北京华源泰盟节能设备有限公司

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华源泰盟-烟气余热回收与烟气消白一体化系统应用研究 (一)

2019-03-31 1059 分享

北京华源泰盟节能设备有限公司 杨巍巍 魏茂林 高庆有

摘要  为了回收湿法脱硫后燃煤烟气中的热量,本文提出了一种新型的余热回收系统,通过直接接触式换热器和热泵的结合,能够将排烟温度显著降低,回收烟气中的余热,降低水蒸气排放,同时减少排烟污染物。系统在济南、天津和陇西进行了工程应用。济南项目运行结果表明,排烟温度从50℃降低至39℃时,可回收烟气余热16.7MW,锅炉热效率提高了3.2%,若降温至20℃,则可提高锅炉效率9%,新增系统的阻力保持在300Pa以下。同时,经过直接接触换热后,排烟中SO2浓度降低59%,NOx浓度降低8.8%,系统能够同时达到节能、减排双重功效。天津及陇西进行了工程应用,也实现了良好的节能及减排效果。

关键词燃煤锅炉 烟气余热回收 减排 吸收式热泵 直接接触换热

A novel coal-fired boiler flue gas heat recovery system and its performance study

By Yang Weiwei,Wei Maolin and Gao Qingyou

Abstract  In order to utilize the coal-fired flue gas remaining heat for heating, this paper proposed a novel system, in which a direct-contact heat transfer and absorption technology is used to reduce the exhaust flue gas temperature to a much lower degree. Not only is the heat recovered, but the pollutant emission concentration is also reduced. Through the engineering application, it shows that 16.7MW waste heat is recovered and the boiler efficiency is improved by 3.2% when the exhaust temperature is lowered to 39℃。 If the exhaust temperature is further reduced to 20℃, the increment of the boiler efficiency will be more than 9%. The pressure drop is kept below 300Pa. And through the direct-cooling treatment, 59% sulfur dioxide and 8.8% nitrogen dioxide can be removed. Both energy saving and emission reduction can be achieved. Meanwhile,according to different site conditions, the system has been applied in Tianjin and Longxi, all of which achieve good energy saving and emission reduction effects. 

Key words coal-fired boiler; flue gas waste heat recovery; emission reduction; absorption heat pump; direct contact heat transfer

1 引言

燃煤锅炉排烟中蕴含的热量约占燃料热值的4%~8%[1],回收这部分烟气的热量可以显著的提高锅炉的热效率。对于大部分的燃煤锅炉,烟气在排放之前需要经过脱硫处理,最为广泛应用的脱硫工艺为湿法脱硫,该处理过程会比较明显的改变烟气的热力状态——由高温的干烟气变为低温湿烟气。湿法脱硫前的烟气温度较高,高温烟气可以直接用于加热锅炉给水、热网回水、锅炉进风,用于干燥燃料或者通过ORC循环发电[2-3]。这样的热回收系统形式上比较简单,主要的构成部件为间壁式换热器,相关的研究也比较丰富。何伯述在电除尘器之后、脱硫塔之前增设了低压节能器,在该节能器中高温烟气与锅炉给水换热,对该余热回收系统性能分析表明,通过回收烟气热量可以减少汽轮机加热抽汽,发电煤耗因此降低了3.85 g/( kW∙h),系统原发电煤耗约350g/(kW∙h),则相当于锅炉热效率增加了1.1%[4]。杨勇平在应用低压节能器的基础上,提出在电除尘器和节能器之间,再增加了一个低温空气预热器,通过合理的换热顺序,实现烟气热量的梯级回收,有效减少烟气换热过程的不可逆损失。通过对该系统的性能分析,表明增加低温空气预热器后可以减少汽轮机发电热耗0.81%[5]。Espetolero则在空气预热器前增加了一个高压节能器,与低压节能器相似,烟气在高压节能器中加热锅炉给水,从而节省加热抽汽,锅炉的热效率因此提高了0.9%[6]。上述系统形式均能够部分回收脱硫前高温烟气的余热,然而为了避免烟气温度低于酸露点带来烟道酸腐以及保证后继脱硫塔的脱硫效率,回收余热后的烟气温度也往往保持在85℃~95℃甚至更高[7],因此,锅炉的热效率提升一般均低于2%,这说明上述的几种余热回收系统并不能够充分的回收锅炉排烟中的热量。

