(山东电力工程咨询院有限公司)
摘要：随着我国经济的发展以及电量需求的提高，越来越多的火力发电厂投入使用，给社会带来很大的效益。但由于资源的日趋紧张以及用户的燃料费用大幅提高，提高发电机组的经济效益日趋迫切，而且国家新出台的节能政策和标准对节能提出了新的要求，节能降耗日益成为主要研究课题。为了达到节约资源的目的，在电厂的设计及改造中，合理的利用烟气余热，提高发电机组的热效率，降低燃煤耗量、降低机组热耗，从而实现节能目标。
关键词：电站锅炉、烟气余热利用、低温省煤器、凝结水等。
引言：排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，一般约为5%～12%，占锅炉热损失的60%～70%。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度，一般情况下，排烟温度每增加10℃，排烟热损失增加0.6%～1.0%。在实际运行中，很多火力发电厂的锅炉排烟温度都超过设计值较多。所以，降低排烟温度，充分利用排烟余热对于节约燃料、降低污染具有重要的实际意义。
一、烟气余热利用技术现状
1、国外应用情况
在国外，低温烟气换热器较早就得到了应用。目前国外烟气余热回收的技术和工程以德国和日本为领先代表。
1.1、德国烟气余热回收技术和工程应用
德国锅炉烟气余热回收利用的技术和工程应用主要分下面3种类型：
（1）旁路高温省煤器和低温省煤器组合
以德国某950MW机组电厂为代表。该电厂在空气预热器旁路烟道系统内设置高温省煤器，加热汽轮机高/低压抽汽回热系统的凝结水。在电除尘器和脱硫塔之间的烟道上布置低温省煤器，烟气流过低温省煤器，烟气温度从160℃降低到100℃后进入脱硫塔；循环水进入低温省煤器被烟气加热后进入锅炉暖风器，将锅炉进风温度由25℃提高到120℃。
（2）回收烟气余热加热锅炉进风（低温省煤器和暖风器组合）
以德国某712MW电厂为代表，该电厂一台712MW烟煤锅炉应用这一系统。低温省煤器烟气侧布置在电除尘器和脱硫塔之间的烟道上，烟气流过低温省煤器，温度从150℃降低到90℃后进入脱硫塔；同时循环水进入低温省煤器被烟气加热后进入锅炉暖风器，将锅炉进风温度由25℃提高到64℃。
（3）回收烟气余热加热凝结水
以德国某电厂为代表，低温省煤器烟气侧布置在电除尘器和脱硫塔之间的烟道上，烟气流过低温省煤器，烟气温度从170℃降低到130℃后进入脱硫塔；水侧布置在汽轮机低压抽汽回热系统加热凝结水。
2、国内应用情况
近年来国内低温省煤器技术研发、设计、制造也逐渐发展起来。目前国内采用的烟气余热回收技术主要有以下几种：
1）一段式低温省煤器，布置于除尘器入口；
2）一段式低温省煤器，布置于脱硫吸收塔入口；
3）两段式低温省煤器，分别布置于除尘器入口和脱硫吸收塔入口。
2.1、布置于除尘器入口的一段式低温省煤器
低温省煤器布置在电除尘前的优势有：
（1）回收烟气余热，提高机组经济性；
（2）烟气经低温省煤器降温后，烟气体积减小，飞灰比电阻降低，可大大提高除尘器的收尘性。同时对新建机组除尘器设计上可采用较小的除尘器规格、较少的能耗、较低的占地；
（3）烟温降低，烟气体积减小，对于新建机组，低温省煤器出口的烟道断面可减小，节约钢材耗量；
2.2、布置于脱硫吸收塔入口的一段式低温省煤器
低温省煤器布置在引风机后至脱硫装置前的烟道内的优势：
（1）低温省煤器布置在引风机后至脱硫装置前，可充分利用引风机温升，更大化提高烟气余热利用；
（2）经过除尘器收尘，低温省煤器工作环境含尘少，对换热管道的磨损较小，运行风险大为降低；
二、烟气余热回收技术方案优缺对比
在降低排烟温度，利用排烟余热方面，从国内外研究可以总结出以下几种余热回收利用技术与方法：
1、烟气余热加热冷风
