摘要：火力发电厂主要有两大热损失，汽轮机系统冷端排汽冷凝热损失以及锅炉系统尾部排烟热损失。影响电站锅炉排烟热损失的主要因素是排烟温度。中国现役火电机组锅炉排烟温度普遍维持在120℃～150℃左右水平，因此回收烟气余热具有重大的节能意义。
关键词：烟气；余热利用；近零排放；节煤；火力发电厂
引言
本文在新环保强制要求、煤价上涨，发电成本增加的背景下，探讨为减少锅炉热损失，提高发电企业的经济效益，降低煤炭用量的增长速度，提出增设低温省煤器以达到烟气余热利用的途径，并对增设低温省煤器前后机组运行情况进行了经济分析。
1锅炉热损失分析及热量回收利用研究
锅炉热损失主要包括：排烟损失、化学未完全燃烧热损失、机械未完全燃烧热损失、散热损失、灰渣物理热损失、飞灰热损失，以上热量损失中排烟热损失是最大的，可以对锅炉热效率产生4～6％的影响，约占所有锅炉热损失总量的70%~85%。所以研究利用烟气携带的热量是提高锅炉效率、节约能源的非常重要的途径。煤粉锅炉的排烟热量损失占锅炉总热量损失的绝大部分。以往锅炉的设计时，综合考虑烟气的低温腐蚀、高合金钢价格及燃煤价格后，大型火电厂煤粉锅炉的排烟温度一般在120～130℃之间，燃烧高水份、硫份的燃煤时选取的排烟温度会更高一些。另一方面，现在燃煤锅炉因烟气换热设备存在漏烟、降低脱硫效率等弊端，已不设置GGH，而采用喷水对烟气冷却，烟温从120℃降至90℃，在机组THA工况喷水量约65t/h，耗水量较大，而且这部分排烟热损失无法回收。考虑到现在煤炭价格较高，如这排烟损失的热量不进行回收，不利于提高机组效率，降低煤耗。
2余热利用系统组成及原理
2.1GGH烟温换热器
GGH是烟气脱硫系统中的主要装置之一。它的作用是利用原烟气将脱硫后的净烟气进行加热，使排烟温度达到露点之上，减轻对净烟道和烟囱的腐蚀，提高污染物的扩散度；同时降低进入吸收塔的烟气温度，降低塔内对防腐的工艺技术要求。原烟气经过空预器、除尘器、引风机、GGH后（90℃烟气）进入脱硫塔，经脱硫后，净烟气（烟气温度40℃）从吸收塔排出进入GGH加热后（烟气温度60℃）排至烟囱。设置GGH后可降低进入脱硫塔的烟气，减少脱硫的水耗量，同时提高净烟气的温度，可有效防止烟羽的形成。
2.2热泵换热机组
浆液循环泵把57℃浆液送到热泵机组系统，将大部分热量传递给循环水，浆液温度降低到35℃时进行喷淋，释放的热量被制冷剂吸收，制冷剂通过压缩机做功，把热量通过中间媒介传递给循环水，循环水被加热到50℃。脱硫塔内浆液经过热泵换热机组后可降低浆液温度，低温浆液经过循环泵打入吸收塔进行喷淋，可有效降低进入吸收塔内烟气的温度，减少烟气带走浆液中的水分，同时可防止烟羽的形成。
2.3冷风加热器
被加热后的循环水通过冷风加热器给锅炉一、二次风加热，风温约可升高10℃，经过放热后的循环水约30℃，再进入热泵换热机组进行冷却脱硫石灰石浆液。
3烟气余热利用系统技术方案
3.1低温省煤器本体
3.1.1换热器型式
目前，低温省煤器主要采用管式换热器的型式。由于光管的传热温差较小，考虑到结构紧凑及节省成本等方面，换热管束须采用扩展受热面强化传热。国内应用于低温省煤器的换热管主要分为螺旋翅片管和H型翅片管。螺旋翅片管的主要特点是制作效率较高、造价较低，在低尘的环境下有较好的应用。H型翅片管制作效率要低于螺旋翅片管，造价略高，但其较易清灰、耐磨损，适用于除尘器前等高尘环境。
3.1.2换热方式
低温省煤器根据回收的余热用途不同可分为一次换热和二次换热两种方式。一次换热一般用于烟气余热直接加热凝结水并排挤汽轮机抽汽的方式，换热器即为低温省煤器。二次换热一般用于有采暖需求的电厂在采暖季将低温省煤器吸收的余热通过板式换热器等设备再次换热提高热网水温度，二次换热主要用于保证在采暖季结束切换余热利用方式时凝结水的水质不受污染。
3.1.3防腐蚀方式
（1）采用ND钢等耐酸腐蚀的材料，控制腐蚀速率，并留有一定的腐蚀余量；
