引言为了实现碳达峰、碳中和，推动我国能效水平提升至全球领先水平，形成有效的碳排放控制阀门[1-3]，大力推动重点领域节能降碳，工业领域方面继续深入推进行业节能降碳工艺革新，全面建设绿色制造体系[4-6]。2020年我国全年能源消费总量49.8亿吨标准煤，煤炭消费量增长0.6%，煤炭消费量占能源消费总量的56.8%[7]。2021年我国累计发电量81 122亿kWh。其中火电两年平均增长1.9%[8]。电力工业既是二次能源生产行业，也是一次能源的消费大户，95%的火力发电是利用燃煤发电[9-10]。我国电力、纺织、化工、造纸等行业都是能源和煤炭的消耗大户，消耗的热力和电力基本都来自燃煤电厂，燃煤电厂的节能减排降碳压力巨大，成为当前我国节能减排降碳工作的重点[11-12]。燃煤电厂中应用最广泛的是燃煤锅炉，燃煤锅炉运行过程中，排烟热损失占总损失比例高达60%~80%，排烟温度越高热损失越大。此外排烟温度的降低对除尘效率、引风机安全运行、湿法脱硫效率等均有正面作用[13-16]。进一步降低排烟温度回收烟气余热，是燃煤锅炉节能运行精细化管理的必经方向。1技术背景概述1.1常规燃煤锅炉烟气排放现状燃煤锅炉的烟气在离开布袋除尘器后，烟气温度一般在120 ℃以上，经脱硫后排烟温度约50 ℃。烟气离开布袋除尘器后，烟气处于饱和状态，含湿量约6%。烟气离开脱硫塔后，烟气处于饱和状态，含湿量约13%。常规燃煤锅炉烟气排放温度高、含湿量大，具有较大的深度回收利用空间[17]。1.2低温烟气余热回收与深度治理装置节能系统济南市某能源发展有限公司自主研发的燃煤锅炉低温烟气余热回收与深度治理装置节能系统，采用新型烟气冷却装置，将常规金属换热器无法回收的热能进一步回收，达到深度节能的效果。该装置采用2种方式实现节能：（1）脱硫塔前节能：在引风机出口和脱硫塔之间的水平烟道安装一套氟塑料换热器，通过预热采暖回水、凝结水、或锅炉补水，可把烟气温度从120 ℃冷却到60 ℃左右，锅炉系统的整体热效率，可提高约5%。（2）脱硫塔后节能及消白：在脱硫塔后安装一套氟塑料烟气余热回收装置，既可以使脱硫后烟气脱水，降低脱硫后烟气含尘量，同时回收烟气余热，实现节能环保双收益，还可以保证烟筒安全。两种节能方式实现的前提是有低温水吸热、换热，或者配套热泵应用。2技术性能及特点2.1技术主要创新点燃煤锅炉低温烟气余热回收与深度治理装置节能系统，能够解决低温烟气腐蚀和积灰等问题，实现烟气的余热回收、水分脱除以及烟尘的净化与消白等功能。该技术主要创新点：（1）研发塑料管材质的U型换热管束与钢件管板的连接技术，管束和钢件采用机械撑压与胶接方法连接技术，避免焊接连接带来的管束损伤；（2）采用U型管束的单管板式换热结构，换热管自由下垂，在设计空间内实现自由摆动，减少烟尘黏壁，增强换热效果；（3）实现对换热管壁进行定时冲洗，避免烟气中的烟尘黏壁。该技术已经应用于多项工程，经第三方机构检测，系统的热效率提高，排烟温度下降，烟气中的烟尘含量、含湿量降低，节能环保效果明显。2.2主要技术性能换热管束采用改性的聚四氟乙烯，使用该种材料制造的换热器，具有金属管材不具有的优异性能：（1）不腐蚀；（2）不积灰；（3）运行费用低，基本无运行费用；（4）无人值守，能够自动、长时间连续运行；（5）使用寿命长，使用寿命可达20 a以上；（6）性价比高；（7）系统阻力小，系统阻力≤ 200 Pa；（8）深度回收烟气余热，烟气温度可降低到50 ℃。低温烟气余热回收与深度治理是锅炉系统中实用、可靠、性价比高的节能技术，是目前燃煤锅炉系统最好的节能技术之一。该技术通过山东省区域能源协会科技成果鉴定，鉴定结论为：燃煤锅炉低温烟气余热回收与深度治理装置节能系统达到国内领先水平，具有良好的环境效益、社会效益、经济效益。并在全省范围内公布，实施推广应用。3技术应用范围低温烟气余热回收与深度治理主要用于各种低温烟气的余热回收和脱硫塔后烟气的脱水、降尘治理。（1）低温烟气的余热回收。在脱硫塔前的水平烟道，安装氟塑料换热器。应用在热源厂，用于预热采暖回水或补水。应用于热电厂，装置全年运行。在采暖期可以预热采暖回水、采暖补水；在非采暖期，可以预热冷凝器中的凝结水、系统补水或预热鼓风机进口空气。（2）脱硫塔后烟气的余热回收及治理。在脱硫塔后安装烟气的余热回收装置，属于间壁式换热器，烟气和循环水不直接接触，回收烟气余热的同时降低烟气的湿度，并实现除尘，还需要配套热泵实现换热。4主要控制指标及实施效果（1）布置在脱硫塔前。烟气温度可降低到50 ℃，锅炉系统热效率提高5%左右；阻力不超过200 Pa。脱硫塔的液位根据实际运行情况，烟气降温后，脱硫效率提高，脱硫塔蒸发量减小，补水量约减少到原来的1/4。