溫志杰

（甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

引言

煤炭是我國(guó)最核心的能源資源，占我國(guó)能源消耗占比的60%以上，對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步具有十分重要的意義，目前在我國(guó)的煤炭消耗中，燃煤發(fā)電占比最大，利用燃煤對(duì)鍋爐進(jìn)行加熱推動(dòng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，滿足發(fā)電的需求。但鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中其排煙熱損失占據(jù)了鍋爐熱能損失的70%左右，因此導(dǎo)致了鍋爐運(yùn)行能耗高、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差，極大地限制了燃煤發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)性的進(jìn)一步提升[1]。

在對(duì)鍋爐排煙現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合清潔發(fā)電的需求，本文提出了一種新的大型供熱鍋爐余熱回收系統(tǒng)，對(duì)低溫?zé)煔庥酂峄厥占吧疃戎卫硐到y(tǒng)的工作原理、布局結(jié)構(gòu)、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)等進(jìn)行了研究。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，新的大型供熱鍋爐余熱回收系統(tǒng)，能夠?qū)⒑拿毫拷档?.3%，將煙氣中的含水量由最初的13%降低到了4%，將粉塵濃度降低51.1%，年節(jié)約成本約560 萬(wàn)元，對(duì)提升大型鍋爐的供熱效率和經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

1 供熱鍋爐優(yōu)化方案

供熱鍋爐在工作時(shí)，鍋爐煙氣在離開布袋除塵器時(shí)煙氣的溫度約為110 ℃，此時(shí)煙氣處于飽和狀態(tài)，含水量約為6%，在排放前煙氣還需要經(jīng)過(guò)脫硫處理，此時(shí)煙氣的溫度約為50 ℃，含水量約為13%，由此可知，傳統(tǒng)供熱鍋爐的煙氣在排放的時(shí)候含熱量和含水量均較多，具有較大的回收利用空間[2]。

根據(jù)供熱鍋爐的工作情況，結(jié)合煙氣在煙道內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況，筆者提出了一種新的煙氣冷卻回收裝置，對(duì)常規(guī)金屬換熱器無(wú)法回收的熱能進(jìn)行更深一步的回收，從而提高對(duì)熱量的吸收，提高鍋爐的換熱效率。首先在引風(fēng)機(jī)和脫硫塔之間設(shè)置了一組新的換熱器，對(duì)此處的煙氣余熱進(jìn)行進(jìn)一步回收，將110 ℃的煙氣溫度降低到約60 ℃，由于溫度的降低也減少了在脫硫時(shí)的補(bǔ)水量，提升了脫硫效率。然后再在脫硫裝置后側(cè)再增加一組新的換熱器，對(duì)經(jīng)過(guò)脫硫后的煙氣進(jìn)一步進(jìn)行換熱、除塵，將脫硫后的溫度降低到約40 ℃，將此事煙氣中的含水量降低約50%，從而提高對(duì)煙氣余熱的回收并減少煙塵的排放。

2 余熱回收系統(tǒng)及工作原理

脫硫前的余熱回收有兩種方案，一種方案是將換熱器直接設(shè)置到脫硫塔前的水平煙道處[3]，然后利用回收的煙氣余熱直接對(duì)采暖回水、凝結(jié)水等進(jìn)行加熱，其熱轉(zhuǎn)換效率較高，能夠?qū)煔庥酂釓?20 ℃，降低到70 ℃。此方案的設(shè)備改造投資少、周期短，對(duì)采暖水和凝結(jié)水的加熱效率較高，但在煙氣進(jìn)入到煙氣冷卻器之前需要首先經(jīng)過(guò)除塵器的過(guò)濾，整體的安裝空間要求較大。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[4]。

方案二是將換熱器設(shè)置在脫硫塔前的水平煙道上，然后利用板式換熱器[5]進(jìn)行煙氣余熱回收，對(duì)采暖回水、凝結(jié)水進(jìn)行間接補(bǔ)水，為了提高煙氣在冷卻器及換熱器內(nèi)的換熱效率，需要在煙氣冷卻器前增加一個(gè)引風(fēng)機(jī)，整體的配置相對(duì)較高，換熱效率也高于方案一，但整體成本相對(duì)較高，該系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2 所示[6]。

