孟凡強(qiáng)

(中國(guó)華電工程(集團(tuán))有限公司，北京 100035)

0 引言

能源資源是人類社會(huì)生存和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)條件之一，推進(jìn)節(jié)能減排是確保經(jīng)濟(jì)又好又快地發(fā)展、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的現(xiàn)實(shí)需要。國(guó)家在“十一五”期間提出了節(jié)能減排的具體目標(biāo)和要求并將其作為可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略和基本國(guó)策，指出了只有堅(jiān)持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展和安全發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展。

鍋爐煙氣余熱的回收利用是節(jié)能的一項(xiàng)重要措施，由于煙氣余熱占鍋爐熱量比重較大，因此，對(duì)該部分資源進(jìn)行合理有效利用，對(duì)于提高機(jī)組效率、減少煤耗有著積極的作用。

1 鍋爐煙氣的余熱利用

根據(jù)鍋爐燃用煤質(zhì)、燃燒方式、爐型、機(jī)組容量及運(yùn)行方式的不同，鍋爐排煙溫度也有差異，燃用褐煤及高硫分燃料的鍋爐，排煙溫度一般在150℃以上，個(gè)別老機(jī)組排煙溫度甚至超過(guò)180℃，因此，鍋爐排煙余熱是潛力巨大的可利用熱力資源。

鍋爐煙氣余熱利用方式有多種，可用作加熱凝結(jié)水、鍋爐給水和熱網(wǎng)水等，也可用作加熱燃燒用空氣、預(yù)熱并干燥燃料等其他用途。

加熱方式有直接換熱和間接換熱2種，即利用煙氣直接與需吸熱介質(zhì)接觸，或以中間介質(zhì)為熱媒，由中間介質(zhì)吸收煙氣余熱，再將熱量釋放給需吸熱的介質(zhì)。前者熱效率高，缺點(diǎn)是換熱管一旦泄露，會(huì)直接污染凝結(jié)水，影響機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，后者屬于二次換熱，效率較前者要低，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)安全、可靠，調(diào)節(jié)靈活。

本文結(jié)合某電廠已實(shí)施的煙氣余熱利用改造工程，重點(diǎn)對(duì)利用煙氣余熱間接加熱凝結(jié)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行論述。

2 依托項(xiàng)目介紹

2.1 項(xiàng)目概況

本文依托項(xiàng)目為某電廠#8機(jī)組的煙氣余熱利用改造工程，#8機(jī)組裝機(jī)容量為200 MW，鍋爐額定容量為670 t/h，鍋爐煙氣設(shè)計(jì)流量為120萬(wàn)m3/h。空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)出口排煙溫度為169℃，不僅造成鍋爐效率降低，而且影響了后續(xù)電－袋除塵器內(nèi)布袋的使用壽命。

該改造工程為利用#8鍋爐空氣預(yù)熱器后(除塵器前)的高溫?zé)煔庥酂峒訜醽?lái)自汽輪機(jī)的凝結(jié)水，以達(dá)到節(jié)能、余熱利用之目的，同時(shí)，電－袋除塵器入口煙溫的降低也有助于延長(zhǎng)布袋壽命。

2.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

鍋爐額定蒸發(fā)量，670 t/h;鍋爐煙氣流量，120萬(wàn)m3/h;換熱器入口設(shè)計(jì)煙溫，169℃(夏季)，140℃(冬季);換熱器出口設(shè)計(jì)煙溫，130℃(夏季)，122℃(冬季);增加煙氣阻力，≤400 Pa;凝結(jié)水入口設(shè)計(jì)溫度，66℃;凝結(jié)水出口設(shè)計(jì)溫度，122℃;凝結(jié)水設(shè)計(jì)流量，174 m3/h(夏季)，56 m3/h(冬季)。

3 系統(tǒng)組成

3.1 換熱器系統(tǒng)

該項(xiàng)目采用間接換熱方式，換熱器為管式換熱方式，以除鹽水為熱媒進(jìn)行閉式循環(huán)，系統(tǒng)由換熱器本體和汽包組成，兩者之間通過(guò)上升管和下降管連接，換熱器內(nèi)置于鍋爐尾部煙道中，汽包安裝于換熱器上部平臺(tái)處。