（2）布置在脱硫塔后。深度处理后的烟气温降控制在9 ℃左右；脱硫后烟气温度大约为52 ℃。通过该项目的实施，烟气温度可降低9 ℃，回收大部分湿蒸气的潜热。深度处理后的烟气含尘量可由22 mg/m3下降到6 mg/m3范围内；深度处理后的烟气含湿量，下降50%左右，实现消白减排。5烟气余热回收系统原理分析使用氟塑料换热器回收烟气余热，即便氟塑料换热器系统出现问题需要维修，可将换热系统解列，不影响锅炉原系统的正常运行。（1）回收烟气余热直接预热采暖回水、凝结水、补水系统。将氟塑料换热器安装在脱硫塔前的水平烟道上，回收烟气余热直接预热采暖回水、凝结水、或补水。采用此方式投资最少、回收期最短。回收余热直接预热采暖回水、凝结水、补水系统如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.017.F001图1回收余热直接预热采暖回水、凝结水、补水系统（2）回收余热间接预热采暖回水、凝结水、补水系统或空气。将氟塑料换热器安装在脱硫塔前的水平烟道上，通过板式换热器回收烟气余热，间接预热采暖回水、凝结水、补水或预热鼓风机进口空气。回收余热间接预热采暖回水、凝结水、补水系统如图2所示，回收余热间接预热空气（鼓风机进口）如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.017.F002图2回收余热间接预热采暖回水、凝结水、补水系统10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.017.F003图3回收余热间接预热空气（鼓风机进口）（3）烟气深度处理（余热回收和消白）。烟气经脱硫后进入氟塑料换热器，冷凝放热形成液膜，灰尘被液膜吸附，冷凝水携带灰尘进入集水池，达到降尘的目的。同时管束中的循环水与烟气进行换热，使烟气温度降低，升温后的循环水进入热泵将采暖回水进行提温，降尘后的超低温烟气经烟囱排出，进而实现节能、降尘、脱水（消白）。此系统需要增加热泵，造价较其他系统偏高，使用效果好于喷淋塔-热泵系统。采用热泵回收余热间接预热采暖回水并降尘消白，流程如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.017.F004图4采用热泵回收余热间接预热采暖回水并降尘消白6项目应用分析6.1项目简介某造纸企业3台130 t/h燃煤锅炉（型号为：YG-130/5.29-M17），2用1备，配套12 MW背压式汽轮发电机组，烟气量18.5万m3/h，3炉3塔，烟气温度130 ℃。本项目采用燃煤锅炉低温烟气余热回收与深度治理装置节能系统，通过回收烟气余热加热230 t/h（2台）的60 ℃除盐水。本次改造在1#炉和2#炉脱硫塔前，分别加装氟塑料换热器。按照烟气排放量18.5万m3/h实际工况计算，理论上回收的热量大约2×2.295 MW。运行时间按330 d计算，可以有效回收相当于年节约蒸汽量5万t、节煤6 300吨标准煤的余热。在引风机出口和脱硫塔之间的水平烟道上，采用组合式换热器回收烟气余热，加热除盐水，除盐水流量230 t/h（2台），温度60 ℃。用闭路循环水，将130 ℃烟气冷却到80 ℃，再通过板式换热器预热凝结水。工艺路线如图5所示。根据用户提供的资料，现场空间足够安装一套组合式换热器，烟气余热回收换热器安装位置，如图6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.017.F005图5某企业组合式换热器回收烟气余热工艺技术路线10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.017.F006图6某企业烟气余热回收换热器安装位置6.2现场安装情况说明需要增加的设备和材料：氟塑料换热器、板式换热器、循环泵、补水系统、控制系统、管道和阀门等。氟塑料换热器是关键设备，具有耐腐蚀、柔韧性好，阻力小、使用寿命长（20 a以上），抗冻耐热性好（-30~260 ℃），管壁光滑，不结垢、不积灰等优点。换热管束采用改性聚四氟乙烯，使用该种材料制造的换热器，具有金属管材所不具有的优异性能。系统成熟、安全、可靠。系统中与烟气接触的金属材质为2205不锈钢。如果氟塑料换热器系统发生故障，解列后不影响原系统运行。换热器的烟气侧阻力不超过250 Pa。根据实际运行经验和理论计算，烟气降温后，脱硫塔蒸发量减小，补水量大约减少到原来的1/3。6.3投资回收期投资（估算）：氟塑料换热器大约2×220万元；其他费用大约2×80万元；总投资600万元（优惠5%，实际投资570万元）。