脫硫后的煙氣余熱回收，系統(tǒng)設(shè)置時(shí)脫硫后的而延期首先要經(jīng)過(guò)氟塑料換熱器[7]，經(jīng)過(guò)冷凝放熱后形成一個(gè)液膜，液膜[8]的存在能夠加快對(duì)粉塵的吸附，進(jìn)而降低煙氣中的含塵量。同時(shí)管路中的循環(huán)水和煙氣進(jìn)行充分的換熱，實(shí)現(xiàn)了煙氣中余熱重復(fù)利用的效果。循環(huán)水被加熱以后進(jìn)入到熱泵[9]中，對(duì)采暖回水進(jìn)一步加熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)大型鍋爐除塵、提效的目的。

該系統(tǒng)對(duì)余熱回收效果較好，但其系統(tǒng)中增加了熱泵，因此整體造價(jià)偏高，系統(tǒng)的整個(gè)換熱流程如圖3 所示[10]。

3 系統(tǒng)應(yīng)用情況分析

以某企業(yè)為例，其具有3 組140 t/h 的大小燃煤鍋爐，按兩用一備的方式帶動(dòng)1 臺(tái)12 MW 的汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行工作，煙氣排量為19.1 萬(wàn)m3/h，每個(gè)燃?xì)忮仩t配備一個(gè)煙氣塔，在處理前煙氣排放的溫度達(dá)到了129 ℃。

為了提高燃煤鍋爐的熱效率和發(fā)電經(jīng)濟(jì)性，計(jì)劃利用基于低溫?zé)煔庥酂峄厥占夹g(shù)對(duì)其進(jìn)行改造，在脫硫塔前增加了塑料換熱裝置，在引風(fēng)機(jī)和脫硫塔之間的水平煙道上設(shè)置了組合式換熱器進(jìn)行煙氣余熱的回收組合裝置。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠?qū)煔獾臏囟扔?29 ℃，降低到60 ℃，將循環(huán)水的溫度由43 ℃，提升到56 ℃，煙氣中的含水量由最初的13%降低到了4%，將煙氣中粉塵濃度由9 g/m3，降低到了4.4 g/m3，粉塵濃度降低量達(dá)到了51.1%。

自改造以來(lái)，該企業(yè)年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約5 600 t，其耗煤量比優(yōu)化前降低了7.3%，按1 000 元/t 計(jì)算，年節(jié)約成本約560 萬(wàn)元，極大地提升了企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。該企業(yè)鍋爐余熱回收系統(tǒng)改造后的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)大型供熱鍋爐在工作中排煙損失大、能耗高、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差的不足，提出了一種新的大型供熱鍋爐余熱回收系統(tǒng)，通過(guò)在脫硫塔前后分別設(shè)置換熱裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙氣余熱和水分的二次利用，根據(jù)在工廠內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用表明：

1）傳統(tǒng)供熱鍋爐的煙氣在排放的時(shí)候含熱量和含水量均較多，通過(guò)在脫硫裝置前后分別設(shè)置換熱器的方案，能夠增加對(duì)煙氣余熱的利用。

2）將換熱器直接設(shè)置到脫硫塔前的水平煙道處，然后利用回收的煙氣余熱直接對(duì)采暖回水加熱的方案成本低，但占用空間大；將換熱器設(shè)置在脫硫塔前的水平煙道上，然后利用板式換熱器進(jìn)行煙氣余熱回收的方案，換熱效率高，但成本高。

3）脫硫后的煙氣余熱回收，對(duì)余熱回收效果較好，但其系統(tǒng)中增加了熱泵，因此整體造價(jià)偏高。

4）新的大型供熱鍋爐余熱回收系統(tǒng)，能夠?qū)⒑拿毫拷档?.3%，年節(jié)約成本約560 萬(wàn)元，顯著提升了大型鍋爐的供熱效率和經(jīng)濟(jì)性。