梁巖 LIANG Yan

（山東電力工程咨詢院有限公司，濟(jì)南 250013）

（Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute CORR,Ltd.，Ji'nan 250013，China）

0 引言

本文依托我院設(shè)計(jì)的1000MW級超超臨界燃煤機(jī)組工程，對加裝低溫?zé)煔鈸Q熱器方案做了深入的研究。經(jīng)測算，設(shè)置低溫?zé)煔鈸Q熱器后，進(jìn)入脫硫吸收塔的煙氣溫度由120℃降為85℃，降低汽輪機(jī)熱耗37kJ/kwh，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低約1.354g/kWh，單臺(tái)1000MW機(jī)組年節(jié)標(biāo)煤量約0.745萬噸；進(jìn)入吸收塔煙氣溫度降低，所以吸收塔噴水量相應(yīng)減少約68.26t/h，單臺(tái)1000MW機(jī)組年節(jié)水量約37.5萬噸，將有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)水。

1 煙氣換熱器工藝系統(tǒng)

1.1 節(jié)能優(yōu)化意義 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及環(huán)保要求的提高，越來越多的大型火力發(fā)電廠投入使用，給社會(huì)帶來很大的效益。但由于資源的日趨緊張以及用戶的燃料費(fèi)用大幅提高，提高發(fā)電機(jī)組的效益日趨迫切，而且國家又新出臺(tái)節(jié)能政策和標(biāo)準(zhǔn)，對節(jié)能提出了新的要求，節(jié)能降耗日益成為主要研究課題。為了達(dá)到節(jié)約資源的目的，首先從設(shè)計(jì)上應(yīng)做到按最佳經(jīng)濟(jì)性原則擬定熱力系統(tǒng)和選擇設(shè)備，做到工藝系統(tǒng)流程合理，設(shè)備技術(shù)先進(jìn)，節(jié)能效果明顯，施工安裝方便，運(yùn)行安全經(jīng)濟(jì)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

1.2 工藝必要性 排煙熱損失是鍋爐各項(xiàng)熱損失中最大的一項(xiàng)，一般約為5%～12%，占鍋爐熱損失的60%～70%。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度，一般情況下，排煙溫度每增加10℃，排煙熱損失增加0.6%～1.0%。所以，降低排煙溫度對于節(jié)約燃料、降低污染具有重要的實(shí)際意義。本文按采用石灰石濕法脫硫系統(tǒng)，由引風(fēng)機(jī)出口來的煙氣要經(jīng)噴淋、脫硫等工藝從吸收塔入口的120℃左右最終降低到50℃左右從脫硫系統(tǒng)排出，這一工藝系統(tǒng)浪費(fèi)了大量的水和能源。在吸風(fēng)機(jī)出口煙道加裝煙氣余熱回收裝置，將來自回?zé)嵯到y(tǒng)的凝結(jié)水加熱后回至凝結(jié)水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)。采用凝結(jié)水回收煙氣余熱，可以顯著降低汽輪機(jī)熱耗，降低發(fā)電煤耗，提高電廠熱效率。

1.3 工藝流程 機(jī)組BMCR工況運(yùn)行時(shí)，空預(yù)器出口排煙溫度為120℃，過高的排煙溫度損失了大量的熱量，降低了機(jī)組效率。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，根據(jù)電廠煙道的布置情況及節(jié)能要求，擬在機(jī)組空預(yù)器后至脫硫塔前的煙道內(nèi)加裝煙氣冷卻器，冷卻水采用凝結(jié)水，以降低煙氣溫度，充分利用煙氣余熱，提高機(jī)組能源利用效率。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合電廠實(shí)際情況，低溫省煤器的設(shè)置可以采用兩級方案：第一級低溫省煤器設(shè)置在除塵器前，由于排煙溫度降低，煙氣體積減小，飛灰比電阻降低，可大大提高除塵器的收塵性，對新建機(jī)組除塵器設(shè)計(jì)上可采用較小的除塵器規(guī)格、較少的能耗、較低的占地，對于改造機(jī)組可實(shí)現(xiàn)更高的除塵效率，降低排放煙氣中的含塵量；但由于煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算溫度為84.9℃，需保證低溫受熱面金屬壁溫高出煙氣酸露點(diǎn)溫度10℃左右，才能避免產(chǎn)生低溫腐蝕，煙氣冷卻器換熱面也能避免出現(xiàn)粘性積灰，因此第一級低溫省煤器排煙溫度控制在95℃。第二級低溫省煤器設(shè)置在引風(fēng)機(jī)后，這樣可以進(jìn)一步利用煙氣的余熱量，并節(jié)約脫硫用水，此時(shí)煙氣溫度可降至85℃。

凝結(jié)水的接出及接入位置，根據(jù)排煙溫度及熱平衡圖中的凝結(jié)水溫度來確定。本文暫按排煙溫度為85℃，8號低加出口凝結(jié)水溫度為83.5℃，因此煙氣余熱利用效率最高的方案為凝結(jié)水從9號低加之后抽出一部份流量至低溫省煤器，經(jīng)過煙氣加熱后接入8號低壓加熱器出口，即與8號低加的凝結(jié)水流程并列的形式。具體工藝流程見圖1。

圖1 煙氣換熱器流程圖

2 低溫?zé)煔鈸Q熱器技術(shù)方案

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)煙風(fēng)系統(tǒng)計(jì)算和原則性熱力系統(tǒng)圖，引風(fēng)機(jī)出口煙氣溫度為85℃；8號低加水側(cè)壓力1.328MPa，入口溫度58.8℃，出口溫度83.5℃，凝結(jié)水量約1787t/h。根據(jù)煙氣與凝結(jié)水換熱平衡計(jì)算，低溫?zé)煔鈸Q熱器設(shè)計(jì)煙氣側(cè)入口煙氣溫度為120℃，煙氣側(cè)出口溫度為85℃，煙氣溫度降低約35℃，可以將1337t的凝結(jié)水由58.8℃加熱至83.5℃。每臺(tái)爐設(shè)置一臺(tái)低溫?zé)煔鈸Q熱器裝置。低溫?zé)煔鈸Q熱器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 低溫?zé)煔鈸Q熱器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表（單臺(tái)機(jī)組）