核算年节能效益：（1）按节约蒸汽核算。年节约蒸汽5万t；蒸汽单价按200元/t计算，年节约费用：5万t×200元/t=1 000万元。年运行费用：电耗功率30 kW。年耗电量：30×24×330=23.8万kWh。电力单价按1元/kWh计算，则年运行费约为23.8万元。实际节能效益：1 000-23.8=986.2万元。资金回收期：570/986.2=0.58 a，约7个月。（2）按节约煤炭核算。年节约煤炭折合标准煤6 300吨标准煤，煤炭单价按1 000元/吨标准煤计算，年节约费用：6 300×1 000=630万元。年运行费用：电耗功率30 kW。年耗电量：30×24×330=23.8万kWh。电价按1元/kWh计算，年运行费为23.8万元。实际年节能效益：630-23.8=606.2万元。资金回收期：570/606.2=0.94 a，约11个月。6.4实际运行效果目前处在试运行期间，只开1台锅炉的情况下，烟气温度由95 ℃降低到60 ℃，回收烟气余热加热除盐水，除盐水温度由47 ℃提高到54 ℃，节能效果非常明显。按照试运行期间，只开1台锅炉进行应用分析，余热循环水系统主要指标如表1所示，除盐水系统主要指标如表2所示，板式换热器主要指标如表3所示，某企业低温烟气余热回收节能系统主要设计技术指标如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.017.T001表1余热循环水系统主要指标指标数值备注循环水设计压力/MPa0.3—循环水流量/(m3/h)2002台锅炉循环水入口温度/℃70设计值循环水出口温度/℃90设计值循环水流速/(m/s)0.27—循环水泵/台2型号：DFG200-315/4/3010.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.017.T002表2除盐水系统主要指标指标数值备注除盐水进口温度/℃60—除盐水出口温度/℃76—除盐水流量/(t/h)2302台锅炉水侧阻力（设备本体）/MPa0.11—10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.017.T003表3板式换热器主要指标指标参数备注数量/台1—面积/m288—材质304不锈钢—压力/MPa1.6—10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.017.T004表4某企业低温烟气余热回收节能系统主要设计技术指标指标参数备注换热器数量1开1台锅炉原烟气流量（湿态，标况）/(万m3/h)18.5—换热器面积/m21 500—烟气入口温度/℃130—烟气迎面流速/(m/s)1.9—烟气侧阻力（设备本体）/Pa160—换热器模块数量1开1台锅炉换热管型式立式—换热管材质改性氟塑料管—换热管规格/mmΦ10×0.8—换热管腐蚀裕量/mm不腐蚀—年腐蚀速率/mm不腐蚀—使用寿命/a＞20—设备总重量（不含水）/t约16—长（烟气流动方向）×宽×高/m2.8×4.8×6.0单台锅炉配套的换热器管板和管板支撑材质2205不锈钢—7已实施项目应用效果分析燃煤锅炉低温烟气余热回收与深度治理装置节能系统已经在许多项目里开始实施。如山东力久热电240 t/h锅炉等多个项目的实施中，节能效果明显。抽部分项目应用情况进行效果分析，结果如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.03.017.T005表5低温烟气余热回收节能系统项目应用效果分析参数项目力久热电长清热电济南腊山金鸡岭热电烟气入口温度/℃145.8112.5139.3112.5烟气出口温度/℃71.064.779.964.7进出口烟气温度差/℃74.847.859.447.8加热介质采暖水采暖水采暖水采暖水介质入口温度/℃48.142.841.842.8介质出口温度/℃67.654.661.554.6介质进出口温度差/℃15.511.819.711.8注：燃煤锅炉烟气进出口温差均在45 ℃以上，介质吸热换热后进出口温差 均在10 ℃以上，余热回收利用效果较好。8结语燃煤电厂每年消费的煤炭量占全国煤炭消费总量的50%左右，燃煤锅炉节能潜力巨大。按照年产60套低温烟气余热回收与深度治理技术节能系统估算，推广应用后可实现年节约能源40万吨标准煤。低温烟气余热回收与深度治理技术节能系统还可广泛应用于建材、冶金等行业的窑（高）炉等烟气余热回收，促进我国燃煤电厂的节能减排。