如前所述，该方案以德国某电厂一台712MW烟煤锅炉应用这一系统为代表。另外，美国ElectricPowerResearchInstitute（EPRI）在“低品质热能装置评价”报告中也提到，美国的多家电厂曾用水或其它有机溶剂作为中间传热介质，将锅炉排烟余热供给暖风器加热空气，以替代汽-气暖风器的抽汽，提高空气预热器的入口气温，并能减轻空气预热器的低温腐蚀。
但是锅炉烟气余热用于加热空预器入口冷空气，改变了锅炉辐射热与对流热的分配比例，提高了锅炉炉膛出口烟温，从而使尾部竖井烟道上对流受热面的烟温都相应提高。因此，不能将其当作独立的传热面来考虑，而要将其纳入锅炉整体热力系统进行考虑。相关数据表明，该装置效率较低，仅为10%左右，锅炉烟气余热用于加热冷空气回收的热量有很大部分是在做无用功。同时通过国内应用的实践表明：回收的热量造成空预器入口风温提高，传热温差减小，换热量下降，最终导致排烟温度升高。
2、直接利用排烟余热加热凝结水
从凝结水系统中引一路凝结水到锅炉尾部烟道，利用排烟余热加热凝结水，凝结水吸收热量后，再送回到回热系统的适当位置。这种方法既降低了锅炉排烟温度，又没有任何热量进入锅炉本体，不会对锅炉产生任何负面影响。
目前烟气余热加热凝结水的低压省煤器技术成为火电机组锅炉烟气余热利用的主要有效途径。但是低压省煤器技术属于对低能级烟气段的回收利用技术，余热利用排挤的也是汽轮机低参数抽汽。该技术对于提高机组效率、降低煤耗及能耗的作用较为有限，尚属于较为低层次的热量回收应用，烟气中仍有大量的高能级余热未加以回收利用。
3、锅炉排烟余热高能级深度利用
该技术方案核心是通过排烟余热利用系统设备的合理组合，从系统的角度把回收利用的低能级烟气通过热量转移置换等手段，提高用于加热回热系统的余热能级，以获得更大的经济效益。
锅炉排烟余热高能级深度利用系统由如下几部分组成：
（1）通过传统的低温省煤器回收锅炉排烟余热，加热进入空预器的冷空气。
（2）空预器前主烟道上设置空预器的旁通烟道，在旁路上设置二级烟气换热器，分别为旁路一级高温加热器、旁路二级低温加热器。一级高温加热器加热给水，二级低温加热器加热凝结水。
（3）维持空预器后烟气主路和旁路烟温都降至锅炉安全下限排烟温度。
利用锅炉烟气余热加热冷空气，使空预器进口空气温度升高，会减小空预器的传热温差，使空预器换热量减小，热风温度升高，排烟温度升高，所以仅加热冷风，锅炉烟气余热绝大部分没用利用。而通过设置烟气旁路，减少通过空预器的烟气量，可将过高的烟气温度降下来，空预器出口烟温降至原排烟温度，将旁路烟气热量利用于凝结水和给水，烟温也降至原排烟温度。由于旁路流出的这部分烟气远比传统意义的排烟温度高，所以其加热的凝结水与给水的出口温度就会得到大幅度提高，甚至可以越过高加直接进入省煤器。这就是将低能级热量通过能级提升，使得烟气余热在高能级下得到深度利用。
三、结语：
锅炉排烟余热高能级深度利用技术是通过排烟余热利用系统设备的合理组合，从系统的角度把回收利用的低能级烟气通过热量转移置换等手段，提高用于加热回热系统的余热能级，以获得更大的经济效益。此项技术在国外已经成功应用于德国多家电厂，且通过各电厂运行实践表明，设备可靠性高，可提高全厂效率超过1个百分点。运用锅炉排烟余热高能级深度利用技术，将烟气通过锅炉排烟余热置换为高能级热量，实现热量的梯级利用。可降低机组发电标准煤耗，显著减少脱硫吸收塔系统的蒸发水量，是回收锅炉排烟余热，提高机组热经济性的有效技术方案。
参考文献：
[1]马有福、杨丽娟、吕俊复.电站锅炉尾部烟气余热利用系统技术经济性比较[J].动力工程学报，2017（04）：95.
[2]马有福、杨丽娟、吕俊复.联合旁通烟道与暖风器的锅炉烟气余热利用系统[J/OL].中国机电工程学报，2017（15）：179-180.
[3]陈肇峰.火力发电厂锅炉尾部烟气余热利用技术[J].低碳世界，2015，（2）：90-915