根據(jù)汽機(jī)廠熱平衡圖，利用steam-pro軟件對增加了低溫省煤器后的汽機(jī)熱耗進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果見圖2，經(jīng)過計(jì)算可降低熱耗37kJ/kWh，發(fā)電標(biāo)煤耗降低1.354g/kWh。按照年利用小時(shí)數(shù)5500小時(shí)計(jì)算，單臺(tái)1000MW機(jī)組年節(jié)約標(biāo)煤耗0.745萬噸。

2.2 設(shè)備運(yùn)行方式 由熱平衡圖THA工況，1臺(tái)機(jī)組額定工況下凝結(jié)水量約1787t/h，而進(jìn)入低溫?zé)煔鈸Q熱器的凝結(jié)水為1337t/h，所以低溫?zé)煔鈸Q熱器和8號低加并聯(lián)運(yùn)行。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，低溫省煤器后至8號低加出口管道上加裝調(diào)節(jié)閥。在系統(tǒng)運(yùn)行中，當(dāng)熱量回收裝置出水溫度低于8號低加出水溫度時(shí)，減小調(diào)節(jié)閥開度，增加8號低加進(jìn)水流量，減少低溫?zé)煔鈸Q熱器進(jìn)水流量，直至低溫?zé)煔鈸Q熱器出水溫度和8號低加出水溫度相等；當(dāng)熱量回收裝置出水溫度高于8號低加出水溫度時(shí)，增大調(diào)節(jié)閥開度，減少8號低加進(jìn)水流量，增加熱量回收裝置進(jìn)水流量，直至熱量回收裝置出水溫度和8號低加出水溫度相等。

2.3 材質(zhì)選擇及設(shè)備形式 由于煙氣冷卻器的傳熱溫差小，為使受熱面結(jié)構(gòu)緊湊以減小體積，并減少材料耗量，傳熱管必須采用擴(kuò)展受熱面強(qiáng)化傳熱。

目前較為常用的擴(kuò)展受熱面是H翅片管和螺旋翅片管。在火電廠實(shí)際運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)螺旋翅片管換熱器容易積灰、磨損等缺點(diǎn)，而H翅片管較螺旋翅片管來說，其阻力小、積灰輕、易清灰、耐磨損、壽命長，由于換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小便于布置，其應(yīng)用廣泛。因此，本項(xiàng)目中煙氣冷卻器的傳熱管采用H型翅片管。

圖2 帶低溫省煤器熱平衡計(jì)算結(jié)果

由于煙氣深度冷卻器工作介質(zhì)的傳熱溫差小，為使受熱面結(jié)構(gòu)緊湊以減小體積，并減少材料耗量，傳熱管必須采用擴(kuò)展受熱面強(qiáng)化傳熱。H翅片管作為換熱元件，由于其制造工藝簡單，能增大管外換熱面積，強(qiáng)化傳熱，因而在常規(guī)鍋爐設(shè)計(jì)與改造、利用中低溫余熱的余熱鍋爐以及其它燃汽鍋爐換熱設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 投資分析 設(shè)備的初投資費(fèi)用列表如表2（單臺(tái)機(jī)組）。

3.2 資源節(jié)約量分析 采用該裝置的節(jié)煤和節(jié)水情況，年利用小時(shí)數(shù)按5500考慮，詳細(xì)的數(shù)據(jù)見表3。

表2

表3 年資源節(jié)約量計(jì)算（單臺(tái)機(jī)組）

3.3 運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用 煙道加裝低溫?zé)煔鈸Q熱器后，系統(tǒng)阻力增大，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行功耗會(huì)相應(yīng)增加。因此設(shè)備年運(yùn)行費(fèi)用包括系統(tǒng)設(shè)備的年維護(hù)費(fèi)用、煙道加裝煙氣換熱器增加系統(tǒng)阻力帶來的引風(fēng)機(jī)運(yùn)行功耗增加的年費(fèi)用等。設(shè)備年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用列表如表4。

表4 年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用（單臺(tái)機(jī)組）

表5 收益分析（單臺(tái)機(jī)組）

3.4 收益分析（見表5）

4 結(jié)論

據(jù)本文測算，采用低溫省煤器方案，進(jìn)入脫硫吸收塔的煙氣溫度由120℃降為85℃，因而單臺(tái)1000MW機(jī)組吸收塔噴水量相應(yīng)減少約68.26t/h，年節(jié)水量約37.5萬噸；發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低1.354g/kWh，年節(jié)標(biāo)煤量約0.745萬噸。另外，低溫省煤器可以與除塵器相結(jié)合，對除塵效果有利。

在煤炭和水資源日益寶貴的今天，如何實(shí)現(xiàn)資源的最高效利用是國家和企業(yè)面臨的重要難題。低溫?zé)煔鈸Q熱器煙氣余熱回收裝置同時(shí)節(jié)約了寶貴的煤炭和水資源，并且本工藝其工程實(shí)施的可行性好，節(jié)能、節(jié)水效果顯著，具有巨大的環(huán)境效益、資源效益和企業(yè)效益。

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[2]李秀平,李博,謝津倫.燃煤鍋爐低溫余熱利用技術(shù)應(yīng)用分析[J].中國電力,2011(12).

[3]電站鍋爐空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制系統(tǒng)[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào),2002(02).