除鹽水在換熱器中吸收煙氣余熱后，變?yōu)樗ㄟ^(guò)上升管進(jìn)入汽包，在汽包中與凝結(jié)水進(jìn)行換熱，降溫后的除鹽水經(jīng)下降管流至換熱器本體，依次循環(huán)。在設(shè)計(jì)條件下，煙氣通過(guò)換熱器后溫度由169℃(冬季140℃)降至130℃(冬季122℃)。

3.2 凝結(jié)水系統(tǒng)

凝結(jié)水水源引自#8機(jī)組#1低壓加熱器出口，連接至換熱器系統(tǒng)的汽包，經(jīng)過(guò)與汽包內(nèi)的除鹽水汽換熱后，回水至#4低壓加熱器，在設(shè)計(jì)工況下，凝結(jié)水進(jìn)水溫度為66℃，加熱后的溫度為122℃，為克服管路及換熱器系統(tǒng)新增的阻力，該系統(tǒng)增設(shè)凝結(jié)水增壓泵2臺(tái)，一運(yùn)一備。汽包供水管路上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥門，系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 煙氣余熱系統(tǒng)流程圖

4 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 排煙溫度的選擇

4.1.1 概述

在煙氣余熱利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，煙氣排煙設(shè)計(jì)溫度越低，則煙氣回收利用的熱量越多，但排煙溫度過(guò)低，會(huì)使低溫受熱面的壁溫低于酸露點(diǎn)，危及鍋爐的運(yùn)行安全。因此，煙氣余熱利用系統(tǒng)出口的經(jīng)濟(jì)排煙溫度應(yīng)當(dāng)控制在稍高于煙氣露點(diǎn)的某個(gè)范圍內(nèi)，這是煙氣余熱利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，也是避免低溫腐蝕、增加鍋爐及余熱利用系統(tǒng)運(yùn)行安全性的重要措施。

4.1.2 影響酸露點(diǎn)的因素

煙氣酸露點(diǎn)主要受燃料的含硫量、煙氣中水分含量的影響，另外，還與過(guò)量空氣系數(shù)、飛灰、煙氣壓力等因素有關(guān)。由于煙氣中的硫酸蒸汽是由燃料中硫分氧化而來(lái)，因此，燃料含硫量越高，則露點(diǎn)溫度越高;煙氣中水分含量越大，水蒸氣的分壓力越大，也會(huì)使露點(diǎn)溫度變高。

4.1.3 露點(diǎn)的計(jì)算

根據(jù)依托項(xiàng)目建設(shè)方提供煤質(zhì)及煙氣資料，推薦采用參考文獻(xiàn)［1］中的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，公式如下:

式中:tld為煙氣的酸露點(diǎn)，℃;told為煙氣的水蒸氣露點(diǎn)，℃;β為常數(shù)，當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)α=1.4～1.5時(shí)，β=129;α =1.2 時(shí)，β=121;Syzs和Ayzs為收到基折算(每1000kJ的折算值)硫分及灰分，g/MJ;αfh為飛灰占總灰分的份額。

計(jì)算得出該項(xiàng)目煙氣酸露點(diǎn)tld=101℃。

4.1.4 排煙溫度的選擇

在一般設(shè)計(jì)中，最低金屬受熱面壁溫為計(jì)算所得的酸露點(diǎn)往上加5～10℃，排煙溫度為最低壁溫往上加10～15℃，該項(xiàng)目最低壁溫設(shè)定在110℃，排煙溫度選定為122℃(冬季)和130℃(夏季)。

4.2 系統(tǒng)的優(yōu)化控制方式

4.2.1 概述

在常規(guī)換熱器系統(tǒng)運(yùn)行中，當(dāng)鍋爐工況因運(yùn)行需要而必須進(jìn)行調(diào)整并導(dǎo)致鍋爐尾部煙氣溫度、流量等參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)對(duì)換熱效果起到較大的影響，甚至發(fā)生低溫腐蝕。

