摘要：火力发电厂作为我国能源的重要支柱，其能源消耗也很大，因此提高发电厂的效率和降低能源消耗将是趋势。烟气余热利用技术是近年来节能的重要手段之一，它吸引了国内外研究团队的关注。
关键词：火力发电厂；锅炉烟气；余热利用技术
前言
经济的发展以及科技的进步都在一定程度上加大了人们对电的需求，随之而来的问题还有日益增大的火力发电厂的能源消耗和尾气排放。在我国的总电能当中其中大约有百分之八十左右都是有火力发电厂生产的，但是因为受外界以及设备自身技术所制约，从而造成在具体的生产环节，并没有完全将燃煤的燃值合理利用。在时代不断进步的环境下，对于各种能源的需求是越来越大，从而导致了煤价不断上涨，环境问题的日益严重化使我们面临着很大的挑战，如此以来火电厂要想取得长期可持续发展就必须要积极采用新技术，合理利用燃煤热能。
1锅炉排烟余热利用的必要性
现阶段大气污染情况十分严重，这在一定程度上和锅炉所排放的尾部烟气有着一定的关系，之所以会这样说其实有两个方面的原因，其中一方面是烟气的直接污染，而另外一个原因就是烟气的温度。锅炉效率η=100-（q2+q3+q4+q5+q6）（%），其中：q2：排烟热损失——烟气离开锅炉末级受热面时带走的热量，是锅炉最主要的热损失；q3：化学未完全燃烧热损失——燃烧过程中产生的可燃气体未完全燃烧而随烟气排走所造成的热损失；q4：机械不完全燃烧损失——燃料中的可燃碳颗粒未完全燃烧随同灰渣排出炉外所造成热损失；q5：散热损失——锅炉运行中由于处于非理想的完全绝热状态，锅炉产生的热量通过炉本体、烟风道、汽水管道等设备的外表面散发出来的热损失；q6：灰渣物理热损失——炉渣排出炉外带走的热损失。一般情况下对大、中型锅炉，q3、q4、q5、q6已无过多潜力，但q2不一样，其排烟温度在110℃～180℃，而小型锅炉，燃用高硫分煤时，排烟温度也比较高，在180℃～220℃范围，所以锅炉尾部烟气所产生的余热是一个非常有潜力的资源，排烟温度在对环境造成热污染的同时还造成了大量能源的浪费。现阶段我国对于环保问题十分重视，因此提高锅炉效率、降低尾部烟气的排放就具有很大的必要性。
2锅炉尾部烟气余热利用的影响因素
2.1制约余热利用的是能量温度
通过能量品位，将能量温度分为了低温、中温、高温三种。对于低温的能量品位，通常是以脱硫系统为主。但是由于脱硫系统设备材料的特殊性，烟气温度受到了严格的要求。对于不定的温度状态，通常是选择加装低温省煤器，以确保整个系统处于最佳状态；对于中、高温两种能量品位，处理办法通常是采用余热锅炉回收中、高温中的烟气能量，再经由汽轮机转化为电能。
2.2低温腐蚀同样会给余热利用造成影响
通常来说，低温腐蚀会出现在烟道的尾部，而它对余热利用的不利有表现在以下几个地方：①低温腐蚀会在面壁造成恶化结焦的现象，缩小了烟道的流通面积，容易出现积灰的情况。②运转过程中的蓄热原件以及其传热过程都会造成极大的影响。③低温腐蚀会导致空气与烟气混合，会引起炉内的不完全燃烧。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3常见的锅炉尾部烟气余热利用方案
3.1方案一热管换热器
通常使用的设计方案有热管换热器。顾名思义，热管换热器的主体是由管体组成的。热管作为一种传热及其高效的原件，在现代的火力发电厂的应用及其广泛。热管换热器实现热量传递主要依靠的是工质的循环。在余热利用的过程中，良好的导热性使得热管对余热利用起到了很好的节能效果。热管换热器是以一种封闭的管子或是简体作为热管壳体，其形状是多种多样的，它的表面镶嵌着多空毛细吸液芯，一旦壳体抽成真空后又充入一定量的工作介质，那么密封壳体就会成为热管。对于这样的余热利用节能工作，这样运作作用的工作原理是：在热源为吸热段提供热量的时候，在管体内部低沸点的液体吸热汽化。由于压力作用，这部分汽化后的工质会顺着管体内部留到放热阶段，工质释放热量经过冷凝后变化为液体，在这整个系统流程中，毛细液芯起到节流阀的作用。整个循环中，热量由高热量能量品位向低能量品位流动，这一过程符合热力学的第一、第二定律。
