烟气余热回收器

摘要：分析了现代火力发电站热能利用效率低的原因，得出烟气的排放温度高于环境温度（即初始锅炉的进气温度）是其效率低的主要原因，同时提出用高效率的烟气余热回收器对余热进行回收，并对其分别从技术和经济的可行性方面做了研究。设备产生的热水创造了经济价值，同时提高了能源的利用率，响应了当今*节能减排为主题的号召，更重要的是如果研究发现能将整个火力发电产业的能源利用率提高数个百分点，那其意义将是重大的。

关键词：烟气的余热利用  火力发电能源利用率的提高  空气源热泵的可行性研究

1 引言 锅炉烟气余热回收的意义

 我选择的依据是，现在阶段我国乃至全*发电装置主要利用的是利用蒸汽动力循环装置，而蒸汽动力循环装置（无论是核电还是火力发电）的热能利用效率是很低的尤其是火力发电，受郎肯循环的限制热效率一般仅为40%~50%，即使是实现热电联产并加入各种节能装置以后其热利用效率也只能达到60%,而现代大型锅炉的热效率在90%以上，故能量利用效率低的原因不在锅炉，且继续提高其热效率是很困难的。热量损失不可避免的主要原因是烟囱排烟热损失，烟囱排烟热损失是各项损失中较大的一项，可降低总能源利用率的5-12％，排烟温度的高低直接决定热利用效率的高低，排烟温度越高，排烟损失越大。一般排烟温度升高15-20℃，就会使排烟热损失升高1％，目前电厂排烟温度比设计值高20℃左右，降低排烟温度对提高电厂效率意义重大并有有很大的经济性。

2 用烟气余热回收器吸收烟气余热的技术可行性研究

（1）烟气余热回收利用的技术可行性前提

目前锅炉的排烟温度根据煤种不同，设计值在110-160℃，由于燃煤锅炉的燃料在燃烧时会产生二氧化硫，因为它的露点是摄氏150°，低于这个温度，在锅炉尾部形成“硫酸水”腐蚀金属，所以，燃煤锅炉的设计排烟温度都是不低于150℃，不高于160℃。温度较高，但这部分烟气中含有的硫化物、硝化和物较多对其烟气余热利用装置的腐蚀性较大故*好先进行脱硫脱校除尘处理我们先假设用的是目前应用*广泛的NID脱硫系统。

NID脱硫原理：NID烟气脱硫系统采用增湿灰循环烟气脱硫技术．它是ABB公司在喷雾干燥烟气脱硫基础上发展起来的烟气脱硫方

法．既借鉴了喷雾干燥脱硫的原理．又克服了该技术使用制浆系统而产生的弊端，设备紧凑、占地小．可方便地安装到原有机组上。

NID工艺是以SO：和消石灰Ca(oH)：之间在潮湿条件下发生反应为基础的一种半干法脱硫技术。NID技术常用的脱硫剂为Ca0．Ca0在消化器中加水消化成Ca(0H)：，再与布袋除尘器除下的大量循环灰相混合进入混合器．在此加水增湿．使得由消石灰与循环灰组成的混合灰的水分质量分数从2％增湿到5％左右．然后以流化风为动力借助烟道负压的引力导向进入直烟道反应器．大量的脱硫循环灰进入反应器后．由于有极大的蒸发表面．水分蒸发很快．在极短的时间内使烟气温度从166℃左右冷却到75℃左右．同时烟气相对湿度则很快增加到40％～50％。试验证明．该系统在设计条件下运行时．平均脱硫效率为91．34％．出口烟尘质量浓度平均值为35．0mg／m，已经达到了国家的排放标准，故其对烟气余热利用装置的腐蚀性是较低的，在我们可接受的范围内。

3  烟气余热回收装置的选择

由于从NID烟气脱硫系统中出来的烟气温度冷却到75℃左右属于温度较低的热源低温余热具有热源温度较低、流量大烟气量稳定，烟气温比较恒定，常年保持在一定范围内的特点，将其回收利用既能节约能源，又能保护环境

再加上目能源消耗给能源和环境都带来了巨大压力，开发利用低位可再生清洁能源是节能降耗的能源使用新模式。。但一般的热量回收装置很难达满足目的，

经过技术分析，我们可以采用空气源热泵的方式。

烟气余热回收器是新一代节能型热水器，其制热效率是电热水器的2—3倍，在发达国家使用比例高达80％左右,然而我国在2009年9月1日起实施的国家标准GB／T23137—2008(家用和类似用途热泵热水器》的引导下，热泵热水器产品开始发展，市场份额在2009年初不足3％，2010年刚超过5％。气源热泵热水器采用逆卡诺循环原理，在少部分电能的驱动下，以制冷剂为载体，实现能量搬运的过程。烟气余热回收器因环保、节能、运行安全等优点，正在引起广泛地重视。三、【空气源热泵系统的应用】：                                                                  

