我国烟气余热利用换热器发展概述

摘要：我国余热资源丰富，目前烟气热损失是电站锅炉各项热损失中最大的一项。烟气余热利用换热器通过对烟气余热的二次吸收，提升余热利用效率，对于提升锅炉运行效率有重要的意义。另外烟气余热利用换热器配合除尘设备使用可以明显增强除尘效率，有助于降低烟气污染排放。烟气余热利用换热器在锅炉系统中的增配使用能有效节约能源，降低烟气污染排放，有效推动我国锅炉使用行业“节能减排”目标的实现。文章将对我国余热利用情况、烟气余热回收利用技术及烟气余热利用换热器进行介绍，以供参考。

关键词：余热利用；烟气余热利用换热器；烟气冷却器；低温省煤器；节能减排

中图分类号：TK172 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）33-0001-06

1 烟气余热利用的前景

1.1 我国余热资源情况

余热资源是指在现有条件下，在能源利用设备中没有被利用的多余或废弃的能源，是有可能回收而尚未回收的能量，广泛存在电站锅炉及工业设备中。从其来源分可分为高温烟气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等六类，其中，高温烟气余热总量约占余热总资源的50%，冷却介质余热占余热总资源的20%，废汽废水余热占11%。

余热属于二次能源，我国余热资源丰富，各种工业炉窑的能量支出中，废气余热约占15%～35%，锅炉烟气热损失是各项热损失中最大的一项，一般在5%～8%之间。特别是在钢铁、电力、有色、化工、水泥、建材、石油与石化、轻工、煤炭等行业，余热资源约占其燃料总消耗量的17%～67%，其中可回收率达60%。目前，我国余热资源利用比例低，大型钢铁企业余热利用率约为30%～50%，其他行业则更低，余热利用提升潜力大。

高温烟气的排烟温度高一直是影响锅炉经济运行的主要原因。国家质检总局颁布的《锅炉节能技术监督管理规程》也明确规定，“锅炉排烟温度设计应当综合考虑锅炉的安全性和经济性，并且符合以下要求：（一）额定蒸发量小于1t/h的蒸汽锅炉，不高于230℃；（二）额定蒸发量小于0.7MW的蒸汽锅炉，不高于180℃。”为减轻低温腐蚀，一般排烟温度设计在130℃～150℃，但由于尾部受热面积灰、腐蚀、漏风和燃烧工况的影响，实际运行排烟温度大都高于设计值20℃以上，燃用高硫煤的锅炉排烟温度甚至高达200℃。排烟温度每升高10℃，锅炉热效率约下降1%。对大型发电锅炉，锅炉效率已高达90%～94%，哪怕锅炉效率提高1%，其经济效益和社会效益也是巨大的，因此锅炉的运行效率直接影响企业的经济效益。如果能有效利用这些余热，则可节约大量能源，减少大气污染，且降低企业生产成本，因此余热利用对我国实现节能减排及环保战略具有重要的现实意义。

1.2 燃煤电厂的发展

目前，我国煤炭产量约一半用于发电，约73.4%的装机是火电机组，发电量的81%来自火电。一次能源结构决定了我国在相当一段时间内以化石燃料为主要能源。火电装机仍然在发电装机中占有决定性地位。发电企业燃料成本占全部成本的70%以上。

1.3 煤电机组大气污染情况

2011年全国火电装机容量和发电量分别比上一年增长8.17%和14.16%，2009年全国电力烟尘年排放量为235万吨，2011年就降到155万吨；2009年全国二氧化硫排放总量为2214.4万吨，电力行业二氧化硫排放量约占全国排放总量的46.4%，为1027.5万吨。2011年全国电力二氧化硫排放降到913万吨，电力行业二氧化硫排放量约占全国排放总量的比重降到41.2%；2009年全国氮氧化物排放总量为1692.7万吨，电力行业氮氧化物排放量约占全国排放总量的49%，截止2011底，全国已投运脱销机组1.4亿千瓦，具有年脱除氮氧化物140万吨的能力。说明近几年来，电力行业污染物排放大幅度下降，在全国所占的比例也同时降低。

1.4 “十二五”煤电发展趋势

因此，发电企业面临污染物排放的总量控制和指标控制的双重压力，不得不在提高机组参数、提高效率、节水、节油、节电以及余热回收方面下功夫，这增加了电厂投资和运行成本。对锅炉辅助设备制造厂来说带来了新的市场，对烟气余热回收这种新项目的推广带来了不可多得的机遇。

1.5 煤电锅炉余热利用情况

电站锅炉是现代火力发电厂的主要设备之一，锅炉排烟热损失是电站锅炉各项热损失中最大的一项，一般在5%～8%之间，占锅炉总热损失的80%或更高。一般来说，排烟温度每升高10℃，锅炉热效率大约降低1.0%，发电煤耗增加2克/千瓦时左右。我国“十二五”煤电发展的目标是从机组运行经济性分析、设备质量以及燃料管理等多个方面入手，在燃煤发电生产过程中减少煤源消耗、降低供电煤耗，实现2015年比2010年通过火电煤耗下降而节约标煤3523万吨。推动煤电继续向大容量、高参数、环保型方向发展，优化机组运行方式。实现电力生产的绿色发展，化石燃料的高效清洁利用，燃煤电厂烟气余热深度回收利用，火电厂烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物的达标排放成为重要课题。烟气余热利用换热器是有助于实现电力生产绿色发展的有效锅炉辅助设备，目前在我国还处于起步

