成了一定的影响。

2.4.1    烟气余热系统烟道泄漏

由于施工质量及成本控制原因，烟气余热利用系统中烟道本体及连接处在长时间运行后有烟气冷凝水滴漏现象。燃煤锅炉烟气露点温度在85～100 ℃，而除盐水加热器末端烟气温度可达到85 ℃左右，水蒸气和SO3体积分数直接影响露点温度。由于燃煤品质及运行调整原因，锅炉出口烟气会在除盐水加热器末端附近结露，形成酸水，腐蚀非不锈钢烟道，从而造成烟气余热系统烟道泄漏问题。

针对烟气余热系统烟道泄漏问题，该热电厂的解决办法是在维修过程中对发生泄漏的烟道处进行钢板贴补，贴补后对烟道整体重新进行防腐处理。

2.4.2    烟气余热系统换热器堵塞

系统建成后运行两年时发现锅炉引风机出力增大，每吨上网蒸汽电耗上涨约2 kW·h，说明锅炉烟风系统存在明显阻力，2021年度检修过程中对锅炉烟风系统进行了系统检查及高压水清理，再次启炉后引风机阻力没有得到明显改善。

再次停炉后对烟气余热系统的除盐水加热器进行了全面检查，发现换热器尾部堵塞极其严重，如图2所示。

主要原因是除盐水加热器末端烟气温度在烟气露点以下，结露后形成酸水，同时换热器本身由于翅片材质原因，不具备抗腐蚀能力，翅片被腐蚀后在其周围形成了酸水和烟气中残余的灰尘所结的垢。后期清理过程中发现所淤积的垢强度较大，类似于混凝土的性质，同时除盐水加热器空间较小，给清理工作带来了不小的麻烦。

针对烟气余热系统换热器堵塞问题，该热电厂利用高压水对除盐水加热器进行整体清理，并将尾部堵塞段的翅片拆除，处理后效果如图3所示。

再次启炉后，运行中引风机电流在相同负荷情况下较清理之前下降15%～20%，引风机电耗较清理之前下降1.5 kW·h/t。烟气经过余热利用系统后出口温度没有明显变化，较清理之前换热效果没有明显变化。

3 结论及建议

烟气余热利用系统可以有效利用锅炉出口高温烟气热量对生产系统的水系统和风系统等进行加热，有效梯级利用能源，提高能源利用率，降低热电厂单耗。但同时因为低温腐蚀，也带来了一系列的运行问题。通过施工过程中材质的把控和吹灰系统的合理设置，可以有效解决低温腐蚀问题。此外，通过运行调整以及定期对烟气余热利用系统清灰，也可较大程度减少由于低温腐蚀带来的系统堵塞问题。

[参考文献]

[1] 王乔良，郑莆燕，卢冬冬，等.电站锅炉烟气余热利用现状分析[J].上海电力学院学报，2017，33（5）：451-455.

[2] 路哲.我国工业余热回收利用技术现状分析[J].装备制造技术，2019（12）：204-206.

[3] 李允超，赵大周，刘博，等.火电厂烟气余热利用现状与展望[J].发电技术，2019，40（3）：270-275.

[4] 纪强，韩宗伟，张孝顺，等.吸收式热泵研究进展及应用现状[J].暖通空调，2020，50（10）：14-23.

[5] 王如竹，王丽伟，蔡军，等.工业余热热泵及余热网络化利用的研究现状与发展趋势[J].制冷学报，2017，38（2）：1-10.

[6] 刘秀如，李佩佩，王先鹏，等.锅炉烟气酸露点研究现状及展望[J].华电技术，2020，42（9）：45-55.

收稿日期：2021-08-19

作者简介：杨成思（1987—），男，天津人，工程师，从事热电厂管理工作。