摘要：燃煤电站锅炉烟气携热量大，且烟气中含有大量的水分，尤其是褐煤锅炉排烟温度高，烟气含水近15%(体积含量)。本文介绍了利用冷凝换热技术将烟气余热梯级利用，高温段加热锅炉给水，低温段用作锅炉暖风器，同时将凝结水收集过处理后回收利用。同时结合国内外该项技术的研究进展，阐述了该项技术的四大关键问题，为推动我燃煤国电站节能节水技术的发展提供有益参考。

0 引言

燃煤电站锅炉排烟携热量巨大,烟气含水率高，特别是燃用褐煤的电站锅炉排烟温度一般在140-150 oC,烟气体积含水量达15%左右，将锅炉排烟温度降低到烟气的水露点以下,烟气中呈过热状态的水蒸汽凝结, 凝结水在经过处理之后回收利用,对我国破解富煤缺水这一资源分布困局具有重要意义。充分利用烟气显热与水蒸汽潜热，用于加热锅炉给水，为锅炉暖风，提高热能的利用效率，同时在冷凝过程中, 烟气中的气体组分被冷凝水吸收、反应或凝结, 使得排烟中SO2 、N Ox 、Hg等有害物质的有效减少[1] ,因此燃煤电站烟气余热与水分联合回收技术是一项既节能又环保的新技术, 是高效节能环保节水型燃煤发电示范工程核心技术之一，对我国建设环境友好型资源节约型社会意义重大。

1 烟气余热与水分联合回收技术发展 [2]

烟气余热与水分联合回收是通过冷凝换热器实现的，通过冷凝换热器将锅炉的排烟温度降低到足够低的水平，烟气中的水蒸气就会凝结而放出气化潜热，将气化潜热加以利用提高能源利用效率，同时收集冷凝水加以利用，减少系统水耗。

烟气冷凝换热技术最先由西方发达国家研究及应用，20世纪70年代以来，荷兰、法国、英国、奥地利、德国和美国相继进行了研制，在锅炉中增设各型冷凝换热器，回收并利用烟气中水蒸气冷凝时放出的汽化潜热，使得锅炉效率可提高10%~15%。法国的煤气公司和液化工业公司1971年最早对冷凝式锅炉进行了研究，并于1972年就已经安装了几种系统，多年来运行很好，到1985年仅有7500台，后来每年增加5万台，2000年法国全部供热锅炉中冷凝式占50%以上。国外冷凝式供热锅炉的生产与应用也已具有一定规模，荷兰到1984年，住宅供热锅炉的10%为冷凝式锅炉，其他类建筑达25%以上。1985年生产了2.5万台热功率为95~1200 kw的冷凝式锅炉，占全部供热锅炉年产量的20%，到1995年住宅供暖使用230万台，工业建筑中使用15万台冷凝式锅炉，一年共节省20亿m3天燃气。此外，英国、奥地利、德国和美国等国在1978年就开始了整体式冷凝式锅炉的大规模研究。

我国国内一些科研单位对冷凝式锅炉进行了研究。冷凝式燃气热水器/炉的研究和开发从1995年开始起步，谭顺民、陈兴华等人对冷凝式燃气热水器/炉的热工性能、热效率等方面作了一些研究。车得福等对冷凝式天然气锅炉热能回收利用的潜力、前景、可行性与经济性作了研究。北京建筑工程学院在21KW天然气锅炉尾气烟道上安装了冷凝式换热器，进行热回收实验和环保分析，通过冷凝式换热器回收烟气中的潜热和显热，提高热效率5%，在81.4KW的天然气锅炉做实验台，采用管壳式PTFE冷凝式换热器，可回收烟气余热，热效率提高8%，脱硫在效率在20%-40%之间。目前冷凝式锅炉已经在北京广源小区和洋房小区等供暖锅炉上得到应用。此外国内万和、万家乐、方太已有冷凝式换热器产品投放市场，但是市场占有率低，进入中国市场的冷凝式换热器还多为外国产品。

冷凝换热技术目前还主要用于小型供热燃气锅炉和燃气热水器设备上，处理烟气量小，设备规模小，技术还处于推广过程中。

2 燃煤电站烟气余热与水分联合回收技术

2.1燃煤电站烟气余热与水分联合回收系统概述

燃煤电站烟气余热与水分联合回收系统与锅炉和汽机系统耦合起来，如图1，在ESP和FGD之间设置低温省煤回收烟气热量加热锅炉给水，为了冷凝烟气中的水分以及充分利用烟气余热，设置第二级换热器发挥锅炉暖风器功能，两级换热体现了能量梯级利用的思想，提高了能源利用效率。为了进一步凝结烟气中的水分，设置第三级换热器，冷却介质为环境空气，通过三级换热器，烟气余热得到充分利用，烟气水分等到最大限度的回收，该装置可使电厂效率提高1.5-3个百分点。以一台1000MW燃用褐煤锅炉机组为例，燃煤量650-700t/h，褐煤含水30%-50%，烟气中的水分回收率50%-80%，每小时回收烟气中的水分100-150t左右。回收的凝结水比较洁净，对冷凝水进行简单处理之后即可回收利用。

图1 烟气余热与水分联合回收系统概念图

该技术不但能够回收烟气余热与水分，而且在冷凝过程中，SOx以及汞等有害物质一同被去除，同时有效减少湿法烟气脱硫系统的水分蒸发，甚至不蒸发，可以实现“零水耗”湿法烟气脱硫，解决了缺水地区湿法脱硫适用性的问题，将大量的冷凝水回收利用，充分节约电厂用水量，对我国的电力工业的发展意义重大。

2.2国内研究及应用情况

冷凝换热技术在燃煤电站锅炉全烟气量的处理上还未见应用。目前国内大型燃煤烟气余热利用项目始于上海外高桥三期2X1000MW机组的低温省煤器，低温省煤器已经体现节能节水的思想，该技术在国内多个电厂得到应用，已规模化产业化，但烟气经过低温省煤器冷却温度依然较高，烟温远未达到烟气的水露点，烟气的余热还具备较大的回收潜力。上海交通大学，雷承勇[3]等进行了燃煤电站烟气水分回收技术试验研究，主要进行了实验室实验，探索了冷凝水冷凝规律，冷凝水捕集率与烟气流速、水蒸汽容积份额以及换热器冷却水流量的关系，同时探讨了抗腐蚀材料的选取。总之在国内针对大型电站锅炉烟气冷凝换热研究较少，该领域的研究处于起步阶段。