烟气余热深度梯级利用方案分析

烟气余热深度梯级利用方案分析

李想

天津汇能朗天环保设备有限公司 301901

摘要：当前，烟气余热主要用于预热助燃空气、加热热网水和加热凝结水等用途。最有前途和潜力的节能措施包括传统低压省煤器系统和余热深度利用及减排系统。

关键词：烟气余热；梯级利用；方案分析

1 引言

烟气余热深度利用及减排系统是一种全新的系统，并且已经在某些燃气锅炉设备成功的应用，节能效果也超过国家的标准要求。这个系统的特点是，它包括四个换热设备：第一级、第二级低温换热器，高温换热器和空气换热器。高温换热器和第一级低温换热器依次布置于空预器和除尘器之间烟道内，第二级低温换热器布置于引风机出口和脱硫吸收塔之间烟道内，空气换热器布置于送风机出口风道内。高温换热器利用空预器后的烟气热量加热凝结水，组成一个高效低压的省燃气器系统。空气换热器和第一、二级低温换热器可以形成闭式循环，第一级低温换热器能将烟气温度减至95℃，根据相关研究，飞灰的比电阻随温度降低而降低，除尘的效率随之增高，粉尘排放浓度随之降低。第二级换热器可以将脱硫塔的入口温度降至85℃左右，最大限度的降低脱硫工艺水耗和回收烟气余热。将空气换热器放置在送风机出口风道，同时把第一、二级低温换热器的低品质的烟气余热进行回收，它的用途就是加热冷二次风，这样如果冷二次风温度提高之后，空气预热器温度发生变化，才有利于降低空气预热器的冷端低温腐蚀情况，减少空气预热器的堵塞，提升烟气品质，提高锅炉的效率。烟气余热热度利用及减排系统还有一个优点就是各个模块都能单独的调节，根据周围环境温度等因素调节控制烟温，确保在机组各负荷工况下投入该系统时安全、经济运行。深度利用烟气余热达到节燃气节水，从而实现深度节能。

2烟气余热深度热力学特性

不同燃料燃烧后产生的烟气中水含量不同，因而起始冷凝温度也不同。下边本文将基于对某天然气成分进行计算分析，得出过剩空气系数从l变化到1．3时，烟气冷凝起始温度在60．5～6l℃问变化。烟气冷凝回收是一个变温过程。从起始冷凝温度开始，冷凝点随着水分的凝结而降低。图1通过理论计算，表示了不同过剩空气系数下天然气烟气的冷凝率随烟气最终冷凝温度的变化关系。当过剩空气系数取1．05、烟气最终冷凝到40℃时，冷凝率在65％以上，起始冷凝温度为59．3℃。实际过程因烟气含有微量粉尘以及温度波动不均等问题的影响，烟气的露点温度将会高于冷凝温度；而根据冷凝换热机理，不凝结性气体会导致冷凝点下降。通过实验研究发现，进水温度为24．4～38．1℃时冷凝率在74％～46％之间变化。

图1 不同过剩空气系数下最终冷凝温度对冷凝率的影响

3 烟气余热深度回收模式

根据烟气冷凝温焓图的两个阶段的热力学特性，本文将回收模式概括为三种情况：直流模式、分流模式和增流模式。各种模式的区别是水流在充分回收冷凝段的余热后是否继续进入冷却段加热。

直流模式中，水流继续进入冷却段加热。根据能量平衡可知，热水出口温度完全取决于。

如图2所示，计算出了不同的给水温度在不同的最小传热温差下的极限出口水温。若烟气冷凝过程最小传热温差取为15℃，给水温度取20℃，则出水温度只能达到58．6℃左右。整个过程只产生一种温度的水。

分流模式中，只有一部分水流进入烟气冷却段继续加热以获得更高温度热水，另一部分作为低温热源用于其他方面。这种模式契合了烟气余热的折线分布特点，有利于回收品位更高的热水，实现低温余热的梯级回收，并产生两种温度热水。

增流模式中，增加分流模式分流出来的水流进入冷却段继续加热。可将分流模式分流出的热水与增流模式的冷凝段出来的热水汇合后在冷却段加热。伞段直流回收时瓦为58．6℃，冷凝段出水温度T，相应为44℃，增流后出水温度将介于二者之间。实际应用中，浴室用水要求40～45℃，通过增流模式则可获得大量44～58．6℃间的热水。分流模式(或与增流模式并行配合)可得到高、低两种温度的热水。根据前面两个假设可知，两种热水回收的余热量以及热效益是相同的。

图2给水温度对出水温度的影响

4烟气余热深度梯级利用方案分析

4．1 一级余热回收与利用

在一段和二段高温端风箱对应的上部风罩顶别设置集气烟筒，在烟筒顶部设置电动蝶阀，在烟筒中部设置烟气连通管，将一段和二段高温端风箱的温度较高的烟气分别送进余热锅炉。为提高烧结的一段和二段热烟气温度，烟气采用再循环方式，即余热锅炉出口烟气再回到一段的鼓风机出口处，热烟气温度平均可以提升30℃～40℃。此时，在循环风机入口处设置冷风补入口，可以保证烧结料的冷却效果。余热锅炉正常运行时，一段鼓风机停运。余热锅炉生产时，烟筒顶部电动蝶阀关闭，使一段和二段高温端风箱的废气进入余热锅炉。余热锅炉系统发生故障时，将烟筒顶部电动蝶阀开启排烟，同时关闭去余热锅炉的电动蝶阀，切断循环风机出口阀门，开启一段烧结风机，使能照常生产。由余热锅炉生产出来的过热蒸汽经外网送至汽机问进行发电。余热发电不仅充分利用了现有的能源，实现了资源的综合利用，而且还可以为烧结生产提供充足、可靠、廉价的电能，使其产品的成本降低，增强市场的竞争能力。

4．2二级回收与利用

在二段高温端风箱对应的上部风罩顶别设置集气烟筒，在烟筒顶部设置烟气连通管与热风烧结的送风管路相连接，将二段高温端风箱温度较高的烟气送至烧结机台车面上，用于热风烧结。热风烧结不但节约了固体燃料，而且可使料层中温度分布较均匀，克服普通烧结上层温度不足、烧结矿强度低、粉末多，下层温度高、烧结矿FeO含量高的缺点，从而改善烧结矿的质量。

4．3三级回收与利用

在三段风箱对应的上部风罩顶别设置集气烟筒，在烟筒顶部设置烟气连通管与热风解冻的送风管路相连接，将三段风箱的温度较高的烟气送至解冻库，用于热风解冻。热风解冻技术的使用，最大限度地吸收的烟气，避免了热烟气的排放，提高了烟气余热的回收率。

5 总结

根据国家对环保方面的大力支持与控制，推荐合理的烟气余热深度梯级利用。通过烟气余热深度梯级利用方案，一方面可以降低电厂的发电成本，另一方面还能够减少能源的消耗，有利于环境的保护。 

参考文献

　　[1] 尹进.1000MW超超临界机组引风机型式的选择[J].科技信息，2008（12）：374-376.

　　[2] 张立新.低温省煤器技术浅析[J].锅炉制造，2015（5）：23-24.