（2）根据烟气酸露点温度，并通过热水再循环或从不同的低加位置取水进行混水等方式，确定合适的低温省煤器进水温度，避开发生低温腐蚀的严重腐蚀区；
（3）低温省煤器设置水侧和烟气侧进、出口温度测点，及时控制水温及烟气温度。
3.1.4防积灰措施
（1）低温省煤器布置在除尘器之后可采用H型翅片管或螺旋翅片管，布置在除尘器之前可采用H型翅片管；
（2）设计合适的烟气流速。
烟气流速根据低温省煤器的布置位置不同一般控制在10m/s～13m/s左右，避免产生大量的积灰；
（3）设置吹灰器系统，定时吹灰，减少积灰发生；
（4）在机组停运时检查积灰状况，利用高压水进行人工清灰。
3.2烟气余热利用系统
3.2.1低温省煤器进出口烟温选择
为保证夏季高温情况低温省煤器充分换热，低温省煤器设计进口烟气温度可选择夏季机组额定工况下平均排烟温度。低温省煤器出口烟气温度根据低温省煤器的布置位置有不同的选择。当低温省煤器布置在除尘器前时，排烟温度需保证不低于酸露点温度，避免烟气结露，影响除尘器。当低温省煤器布置在脱硫塔前时，根据有限腐蚀的概念以及换热经济性等方面考虑排烟温度一般不低于90℃；
3.2.2凝结水取水方式
考虑到低温腐蚀等问题，需控制进入低温省煤器的凝结水温度。若无法在回热系统中取得较为合适温度的凝结水，则一般采用两种方式确保低温省煤器入口水温：一种从两级不同的低加入口取水并混合至合适的温度；另一种从一级低加入口取水并从加热后的回水中取部分再循环水与入口取水混合至合适温度。
3.2.3凝结水分水系数优化
在低温省煤器的凝结水进水温度、低温省煤器烟气进出口温度确定的情况下，凝结水分水系数将会对节省标煤量以及技术经济性产生影响。随着分水系数的减小节省标煤量趋向增加，低温省煤器换热面积也同时增加，但两者增加的幅度不同，在某一分水系数下存在技术经济性最好的一点。若以技术经济性作为评价项目的最终目标，则可确定较为合适的分水系数。
3.3低温省煤器布置
低温省煤器设置于空气预热器出口、除尘器入口前的烟道上。在降低锅炉排烟温度的同时，减小飞灰比电阻，提高除尘效率，减少污染物排放。但是由于控制烟温在酸露点之上，因此烟气余热不能够充分利用，同时烟气温度的降低增加了除尘器防腐蚀的难度，增加了除尘器内堵灰的可能性。
低温省煤器设置于引风机出口即脱硫塔入口前。低温烟气冷却到合适温度后直接进入脱硫塔，不存在对引风机等设备造成低温腐蚀危害，可以最大程度地利用烟气余热。低温省煤器设于脱硫塔前，减少烟气蒸发水耗量，起到一定的节水效果。同时，换热管束的磨损和堵灰的问题也较轻；
低温省煤器布置按串联两级设置。将低温省煤器分为串连的两级，第一级布置在除尘器的入口，第二级布置在吸收塔的入口。这种布置方式既可以提高电除尘器效率和布袋除尘器使用寿命，又可以充分吸收利用烟气热能。
3.4某电厂烟气余热改造
改造方案共包含四部分：分段式省煤器（一级省煤器）系统、烟气-凝结水加热系统（FGC1）、烟气-空气加热系统（FGC2及热媒水暖风器）、蒸汽吹灰器系统。
（1）在SCR出口烟道处安装一级省煤器，与原省煤器串联在一起成为分段式省煤器系统。
（2）在空预器后、除尘器之前水平烟道安装FGC1，FGC1进口水来自#6低压加热器进口，出口水送至#5低压加热器出口。
（3）在FGC1和除尘器之间水平烟道安装FGC2，在一、二次风机出口风道安装一、二次风热媒水暖风器，FGC2与一、二次风热媒水暖风器串联成为烟气-空气加热系统。
（4）在一级省煤器上部安装固定式蒸汽吹灰器，每个烟道安装8台；在FGC1、FGC2换热器之间安装半伸缩式蒸汽吹灰器，每个烟道安装2台。
结语
通过烟气余热及烟气深度治理系统的应用，可有效降低烟气湿度及烟气温度，具有烟囱消白作用，可用于烟羽治理；通过相变凝聚、高效捕集，可提高除尘除雾效率用于超低排放，降低PM2.5排放量，同时，烟气余热利用可降低单位煤耗4g左右；烟气余热及烟气深度治理系统在燃煤发电厂具有较高的应用价值，值得推广。
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