 [烟气余热回收的优势]
a)集供热、制冷和热水系统为一体
b)如果利用预热水槽中的水可以节省35％的加热费用
c)由机械部件组成，使用寿命长，管路使用寿命可达50年
d)与传统的供热、制冷装置尺寸差不多
e)减少能源消耗10％到35％，并且降低维护费用
f)冬季室内空气更加温暖，室温更加稳定，同时不存在其他系统中普遍存在的热、冷不均问题。
g)*安静，提供了一个悦人的居室内外环境
h)没有嘈杂的风机打扰户外活动
i)没有明火，没有可燃性的燃料，也没有有潜在危险的燃料储存罐

4 烟气回收后热量的应用

可将利用烟气余热回收产生的55℃热水供给整个发电厂工业园的生产、生活用水如果有剩余还可将其供给周围的住户和其他工业园区。

5  用烟气余热回收器吸收烟气余热的经济方面可行性研究

 

现对进行如下计算

以我参观过的青岛东亿热电厂为例，东亿装机容量为三台75t/h的循环流化床锅炉，假设电厂24小时连续运转不停工，则电厂每天可产生的过热蒸汽量为

 3×75×24=5400t

以每产生1t蒸汽需要燃烧煤170kg, 则电厂每天所需燃烧的标煤量为

5400×170=918000kg

每燃烧1kg标煤需要空气7立方米空气，并且需要的过剩空气系数约为1.1，则电厂每天所产生的废烟气量为

918000×7×1.1=7068600m 3

忽略烟气中湿度影响，在350K时,空气的定压比热容cp=1.005kJ/(kg*K) 空气的密度ρ 为 1.293 (kg/m^3)；以青岛市为例经查得青岛市的全年平均气温约为12℃，则空气源热泵可设定可吸收的*低温度为12℃；并由从NID烟气脱硫系统中出来的烟气温度冷却到75℃左右

则烟气余热回收器可以吸收的热量为

7068600×1.293×1.005×（75﹣12）=5.7868×10^8KJ

已知水的比热容为4.2KJ/(kg·K),水的密度ρ为1000(kg/m^3)；水温在冬天平均约为5℃夏天温度约为25℃故可取水在一年中水的的平均温度为15℃

目前我国市场上的烟气余热回收器产品的出水温度在50℃左右，如果出水温度达到55℃，就会导致压缩机排气压力超出正常工作压力范围，不利于压缩机安全稳定运行，并且致使COP偏低，进而导致一次能源利用率低于燃气热水器

故可设定得到50℃的热水，则可列出等式

q×1000×4.2×(50-15)= 5.7868×10^8KJ

求得该电厂一天中所产生的热水量q为3937立方米

随着生活水平的提高，热水器现已成为人们生活中一项必需的基本设施，国外调查指出，人均热水消耗量为25～35L／d，以三口之家为例每户每天的平均耗热水量为

30×3÷1000=0.09m3

那么这个方案如果实施起来，可供应的家庭数为

3937÷0.09=43745户

以此计算覆盖周围5公里范围内的生活用热水是没有问题的

虽然热泵热水器系统和热泵空调系统工作原理相同，但是运行工况更

恶劣、运行温度范围更宽。

 

图l给出了该烟气余热回收器COP与热水加热温度的关系。由图l可以看出，COP随着热水加热温度的升高而快速下降，当热水温度从15℃升高到55℃ 时烟气余热回收器的C0P从5．33降到了2．47，降幅达54％

 

烟气余热回收器COP随着烟气侧干球温度的升高，热泵热水器的COP也升高。同样，室外湿球温度或相对湿度对烟气余热回收器的COP也有较大的影响。可见，COP只有在确定的室外空气参数条件下才具有比较意义，或者说单一的COP并不能反映出烟气参数对热泵能效的影响。由NID烟气脱硫系统中出来的烟气温度冷却到75℃左右，同时烟气相对湿度则很快增加到40％～50％。故可初步选定在该烟气余热回收条件下烟气余热回收器COP为3.

，

由于电加热式热水器的能量转化效率约为100%，故加热同样多的热水需要消耗5.7868×10^8KJ能量，1kw*h=3.6*10^3KJ,故所需的用电量为

5.7868×10^8÷3.6*10^3=160744kw

故此时若用烟气余热回收器进行烟气余热收集此时用电量仅为用电加热热水器得到热水的耗电量的三分之二，那么每天就节约了

160744×2/3=107162kw  

数量是惊人的。

但前空气源的技术尚不完善，其造价较高一般热水工程中标准报价为每小时产生一吨标准热水所需的烟气余热回收器的报价为6000-7000元左右

由之前的计算得到该热电厂每天所能产生的热水量为3937m3，水的密度为1t/m3故若全部转化时所需的烟气余热回收器的价格约为：

3937×1×6500=2559万

如果取电厂每发一度电的成本为0.3元，那么由于该方案的实施所节约的电能而节约的金钱数为：

107162×0.3=32148元

在忽略烟气余热回收器设备的维护费用后，不考虑时间对金钱价值的影响（即不考略钱放银行里能的利息、也不考虑通货膨胀及带来的金钱贬值）预计该设备的投资回收期为

32148×n×365=2559

求得n=2.18年，即烟气余热回收器设备的投资回收期为2.18年。