相对于高温烟气受到酸露点的限制,脱硫后的低温烟气则可以达到更好的余热回收效果。湿法脱硫过程类似于一个绝热过程,经过湿法脱硫后,虽然烟气的温度降低,但是湿度升高,其所蕴含的热量并没有减少。由于该部分烟气低温高湿特性,为了进一步降低烟气温度,回收烟气中的显热和潜热,吸收/吸附技术以及热泵技术在低温烟气的余热回收系统中得到了应用。Riffat等探讨了将吸附技术和吸收技术应用于烟气余热回收系统中的可行性,表明通过这两种技术,能够显著的提高锅炉效率,然而具体的效率提升值并没有得到体现,而且其研究仍然是理论分析阶段,没有实际数据的支撑[8]。Coper等提出利用吸湿剂吸湿特性回收烟气中热量和水分的余热回收系统,吸湿剂与烟气接触,吸收烟气中的水分的同时温度上升,然后通过闪蒸将吸收的水分释放,释放的水蒸气在冷凝器中冷凝,将热量传递给热用户,达到回收烟气中热量和水分的目的。实验结果表明该系统能够减少烟气中23%~63%的水蒸气[9],然而其未考虑由于SO2溶解带来的设备腐蚀问题,同时也没有进行整体的节能效果分析。赵华等人介绍了应用汽水换热器以及热泵的烟气余热回收系统,该介绍只是一个笼统的描述,既没有数据的支撑,也没有相应的理论分析[10]。这种系统形式实际上照搬了天然气锅炉烟气余热回收系统,对于天然气锅炉,该余热回收系统得到了比较成功的应用[11-12],但燃煤烟气与燃气烟气的物性具备明显的差别,相应的设备运行环境也不同,燃煤烟气成分复杂,不仅腐蚀性更强,而且粉尘含量高,照搬已有的系统形式并不可行。在国外的一些垃圾发电电厂中,有类似系统运行的报道[13],然而并没有相关的文献对其具体的系统形式和运行状况进行分析介绍。

从上述分析可以看出,高温的烟气余热回收系统研究和应用较多,然而受到烟气酸露点的限制,烟气温度不能降得太低,导致余热回收量有限,锅炉热效率提高在低于2%。脱硫之后低温烟气的余热回收系统虽然形式多样,但全部还在理论分析和实验室阶段,并没有具备充足数据支持的相关系统性能分析和讨论。之所以没有实际的应用,主要是因为回收低温烟气余热需要面临两个关键问题,一是获得温度足够低的冷源,二则是要解决烟气带来的腐蚀、脏堵问题。

本文提出了新的余热回收系统,通过吸收式热泵制取低温水与脱硫后烟气直接接触换热,能够将锅炉排烟温度降低到较低水平,同时通过对换热后的水进行多重沉淀、加碱处理,避免了设备的腐蚀和脏堵。本文所提出的系统在济南某热电厂进行了工程应用,通过对一个完整采暖季的系统测试和分析,表明本文提出的系统具备显著的节能和减排效益。系统运行期间排烟温度降低到39℃,回收烟气余热量16.7MW,实现锅炉热效率提高3.2%,同时减少排烟中SO2浓度59%,NOx浓度8.8%,实现节能、减排、消白多重目标。通过对实际应用的测试分析,系统的整体性能参数,经济性,以及减排特性都得到了详细讨论。

系统在济南应用成功后,相继在天津某电厂及陇西某锅炉房进行了工程应用,其中天津项目回收烟气余热加热锅炉补水,实现了烟气余热回收及彻底视觉消白的双重目的;陇西项目首次在燃煤热水锅炉房增设烟气余热回收系统,进一步拓展了系统应用范围。

 

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