热管换热器方法的优点有许多，诸如：较好的导热性，优良的等温性以及对于热流密度的可变性。具体来说，方案优越性可以体现在以下几个方面：①工作的性质良好。热管换热器能够使良好的导热性还有各项同性。②可以降低低温度条件下温度腐蚀的损害。因为热管换热器能够高效控制炉壁的温度，所以说低温腐蚀的问题可以通过增加锅炉壁面的温度、远离酸性露点来解决。③装置本身。装置的工作原理简单，设备可以比较轻便的装配、操作。④在传热过程中，热管换热器的传热方向具有可逆性。该性质主要取决于两端的受热情况，在有吸液芯的热管水平放置或者是处于零重力的情况下，任意一段受热将成为蒸发段，而另一端就会成为凝结段，那么就是热管内部传热方向可以逆转。⑤在传热过程中，热管换热器中热流密度具有可调性。在很大程度上，热管中可以大范围上调整加热段以及放热段中的热流密度。在实际火力锅炉发电厂锅炉工作中，热管可以轻易地操控热流的走向，也就是说，热管能够集中分散状态下的热流，也同时可以分散集中状态下的热流。
3.2方案二：相变换热器
第二种设计方案是采用相变换热器，其发展的基础是热管换热器。相比前者，相变换热器最具特点的一部分是出现“相变”的概念，进一步细化壁面温度的控制机理，从理论上达到控制低温腐蚀。所谓相变模块，其实是热管换热器的整体化设计，确保温度梯度在很小的范围内，并集合相变时水量参数的调节，来达到对壁面温度的精准控制。其工作原理是：汽水分离装置的两端连接着上、下管式换热器，蒸发段位于下端，其吸收锅炉尾部的烟气余热后使得内部介质处于相变态，蒸汽沿着管内上升进入汽水分离装置，蒸汽进一步上升到上部的冷凝段，从而使得介质蒸汽由气态变为液态从而沿着管壁流入汽水分离装置，由此作为循环进行吸热、放热。在这种相变换热器的循环过程中，循环介质量和介质所处工况常常作为调节量来使用，从而达到对壁温的更精确控制。其优点主要有以下4点：第一，余热回收的适应性更强。由于其构造特性，能够有效地降低排烟温度，提高余热回收效率，节省能源消耗，从而提高经济效益。第二，更加精准地规避低温腐蚀。由于水量控制参数，对于壁面温度的控制也更加精准，所以利用相变换热器可以有效降低低温腐蚀带来的危害。第三，相变换热器将原热管换热器中相互独立的部分，通过优化设计构造成一个相互关联的整体，在结构上更加整洁，一体化程度更高。第四，材料耐用性提高。相变换热器不仅继承了热管换热器的优良特性，还能在此基础上有效处理不凝结气体的危害，从而进一步提高材料的耐用性。
结束语
烟气余热利用技术作为我国近几年能源领域重点发展的节能技术，其主体由热管换热器和相变换热器两种节能方案构成，这两种节能方案虽然取得了令人欣喜的节能效果，但其在实际工程应用中出现的问题还需要进行进一步的研究和探索，以追求更加高效的烟气余热利用效果。
参考文献：
[1]吕聪.论火电厂锅炉运行中的减排与防噪[J].中国外资（下半月），2016（12）：259-260.
[2]于长琴，刘建民，张凤龙.复合相变换热器在电厂节能改造中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2015，5（14）.
论文作者:韩广生
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/17
标签：换热器论文; 余热论文; 烟气论文; 热管论文; 锅炉论文; 温度论文; 低温论文; 《电力设备》2018年第32期论文;