夏珉

（中海石油舟山石化有限公司，浙江 舟山 316015）

1 燃煤电站锅炉烟气余热回收利用的常见方式分析

1.1 省煤器

在燃煤电站锅炉中，低温省煤器在汽轮机回热系统中注入回收的烟气余热，以达到减少抽汽量、提高汽轮机运行效率的目的。低温省煤器采用注入烟气余热的方式进行回收，所以不会对锅炉内部传热量分配造成影响，在设计低温省煤器时，只需要计算回热系统的相关数据即可。在实际应用中，燃煤电站锅炉可将低温省煤器安装在烟气系统预热器出口和除尘器上，将其并联于热力系统的低压加热器，能够有效回收烟气余热，大幅度降低锅炉煤耗量。此外，燃煤电站锅炉组还可安装高温省煤器，以提高高温省煤器排挤抽汽效果。高温省煤器安装在空气预热器前，利用高温烟气加热锅炉中的凝结水，先将烟气温度提高至360℃，再利用高温烟气对冷凝水进行加热，提高抽汽效果，增加汽轮机做功。与低温省煤器相比，利用高温省煤器进行烟气余热回收可降低更多的煤耗量，一般是多降低2.0g/kW•h，同时还能够保证汽轮机抽汽效率。所以，高温省煤器的节能效益更好。铸铁式省煤器虽然具有耐腐蚀、使用寿命长等优点，但造价较高，且维修难度较大。而钢管式省煤器的造价低，便于安装，维修工作量小，但耐磨和耐腐性较差。

1.2 烟气余热加热管网热水

在供热系统中，供水温度在95℃左右，回水温度在70℃左右，部分地区为提高供热系统的供热能力，将供热水温度设计为130℃。对于燃煤锅炉的排烟系统而言，烟气温度均为100℃以上，这一温度标准可满足供热管网的加热需求。所以，在采暖期内，燃煤电站可引入烟气余热循环供热系统，提高能源利用效率，将大部分烟气余热再次传递到热网中，对供水进行加热。烟气余热加热管网热水需配置烟气回收器收集烟气余热，使烟气从加热装置的下方进入，从上方流出，对加热装置进行加热，同时保证加热装置的密闭性，减少热水管道之间的连接，以免烟气对热水造成污染。烟气余热加热管网热水只适用于冬季采暖期的燃煤电站锅炉烟气余热回收，可提高烟气余热利用效率，但是进入非采暖期后就必须停止烟气回收器的运行，从整体上看，不利于提高烟气余热的利用效率。

1.3 烟气余热预热空气

燃煤锅炉的烟气余热可用于对空气进行预热，发挥暖风器的作用。燃煤电站可将暖风器设置在锅炉的空气预热器上，实现对烟气余热的回收利用。但是，这种回收利用方式会降低锅炉效率。暖风器会将烟气热量全部带入锅炉中，改变锅炉原有的传热分布结构，导致锅炉整体热力值变化。据统计，当锅炉暖风器温度降低10℃时，锅炉排烟的温度只能降低2℃，这说明烟气回收利用效率偏低，大部分热量处于无效利用状态。所以，在采用烟气余热预热空气回收技术时，必须从锅炉的整体效率考虑暖风器的安装位置，应将其安装在空气预热器的最后一级受热面上，并且还要计算受热面的传热量，结合工质温度变化，判断烟气余热预热空气回收技术是否能够满足锅炉效率的运行要求。当前，板式空气预热器可解决烟气余热预热空气中的问题，在板式空气预热器中，烟气与空气可通过板片直接换热，完全隔离冷热流体，解决预热空气的漏风问题。板式空气预热器可实现大型化、模块化应用，具备传热效率高、能耗低、维修方便等优势，可提高烟气余热预热空气的节能效果。

2 ORC 系统在燃煤电站锅炉烟气余热回收利用中的应用研究

通过上文分析可知，上述三种烟气余热回收利用方式各具优缺点，为了进一步提高燃煤电站锅炉烟气余热回收利用效率，并有效解决低温腐蚀问题，可对ORC 系统进行运用。

2.1 ORC 系统简介

ORC 是有机朗肯循环的简称，这是一种新型的余热发电系统，该系统以低沸点的有机物作为工质进行朗肯循环，在蒸发器内对烟气的余热进行吸收，由此可以产生出蒸气，这部分蒸气具有一定的温度和压力，能够带动发动机发电。