該項(xiàng)目選取了壁面溫度作為換熱器最基本的設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)鍋爐工況發(fā)生變化且鍋爐尾部煙氣溫度發(fā)生波動(dòng)時(shí)，始終維持壁面溫度恒定在一個(gè)較高溫度水平的設(shè)定范圍內(nèi)，遠(yuǎn)離酸露點(diǎn)的腐蝕區(qū)域，通過(guò)調(diào)整凝結(jié)水的流量來(lái)維持整個(gè)系統(tǒng)的熱平衡。

這種運(yùn)行方式從根本上解決了低溫腐蝕問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行，使整個(gè)余熱利用系統(tǒng)具有相當(dāng)幅度的調(diào)節(jié)能力。保持排煙溫度和壁面溫度相對(duì)穩(wěn)定，可適應(yīng)鍋爐的燃料品種以及負(fù)荷的變化，達(dá)到了大幅度回收煙氣余熱之目的。

4.2.2 自動(dòng)運(yùn)行

該項(xiàng)目煙道中相變段壁溫在設(shè)定值±2℃之間波動(dòng)。設(shè)置熱電阻監(jiān)測(cè)換熱器壁溫，在凝結(jié)水來(lái)水管道上設(shè)置有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門。

當(dāng)換熱器壁溫升高并高過(guò)設(shè)定值時(shí)，凝結(jié)水進(jìn)水調(diào)節(jié)閥開度自動(dòng)調(diào)大，使通過(guò)汽包的凝結(jié)水量增大，因而帶走熱量也增多，降低了換熱器壁溫。當(dāng)換熱器壁溫降低并低于設(shè)定值時(shí)，凝結(jié)水進(jìn)水調(diào)節(jié)閥開度自動(dòng)關(guān)小，使凝結(jié)水流量降低，帶走的熱量減少，因而維持了較高的壁溫。以設(shè)定的換熱器壁溫為目標(biāo)值，壁溫測(cè)量為檢測(cè)值，凝結(jié)水進(jìn)水調(diào)節(jié)閥門開度為控制輸出，建立1個(gè)PI或PID閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

4.3 灰分的影響

該項(xiàng)目的換熱器設(shè)置于空氣預(yù)熱器后、除塵器前的煙道上，因此，在生產(chǎn)環(huán)境中灰分較大，在設(shè)計(jì)中需考慮采取措施避免灰分對(duì)系統(tǒng)的影響。

4.3.1 吹灰器的設(shè)置

為防止煙氣中灰分黏附在換熱器受熱面上形成堵灰，該項(xiàng)目設(shè)置有吹灰器，對(duì)換熱器進(jìn)行清灰處理。吹灰器系統(tǒng)采用乙炔作為氣源，由氣源系統(tǒng)、配氣點(diǎn)火模塊、爆燃波發(fā)生器及連接管路組成，周期性自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行吹灰。

4.3.2 設(shè)備及煙道的防灰措施

為防止煙氣中灰分對(duì)設(shè)備及煙道的磨損，在該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，換熱器迎風(fēng)面前3排換熱管均采用不銹鋼材質(zhì)，系統(tǒng)中新增和改造的煙道內(nèi)撐桿在迎風(fēng)面均設(shè)置有防磨角鋼。

煙道底部設(shè)計(jì)有人孔和清灰孔并設(shè)置了便于檢修通行的位置，確保檢修中能及時(shí)有效地清除系統(tǒng)中的積灰。

5 項(xiàng)目運(yùn)行情況

該電廠#8機(jī)組的煙氣余熱利用改造工程現(xiàn)已成功投運(yùn)，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，儀表投入正常且參數(shù)準(zhǔn)確，在機(jī)組的不同負(fù)荷條件下，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均滿足或優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)的應(yīng)用，可提高全廠熱效率，降低煤耗，帶來(lái)良好經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是減少了污染物的排放，可滿足我國(guó)節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

在鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，既要考慮充分利用煙氣余熱，同時(shí)還要注意排煙溫度不能過(guò)低，避免低溫腐蝕，使系統(tǒng)真正做到優(yōu)化和合理。

［1］馮俊凱，沈幼庭，楊瑞昌，等.鍋爐原理及計(jì)算［M］.北京:科學(xué)出版社，2003.