锅炉低温烟气余热利用基础研究取得进展

我国能源结构中，燃煤超过70%比重，其中大部分用于发电。2014年，全国火电装机容量91569万千瓦，占全国发电总装机容量的67.4%。全年火力发电量42049亿千瓦时，占全国总发电量的76.96%。全国6000千瓦及以上火电机组供电标准煤耗318克/千瓦时。到2015年中国电力行业煤炭消耗量将超过14亿吨标准煤。2012年，中国燃煤量已经超过全球燃煤量的一半以上。

目前我国电厂虽然普遍设置了脱硫、脱销、除尘等设施，但是根据《污染物排放系数及排放量计算方法》，2015年电煤燃烧将排放0.23亿吨SO2、0.22亿吨NOx、0.135亿吨烟尘等污染物及9.38亿吨CO2，是雾霾、酸雨、热污染及全球暖化等产生的根本原因之一。发电行业面临的环保及节能压力日益增加，而降低电站锅炉排烟温度是最有效的降低供电煤耗、降低污染物排放的方法之一。为此科技部于2011年立项启动了“锅炉低温烟气余热深度利用的基础研究”“973”计划项目，力求为我国燃煤电站锅炉余热利用的奠定科学基础、解决关键技术问题。项目实施以来，在锅炉低温烟气余热利用基础理论研究及示范化工程实践方面均取得了显著的进展。

锅炉低温余热利用极限判据——工程酸露点

我国电站锅炉设计的排烟温度一般在115~130℃之间，高于烟气热力学酸露点10~15℃。在此排烟温度下，烟气温度高于烟气热力学酸露点，可避免换热设备设备的低温腐蚀，提高设备可靠性。

课题组通过现场试验，创新性地提出了工程酸露点的概念，不同于热力学酸露点，其本质是换热管束污垢热阻突变管壁温度。当烟气温度高于此突变温度，换热管束外侧为松散型积灰，通过传统的吹灰方式即可清除，保持高效的传热效果。同时，通过松散型积灰成分分析表明，硫化物含量非常低，实验现场未见管壁腐蚀现象。当烟气温度低于此突变温度，管束外侧为板结性积灰，极难清除，严重影响了管束的传热效果。在板结性积灰内层，发现管壁严重腐蚀。

现场实验表明，工程酸露点比不同热力学酸露点计算公式所得数据低35~70℃。低温烟气余热利用极限判据就是保持烟气换热器管壁温度为工程酸露点左右，尽可能降低排烟温度。在保证较高传热效果的前提下，有效避开严重的低温腐蚀区域。相比传统排烟温度，工程酸露点的设定可降低至少30℃烟气余热排放温度。

此方法已经获得国家发明专利两项，实用新型专利一项。

电站锅炉低温烟气余热利用系统——能级提升系统

电站锅炉低温余热利用传统系统就是利用烟气低温余热加热凝结水。由于受到排烟温度的限制，只能将低温烟气余热传递为温度更低的凝结水，代替部分低压加热器的热源，排挤低压加热器抽汽，抽汽返回汽轮机多做功。由此在总输入热量不变的前提下，提高了机组发电效率，降低了发电煤耗。

课题组通过建立电站锅炉排烟余热利用的通用收益模型，分析发现传统电站锅炉排烟余热利用系统存在较大火用损的缺陷，提出了大型电站锅炉排烟余热能级提升系统。该系统将锅炉空气预热器及汽轮机热力系统有机耦合为一体，利用电站低温烟气余热提升空预器入口风温，通过空预器变工况及热平衡，可将120℃左右的低温烟气余热转变为空预器入口370℃左右高能级烟气热量，显著提升了余热的能级。这样，低温烟气余热不受排烟温度的限制，可加热锅炉给水，代替部分高压加热器的热源，排挤高压加热器抽汽。针对某典型百万机组计算表明，相比传统系统，可提高发电效率0.75%左右。

电站锅炉余热利用新型管材——开缝H型翅片椭圆管束

燃煤烟气中含有大量的烟尘，锅炉尾部受热面经常受到烟尘磨损和积灰的困扰，导致效率降低，并引发爆管等安全事故。课题组综合考虑粉尘环境下换热设备的传热性能、流动阻力、防磨损积灰及低温腐蚀特性，在目前常用的圆管换热器基础上，开发了H型翅片椭圆管束及新型开缝H型翅片椭圆管束。相对于圆管形式，椭圆管能显著降低尾流区，提高综合传热性能，综合性能指标提高20%左右，而新型开缝H型翅片椭圆管相对于H型翅片椭圆管还能提高20%。新型开缝能够造成烟气串流，减轻受热面积灰。对磨损严重的顺排管束的第一排管，受到沙漠岩蜥的表皮结构的启发，在迎流侧布置仿生凸起，能显著降低磨损，数值模拟结果表明第一排管的磨损值降低到原来值的8%左右。数值模拟和现场实验均证明了该新型管型换热器在烟气余热深度利用中的高效性能。

二次再热百万机组烟气余热利用工程示范化项目

山东莱芜发电厂2×1000MW超超临界二次再热塔式锅炉余热利用项目《大型电站锅炉余热的高能级深度利用技术创新及产业化示范工程》，于2013年被发改委列为电力行业低碳技术创新及产业化示范工程项目，预计2015年12月投产，预计年节标煤16500吨，折合人民币1100万元。

该项目将排烟温度为114℃的余热，通过能级提升系统，转移到空气预热器入口370℃的能级，排挤汽轮机高能级抽汽，提高节能效果。预测排烟温度将从114℃降低到85℃，供电煤耗可以降低3g/kWh，发电效率能够提高1.15%左右。

原标题：锅炉低温烟气余热利用基础研究取得进展