2.2 ORC 系统的应用优势

在燃煤电站锅炉烟气余热回收利用中，ORC 系统的应用优势体现在如下几个方面：一是系统对温度较低的热源具有较高的利用效率，能够满足电站燃煤锅炉烟气余热回收利用的需要；二是有机物工质的声速要低于水蒸气，从而使系统在低叶片速度时，能获得更加有利的空气动力配合，可以产生较高的汽轮机效率，并且不需要安装齿轮箱；三是有机物工质本身具有较高的冷凝压力，系统在接近或是高于大气压力的条件下运行时，可以降低工质的漏失；四是系统的结构较为简单，可就近布置，不需要对原本的系统进行较大的改动，只在尾部烟道内加装一个换热器即可。

2.3 ORC 系统的应用策略

（1）优选有机物工质。在燃煤电站锅炉烟气余热回收利用中，对ORC 系统进行应用时，有机物工质的选择尤为重要。根据工质的性质可将其分为以下三类，即干工质、湿工质和等熵工质。在对工质进行优化选择时，应当充分考虑各类工质在饱和蒸汽曲线中的斜率。干工质的分子量较大，比较常用的有R113 和笨等，湿工质的分子相对较小，常见的有水等，等熵工质中比较常用的是R134。其中等熵工质可使ORC 系统汽轮机的内效率达到最高，并且冷凝器所承受的热负荷要明显小于其它两类工质。因此，可将等熵工质作为ORC 系统的首选工质。

（2）合理选择系统类型：①回热型。膨胀机出口的乏汽温度较高，可设计回热型系统收集乏汽中的余热，提高余热利用率。基本型系统与回热型系统在净输出功率相同的情况下，回热型系统蒸发器内的工质吸热量相对更低，由此可知回热型系统比基本型系统的热效率更高。所以，在回收温度较高的乏汽余热时，应采用回热型系统，减少乏汽的热消耗量，提高系统热效率。②抽汽回热型。该系统可抽取出膨胀机内没有完全做功的部分蒸汽，将蒸汽混合泵出口的工质，对工质进行余热，以达到提高系统热效率的目的。由于抽汽回热型系统抽取的蒸汽是没有完全做功的蒸汽，用于提高蒸发器入口工质的焓值，所以会大幅度降低系统的净输出功，提高热效率。与回热型系统相比，在相同的净输出功条件下，抽汽回热型系统的热效率相对更高，可减少余热回收中的不可逆损失。③再热型。该系统用于抽取有机蒸汽送入再热器中加热，加热之后再将高温度的蒸汽送入膨胀机做功。在抽取过程中，有机蒸汽为没有完全膨胀的蒸汽。在基本系统与再热型系统都使用低沸点有机工质的情况下，基本系统随着再热压力的提升而减少吸热量，与此同时，输出功率和热效率先呈现出上升状态，之后又开始回落，使得基本型系统存在最佳再热压力。而对于再热型系统而言，该系统与基本型系统的最大热效率极为接近，但是该系统的净输出功却明显大于基本型系统。④二级系统。在回收温降较大的燃气轮机尾部的排烟时，若使用单级蒸发系统，则会带来较大的不可逆损失，降低系统热效率。为解决这一问题，可采用两级蒸发系统对烟气余热进行联合回收，即在高、低温段分别使用高蒸发温度系统和低蒸发温度系统进行余热回收，使蒸发系统与余热温度变化相匹配。两级蒸发系统采用分流方式达到两级蒸发目的，与两级系统相比，其不仅适用于烟气余热温度较高的回收条件，也适用于烟气余热温度较低的回收条件，而两级系统只适用于前者。

3 结语

综上所述，燃煤电站锅炉烟气回收利用是一项非常重要的工作，回收利用效率的高低与经济效益密切相关。省煤器、烟气余热加热管网热水及预热空气这三种方式各具优缺点，为进一步提高燃煤电站锅炉烟气回收利用效率，可对ORC 系统进行应用。在具体应用的过程中，要对有机物工质进行优选，并合理选择系统类型，这样才能使ORC 系统在烟气余热回收利用方面的作用得以最大限度地发挥，也才能使电站的经济效益获得提高。