[发明专利]一种燃煤锅炉烟气余热深度回收利用与烟气冷凝脱硫除尘用省煤器

说明书

技术领域

本发明提供了一种燃煤锅炉烟气余热深度回收利用与烟气冷凝脱硫除尘用省煤器，具体是采用抗低温腐蚀和导热性能良好的石墨材料制成的换热器，用作燃煤工业锅炉或燃煤电站锅炉的省煤器，使之在远低于酸露点温度以下运行，深度回收烟气显热和部分水蒸汽的汽化潜热，同时利用该省煤器的换热管表面产生的冷凝液膜吸收、吸附和脱除烟气中部分SO₂、SO₃和常规除尘器无法脱除的细微颗粒物。

背景技术

在全球能源安全和气候变暖形势日益严峻的情况下，迫切要求实施高效、低污染和低排放的技术经济模式。近年来，我国能源利用量大幅增加，尽管新能源技术开发使煤炭比例有所减低，但在未来相当长的一段时间内，以煤炭为主的能源结构不会发生根本性改变。

我国约有50万台工业锅炉，每年燃烧煤炭超过4亿吨。多数工业锅炉的实际运行效率约只有70％左右，只有极少量锅炉的效率能够达到80％，能源利用率低，能耗大。燃煤工业锅炉数量大，分布广，脱硫除尘的技术性能指标相对较低，SO₂和烟尘排放所造成的环境污染非常严重。我国2010年发电用煤量达到9.8亿吨以上，煤电比例达到59％。据预测，2020年的发电用煤量将达到20亿吨以上，煤电比例可达70％。二氧化硫、氮氧化物和粉尘等是大气的主要污染物，2009年我国SO₂年排放总量达2214.4万吨，NO_x排放已居全球首位。我国SO₂排放量的90％、氮氧化物的70％来自于燃煤，其中50％来自火电厂，在电力行业深化实施节能减排的责任尤为重大。进一步提高燃煤工业锅炉和电站锅炉能源利用效率、减少污染物排放是实现国家节能减排总体目标的重要途径之一。

排烟热损失是燃煤锅炉各项热损失中最大的一项，降低排烟温度、回收烟气余热是提高锅炉效率的最直接和最有效的途径。一般地，锅炉的排烟温度每降低15℃～20℃，锅炉效率可提高1％。对于水分含量或氢元素含量较高的燃煤，燃烧后产生的烟气具有较高的水蒸汽含量，若能对烟气余热实施深度回收利用，将烟气温度适当降低到一定程度，使其中一部水蒸汽凝结放热，除能回收烟气物理显热外，还能回收可观的水蒸汽凝结热。

对小型燃煤工业锅炉，燃用高硫分煤时，排烟温度定得比较高，在180℃～220℃范围，大、中型燃煤工业锅炉，排烟温度在120℃～180℃。对燃煤电站锅炉，设计和运行中采用的排烟温度通常选择在150℃左右以避开酸露点。因此，对燃煤工业锅炉和大型电站锅炉，若实施烟气余热深度回收利用，将烟气排放温度降低到60℃左右，锅炉效率可提高5％～10％。若在燃煤工业锅炉的相关行业和电力行业实施烟气余热的深度回收利用，总体经济效益和环保效益是相当可观的。

降低排烟温度对燃煤电站锅炉还具有另外一种特别重要的意义。根据十一五规划，我国投运脱硫发电机组3.55亿千瓦，形成削减SO₂能力590万吨。到2007年，占装机容量50％的机组已安装脱硫装置，这其中90％以湿法脱硫装置为主。湿法脱硫的最佳反应温度一般为50℃左右，如不采取降温措施，从尾部受热面出来的排烟需要在脱硫塔内直接将温度从150℃左右降低至50℃。这不仅损失了大量原本可以利用的烟气余热，而且过高温度的烟气引入脱硫塔内必然会增加水消耗量和反应塔出口烟气携带水量。因此，从降低水资源消耗和工艺衔接等方面考虑，进一步降低原有锅炉受热面后的排烟温度、回收烟气余热成为当前电站锅炉节能减排深入发展的一个必然选择。

锅炉烟气余热的回收利用总体可分为两种方式：一种是通过换热设备将烟气余热回收至锅炉热力系统本身进行利用；另一种方式是通过能量转化设备将烟气余热转化为其他形式的能源加以利用。第一种方式更具有现实意义，更适合于在现有燃煤锅炉或燃煤电站锅炉上通过适当改造实现，该方法是在不改变原有主体工艺和装置的前提下，将收集的烟气余热引入热力系统本身，如对燃煤工业锅炉，可通过换热装置用烟气余热来加热入炉空气或用来加热低温的锅炉补水等；对燃煤电站锅炉，收集的热量可用来加热入炉空气、给水或凝结水等，最终将烟气余热用于获得优质能源-电能。这些措施都能有效的提高锅炉效率、降低能耗和燃料成本。