引言锅炉系统的各项热损失中，排烟损失占总损失的50%以上，约占燃煤低位发热量的8%[1]。湿法脱硫后的烟气水分含量高、汽化潜热大，实现其烟气余热利用的同时，能够实现水资源的回收。但由于脱硫后烟气温度较低，利用难度较高[2]。目前，脱硫后烟气余热深度利用主要通过烟气系统加设换热装置实现，换热装置的形式分为直接喷淋式[3-6]或间接换热式[7-11]。直接喷淋式装置换热效率高，但烟气与循环水直接接触，水质受到污染；间接换热式装置中烟气与循环水不接触，能够保证循环水的水质，但相对换热效率低，且烟气冷凝水中也吸收了烟气中的污染物。二者共同的问题是装置均设置在脱硫后烟道上，增加引风机阻力，且受脱硫后空间限制，冷凝水水质差，需要进一步处理。基于上述烟气余热利用技术的缺陷，文中研究脱硫浆液闪蒸取热供热技术，通过工程实际应用数据，总结不同负荷下余热量、热泵COP等参数的变化，测试浆液闪蒸冷凝水水质，计算获得不同负荷下的节能减排效益及供电煤耗的降低量，为脱硫浆液闪蒸取热供热技术的后续应用提供参考。1设备概况国电电力朝阳热电有限公司机组容量为2×350 MW，供暖期为11月1日~次年3月31日，设计供热能力为650 MW、设计供热面积为1 300万m2。2019~2020年度供热期挂网面积为1 417万m2，本供热区域无备用热源，与燕山湖热电厂分区域为朝阳市供热。根据朝阳市每年供暖面积20万m2的增长速度以及东北电网调峰的深度进行，夜间供热能力不足，特别是夜间电负荷较低时。夜间供热需求相对较大，造成电热之间矛盾。2研究方法2.1脱硫浆液闪蒸取热供热技术利用脱硫浆液作为取热介质，采用真空闪蒸的方式提取脱硫浆液中的热量，闪蒸的蒸汽通过热泵系统在驱动蒸汽的作用下加热热网回水，降温后的脱硫浆液返回脱硫塔喷淋脱硫，降低烟气温度。该技术不在烟气系统增加任何装置，不增加引风机阻力，不受脱硫后烟道空间限制，闪蒸冷凝水水质好。系统降低脱硫浆液温度后可增加SO2在浆液中的溶解度，提高脱硫效率；烟气降温冷凝的过程中也会增加脱硫除尘效率[12-15]。脱硫浆液闪蒸取热供热技术流程如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.016.F001图1脱硫浆液闪蒸取热供热技术流程2.2水质分析方法浆液闪蒸乏汽冷凝水水质测试指标及方法如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.016.T001表1浆液闪蒸乏汽冷凝水水质测试指标及方法项目检测方法检测仪器仪器型号pH值HJ 1147—2020pH计PHS-3E电导率水和废水监测分析方法电导率仪HQ14D溶解性总固体CJ/T 51—2018电子天平、干燥箱GL2204CFXB101-2氯化物HJ 84—2016离子色谱仪883 Basic IC plus硫酸盐HJ 84—2016离子色谱仪883 Basic IC plus硝酸盐HJ 84—2016离子色谱仪883 Basic IC plus总钾HJ 776—2015ICP-OES5110总钠HJ 776—2015ICP-OES5110总钙HJ 776—2015ICP-OES5110总镁HJ 776—2015ICP-OES51102.3热量及煤耗计算方法2.3.1节能减排量计算依据《燃煤电厂节能量计算方法》（DL/T 1755—2017）[16]计算相关参数。节约标准煤量mce为：mce=Qr×3 600×t/Q (1)式中：mce——一个供暖季节约的标准煤量，t；Qr——回收余热量，MW；t——一个供暖季的供暖时间，取3 624 h；Q——标准煤发热量，取29 308 kJ/kg。节约煤炭量（厂用煤品质）mcc为：mcc=mce×Q/14 403 (2)减排CO2量mCO2为：mCO2=mcc×Car/100×44/12 (3)式中：mCO2——节约煤炭耗量，t；mcc——节约煤炭量（朝阳品质），t；Car——朝阳收到基碳含量，%。2.3.2煤耗节约量好处归电法又叫热量法，依据热力学第一定律，在汽轮机总输入热量和发电负荷不变的前提下，因烟气余热供热而节省的热量的好处归结到降低汽轮机热耗率上，从而降低供电煤耗。好处归热法又叫等效焓降法，烟气余热供热节省了部分供暖抽汽，假定该部分抽汽在汽轮机中做功发电，锅炉负荷和煤炭耗量一定的前提下，多发电导致煤耗降低。节能降低的供电煤耗△bgy为：△bgy=bg-bgy (4)式中：△bgy——供暖期机组降低的供电煤耗，g/kWh。bg=HR29.308×ηg100×ηgd100×(1-Lcy100) (5)式中：bg——供暖期机组原供电煤耗，g/kWh；ηg——锅炉效率，取91%；ηgd——管道效率，取99%；Lcy——原厂用电率，%；HR——汽轮机热耗率，kJ/kWh。bgy=HRy29.308×ηg100×ηgd100×(1-Lcyy100) (6)式中：bgy——余热利用后供暖期机组原供电煤耗，g/kWh；Lcyy——节能后厂用电率，%；HRy——余热利用后汽轮机热耗率，kJ/kWh。