阶段。

2012年国家发改委、国家能源局、财政部以[2012]1662号文下发了《关于开展燃煤电厂综合升级改造工作的通知》，要求各发电企业针对单机容量大于10万千瓦、小于100万千瓦的燃煤机组实施综合升级改造，项目的年节能量包括发电降耗和供热改造提效两部分，并给予一系列优惠政策的支持。其中锅炉系统改造项目列为首项的是“锅炉排烟余热回收利用”，升级提效的效果是“采用烟气余热利用换热器技术，若排烟温度降低30℃，机组供电煤耗可降低1.8克/千瓦时，脱硫系统耗水量减少70%”。目前锅炉烟气余热回收已是一项成熟技术，适用于排烟温度比设计高20℃的机组运用。国家发改委等三部委文件的下发，对烟气余热回收利用起到了助推的作用。

2 烟气余热利用换热器产品介绍

省煤器是锅炉重要部件之一，是在锅炉尾部烟道中加热锅炉给水的受热面，起到节省燃料和降低排烟温度的作用。而烟气余热利用换热器为近年来的行业新产品，其既可以通过改造方式加装在原有锅炉上，也可以安装在新建锅炉上。从1985年开始，我国开始引进国外“烟气深度冷却余热利用”技术，进行烟气余热利用换热器的研究。进入21世纪，针对行业中的关键技术，国内制造商加大了研究力度和投入，针对烟气深度冷却余热利用技术所涉及的酸腐蚀和积灰问题进行重点突破。随着国内材料技术、外扩展受热面技术及火电行业整体技术水平的提高，锅炉辅助设备行业技术也取得了重大进展，“烟气深度冷却余热利用”中的酸腐蚀和积灰等关键性难题得到突破。我国烟气余热利用换热器制造开始进入技术创新和突破的新时期。

近几年，烟气余热利用换热器原材料成本逐步走低，电煤价格却步步攀升，火电行业最大的成本支出为煤等化石燃料，发电煤耗指标的高低决定着火电行业的盈亏。同时在节能环保意识不断增强、国家对火电厂节能减排工作要求不断提升的情况下，实现节能降耗、减排环保对发电企业变得日益重要。降低排烟温度成为火电行业实现节能降耗、减排环保的重要途径之一。目前烟气余热利用换热器在国内电厂的应用处于起步阶段。

2.1 节能降耗

2.1.2 加热热网水用于供热，也可作为冷暖空调的热源。

2.1.3 用于加热脱硫后的低温烟气（相当于GGH的功能）。布置在脱硫塔之前的烟气冷却器与脱硫塔之后的烟气加热器的工质形成一个闭式循环系统。烟气余热利用换热器加热工质，工质在烟气加热器侧放热，加热低温烟气，其具有降低烟囱的低温腐蚀作用；同时有利于消除烟囱的“烟羽”（影像视觉效果）、“石膏雨”（污染环境）的现象。与GGH相比，换热器无转动部件，具有不漏风（原烟气侧与净烟气侧实现完全隔离）、不易堵塞、换热面易于清理的优点。

2.1.4 作为暖风器的热源，加热锅炉进风。

2.2 节水

除以上用途可实现节能降耗之外，将烟气余热利用换热器安装于脱硫塔之前，有利于降低脱硫系统为使烟尘温度降至脱硫最佳工艺温度的强制冷却耗水量，具有“节水”的功效。

2.3 减排

在电除尘器之前加装烟气余热利用换热器，降低进入电除尘器的烟气温度，可以降低烟气体积流量，降低烟气流速，同时降低飞灰比电阻，从而大大提高电除尘器的除尘效率。对电袋复合式除尘器或布袋除尘器而言，降低烟气温度，可提高除尘器滤袋的使用寿命，延长滤袋的更换周期，减少电厂的维护费用。

3 烟气余热利用换热器行业发展推动因素及需求情况

3.1 火电行业的大发展带来的市场新增需求

随着我国经济的持续高速增长和对电力的需求扩大，2011年火力发电量达到3.90万亿千瓦时，电站锅炉产量达到53.88万蒸发量吨。持续增长的电力需求为烟气余热利用换热器创造了市场空间。

根据相关规划，我国火力发电装机量2015年将达9.28亿千瓦，2020年装机量将达11.7亿千瓦，比2011年的7.07亿千瓦有大幅提升。

3.2 国家“节能减排”政策推动新型省煤器的发展

节能减排是我国未来社会发展的重要工作。烟气余热利用换热器通过对烟气余热的二次吸收，有效节约能源，提高煤利用效率，利于煤炭深加工利用的实现，将有效推动煤电机组满足《节能减排“十二五”》中对火电行业单位机组每千瓦时的发电耗煤量减少8克的节能要求。

5 行业发展存在的主要问题及对策建议

节能减排是我国当前推动工业可持续性发展的国策。随着《节能减排“十二五”规划》的实施，我国火电行业在培养大型化、规模化的大中型电站的同时，向低能耗、低排放的方向发展，而烟气余热利用换热器能够在降低大型火电锅炉能耗的基础上进一步提升除尘器的除尘效果，在政策和市场需求的双重推动下，烟气余热利用换热器未来将迎来广泛的市场空间。虽然国内开展燃煤电厂余热深度利用研究已有较长时间，但烟气余热利用换热器技术的成熟及应用始于近两年，仍存在推广及应用速度缓慢及市场机制不健全、产品标准不统一、技术交流欠缺等问题。

针对上述问题，相关协会及政府部门应首先充分发挥政策的导向作用，积极扶持烟气余热利用换热器骨干企业并提高其自主创新能力，健全行业的市场管理机制，规范监督管理；其次还应进一步加强国际交流与合作，加强国内新型省煤器生产企业与国外同行业先进企业的沟通交流，推动技术引进与吸收，不断提高行业的整体水平。

参考文献

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[17] 节能减排“十二五”规划．

作者简介：江哲生，国家电网公司能源部教授级高级工程师；许传凯，西安热工研究院副总工程师，研究员。

（责任编辑：王书柏）

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