摘要:电厂排烟带走的热量对供热流程来说,是很好的低品位热源,回收价值很高。排烟过程逐级降温,存在多种余热回收方式。本文介绍几种常见的电厂烟气余热回收技术。

电厂的余热排放点包括冷却塔(空冷岛)、烟囱、连排、定排、灰渣等,烟囱处的烟气余热占比很高。

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电厂烟囱一般都有明显的“白烟”,这是由于烟气中的水蒸气冷凝产生大量小液滴,使烟气呈白色。

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烟气中的水蒸气有各自的来源。

燃气的主要成分是甲烷,含有大量氢元素,燃烧产生水蒸气。燃气电厂和燃气锅炉的过量空气系数不同,烟气中水蒸气含量也不同。电厂燃气轮机的过量空气系数高,水蒸气占比8%左右,锅炉的过量空气系数低,水蒸气占比17%左右。

燃煤中的氢元素较少,燃烧产物中的水蒸气较少,但湿法脱硫工艺中,高温烟气使浆液蒸发形成大量水蒸气。干法/半干法脱硫工艺的排烟温度高于水蒸气露点温度,没有明显的“白烟”。

烟气余热(含冷凝热)大约占燃料热量的7-12%,回收潜力巨大。常见的烟气余热供暖技术有以下几种:

间壁式换热器直接回收

燃气电厂排烟温度90℃左右,可以通过间壁式换热器与烟气换热。由于烟气的腐蚀性不强,对换热材质要求不高,经济性较好。

燃煤电厂脱硫塔前的烟温在120℃左右,也可以直接换热,但是要注意酸露点腐蚀,需要使用钛管或非金属换热器,价格较高,在一定经济性前提下可以适当使用。

间壁式换热器只能回收高于热网水温度的热量,还需要兼顾性价比,余热回收量较少,大量的低温余热(特别是冷凝热)不能回收。

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喷淋式热泵余热利用

为了深度回收烟气余热,利用热泵产生低温冷水将排烟温度降低至20-30℃,能够回收大部分余热。由于供热过程中存在较大传热温差,使用吸收式热泵的经济性最好。

深度降温使烟气中的水蒸气冷凝,酸性污染物被水吸收,会腐蚀换热面,影响使用寿命。喷淋式换热取消了换热面,依靠喷淋液滴外表面与烟气接触换热,不仅解决了腐蚀问题,还提高了换热效率,降低使用成本。

燃煤烟气余热回收项目中,喷淋式换热器是主流选择;燃气余热回收项目中,优选喷淋式换热器,如场地受限制,可以牺牲部分余热回收量,采用间壁式换热器。

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浆液闪蒸余热利用

喷淋式换热要在烟道安装喷淋塔,需要足够的场地,很多电厂无法实现,可以采用浆液闪蒸技术。

浆液闪蒸技术利用脱硫塔作为烟气换热器,浆液作为余热载体。闪蒸技术解决了浆液换热器堵塞、腐蚀及水平衡等问题,蒸发的低温水蒸气通过乏汽热泵回收,能够产生干净的凝水。

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浆液闪蒸是几种技术路线中唯一不用改动烟道的技术,是场地受限电厂做烟气余热回收的唯一选择。但是,该技术余热回收少、排烟温度高,很多余热没有利用,还要考虑不凝气体的影响,整体投资高

开式热泵余热利用

烟气深度余热回收主要吸收水蒸气的冷凝热,可以利用盐溶液的吸湿性直接吸收,由此开发出开式热泵技术。

开式热泵将盐溶液与烟气接触,直接吸收水蒸气。该技术回收余热后的排烟是过热烟气,“消白”效果明显。但是,考虑到溶液的腐蚀性,需要采用防腐材料制作溶液输送管道和换热器,造价高,还要做好溶液管理。

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进气加湿余热回收

进气加湿将助燃空气加热加湿,提高排烟的露点温度,使用换热器即可回收烟气冷凝热,投资低。

但是,进气加湿将锅炉作为余热回收的一个环节,改变了锅炉的运行工况,造成出力降低、腐蚀加剧等问题,不利于锅炉的安全运行。此外,该技术的调节性差,热网回水温度升高时余热回收量大幅度降低。

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几种烟气余热回收技术可以互相组合,特别是直接换热与烟气冷凝回收的组合,实现了烟气余热的梯级利用,降低成本,提高经济性。不同的项目可以根据现场条件进行深度优化。