好处归电法和好处归热法计算得出节能后的汽轮机热耗率分别为：HRy=HR×Pi-Qr×3 600Pi (7)HRy'=HR×PiPi+Qr×ηe/100 (8)式中：Pi——各负荷下发电功率，MW；ηe——排挤抽汽的发电效率，%。2.3.3热泵COP计算COP=余热量+驱动蒸汽热量驱动蒸汽热量 (9)2.3.4煤质参数煤质参数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.016.T002表2煤质参数项目数值项目数值收到基碳/%37.75收到基硫/%1.34收到基氢/%3.02全水分/%22.60收到基氮/%0.70收到基煤的低位发热量/(kJ/kg)14 4033研究结果与分析3.1不同负荷下的余热利用情况在驱动蒸汽的作用下，浆液闪蒸提取的余热通过热泵系统加热热网回水。不同主蒸汽流量下的余热提取量、驱动蒸汽输入热量及热泵COP如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.016.F002图2不同主蒸汽流量下的余热提取量、驱动蒸汽输入热量及热泵COP由图2可知，随着锅炉主蒸汽流量降低，脱硫后烟气流量及烟气温度降低，由于脱硫浆液闪蒸提取的余热源自脱硫后的烟气余热，余热提取量降低。相应所需的驱动蒸汽输入热量也降低，浆液闪蒸供热系统总的输出热量降低。但是，随着锅炉主蒸汽流量的降低，热泵的COP呈现上升趋势。浆液闪蒸取热系统中，热泵COP受锅炉负荷、驱动蒸汽压力、热网水温度、闪蒸乏汽等多种因素的影响。虽然锅炉负荷降低会导致驱动蒸汽压力及闪蒸乏汽压力降低，但由于低负荷下余热量少，热泵自身可吸收的余热量远大于实际供给的余热量，蒸发器在同样换热面积前提下，余热量少使得换热效率更高，导致较少的驱动蒸汽输入热量即可实现实际供给余热量的吸收，因此热泵COP随着锅炉负荷降低而升高。3.2浆液闪蒸冷凝水水质分析脱硫浆液闪蒸蒸汽在闪蒸塔中经过除雾后进入热泵系统的蒸发器，在蒸发器中被热泵冷剂冷凝为水。浆液闪蒸冷凝水水质分析结果如表3所示。浆液闪蒸冷凝水呈中性，pH值为7.2，电导率为52.4 μs/cm，离子含量低，溶解性总固体含量约32.0 mg/L。水质较好，优于工业用水水质标准《城市污水再生利用 工业用水水质》（GB/T 19923—2005），可用于热网水补水、原水、工艺用水等。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.016.T003表3浆液闪蒸冷凝水水质分析结果项目数值项目数值pH值7.2硝酸盐/(mg/L)未检出电导率/(μs/cm)52.4总钾/(mg/L)0.20溶解性总固体/(mg/L)32.0总钠/(mg/L)0.18氯化物/(mg/L)1.40总钙/(mg/L)0.17硫酸盐/(mg/L)0.14总镁/(mg/L)0.053.3不同负荷下浆液闪蒸系统节能减排效益分析脱硫浆液闪蒸余热用于供热，可替代部分汽轮机抽汽，从而降低能耗，具有节能减排的作用。不同锅炉蒸发量下浆液闪蒸系统节能减排的效益分析如表4所示。浆液闪蒸系统节能减排效益随着锅炉负荷降低而减小，原因为随着锅炉负荷降低，脱硫后烟气流量和烟气温度降低，脱硫浆液作为取热介质，可取余热量也降低，导致节能减排效益降低。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.10.016.T004表4不同锅炉蒸发量下浆液闪蒸系统节能减排效益分析项目990 t/h605 t/h489 t/h367 t/h余热量/MW49.537.026.022.3单供暖季节约标煤量/t22 03516 47011 5749 927节水量/(t/h)74553933单供暖季节煤效益/t22 03616 47211 5729 933单供暖季节煤效益/万元2 2041 6471 157993单供暖季CO2减排量/t62 07946 40532 60127 984供电煤耗降低（好处归热）/(g/kWh)4.45.24.13.9供电煤耗降低（好处归电）/(g/kWh)25.928.524.421.0注：供暖时间3 624 h，标准煤价格1 000元/t。以主蒸汽流量990 t/h为例，余热回收量49.5 MW，节水量达到74 t/h；单供暖季节约标准煤量达到22 036 t，以标煤价1 000元/t计，节煤收益约2 204万元；单供暖季CO2减排量达到62 079 t；以好处归热法和好处归电法分别计算供电煤耗，该负荷下供电煤耗分别降低4.4 g/kWh及25.9 g/kWh。主蒸汽流量为605 t/h时，供电煤耗降低最高，供电煤耗的计算与厂原供电煤耗、汽轮机热耗率、发电量、厂用电率等参数密切相关，并不随负荷变化呈线性相关。该技术能够节煤、节水及减排CO2，节能减排效益显著。4结语文中以脱硫浆液作为取热介质，提取脱硫后烟气余热，通过工程实际应用数据，总结不同负荷下余热量、热泵COP等参数的变化，测试了浆液闪蒸冷凝水的水质，可用于热网水补水、原水、工艺用水等，计算获得不同负荷下的节能减排效益及供电煤耗的降低量，为脱硫浆液闪蒸取热供热技术的后续应用提供参考。