李鵬

(華電新疆發(fā)電有限公司紅雁池電廠，烏魯木齊 830047)

1 問題的提出

排煙熱損失是鍋爐機(jī)組中最大的熱損失(一般為5%至12%)，排煙溫度越高則排煙熱損失就越大。對于地處干燥地區(qū)的烏魯木齊來說，夏季時環(huán)境溫度經(jīng)常在35℃以上，而鍋爐排煙溫度卻達(dá)到了165℃以上，高溫嚴(yán)重威脅著脫硫設(shè)施的安全運(yùn)行。這么高的排煙溫度對于大部分電廠采用的石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)而言，需要在噴淋吸收塔內(nèi)采用大量的工藝水來降溫，最終使煙氣溫度平衡到50℃左右后排放。這部分熱量對于脫硫系統(tǒng)來說沒有起到任何作用，屬于白白浪費(fèi)，同時導(dǎo)致脫硫效率較低。資料顯示，當(dāng)吸收塔入口煙氣溫度降低6～10℃時，脫硫效率能提高1%～2%。但是，降低排煙溫度則受鍋爐受熱面金屬消耗、通風(fēng)阻力及風(fēng)機(jī)電耗、尾部受熱面低溫腐蝕等因素影響。同時由于排放的煙氣含濕量較大，在環(huán)境溫度較低且濕度較大時，就會在煙囪周圍產(chǎn)生“石膏雨”，嚴(yán)重影響了廠區(qū)的文明生產(chǎn)。針對以上情況，新疆華電紅雁池電廠(以下簡稱紅雁池電廠)#4機(jī)組利用大修期間加裝了1套煙氣余熱回收裝置對此部分煙氣余熱進(jìn)行回收，以提高機(jī)組的熱效率和降低煤耗，同時降低了進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度，可顯著減少因蒸發(fā)而導(dǎo)致的排放煙氣含濕量，有效減少了濕煙囪周圍的“石膏雨”，經(jīng)濟(jì)效益和社會環(huán)保效益明顯。

2 煙氣余熱回收裝置改造的必要性

2.1 煙氣余熱回收裝置改造的必要性

目前的火電機(jī)組熱損失主要有2項:一是汽輪機(jī)系統(tǒng)的排汽冷凝熱損失，從熱力循環(huán)上看，對凝汽式機(jī)組而言，這項熱損失是無法避免的;二是鍋爐的熱損失。隨著科技的發(fā)展及電力技術(shù)的進(jìn)步，盡管電站鍋爐的經(jīng)濟(jì)性得到了很大提高，但國內(nèi)外許多電站鍋爐依然普遍存在排煙溫度偏高、排煙熱損失偏大、風(fēng)機(jī)功耗大等問題，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。其中的排煙熱損失是鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般為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℃，排煙熱損失會增大0.6%～1.0%，相應(yīng)地就會多耗煤 1.2%～2.4%。若以燃用熱值為20000 kJ/kg煤的670 t/h超高壓鍋爐為例，則每年可多消耗數(shù)萬噸動力用煤。我國許多電站鍋爐的排煙溫度比設(shè)計值高20～50℃。利用鍋爐的排煙余熱對熱力系統(tǒng)中的凝結(jié)水進(jìn)行加熱改造，該項改造具有節(jié)能效果顯著和投資回收年限短的特點(diǎn)。改造結(jié)果提高了凝結(jié)水的溫度，減少了汽機(jī)抽汽量并用這部分蒸汽發(fā)電，既利用鍋爐排煙余熱獲得電能，又可大幅度降低鍋爐的排煙溫度。

2.2 煙氣余熱回收裝置概況

煙氣余熱回收裝置實際上是一個管式的煙氣－水換熱器，布置在引風(fēng)機(jī)出口至吸收塔入口的煙道中，用來吸收機(jī)組的排煙熱損失。煙氣余熱回收裝置循環(huán)水來自于汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的低壓加熱器，在換熱器中吸收排煙熱量，用來降低排煙溫度。代替部分低壓加熱器的作用，用來減少部分汽輪機(jī)的回?zé)岢槠?。在汽輪機(jī)進(jìn)汽量不變的情況下，該部分抽汽將從抽汽口返回汽輪機(jī)下一級進(jìn)一步做功，如此可以降低煤耗。所以，煙氣余熱回收裝置可以看成是汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的一個組成部分。

3 紅雁池電廠#4機(jī)組熱力系統(tǒng)簡介

紅雁池電廠#4鍋爐為超高壓鍋爐，基本形式為:一次中間再熱超高壓自然循環(huán)汽包爐、П形布置、單爐膛、燃燒器四角布置，切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、采用管式空氣預(yù)熱器、鋼構(gòu)架(雙排柱)。設(shè)計排煙溫度140℃。紅雁池電廠脫硫島采用兩爐一塔設(shè)計，不設(shè)煙氣換熱器(GGH)的石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)。每臺鍋爐從引風(fēng)機(jī)后的總煙道上引出煙氣，通過增壓風(fēng)機(jī)升壓，升壓后的煙氣進(jìn)入吸收塔并在吸收塔內(nèi)脫硫凈化，經(jīng)除霧器除去水霧后經(jīng)煙囪排入大氣。煙氣余熱回收裝置布置情況如圖1所示，熱力系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 煙氣余熱回收裝置布置

圖2 熱力系統(tǒng)示意圖

來自于電廠低壓加熱器系統(tǒng)的凝結(jié)水進(jìn)入安裝在脫硫增壓風(fēng)機(jī)和吸收塔之間煙道中的換熱器中，將進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度降低50℃，凝結(jié)水溫度提升大約35℃后返回電廠低壓加熱器系統(tǒng)。

4 煙氣余熱回收裝置改造注意事項

4.1 煙氣露點(diǎn)及煙氣余熱回收裝置冷端金屬壁溫的確定

為了防止煙氣余熱回收裝置腐蝕和積灰，需要確定一個安全的控制溫度。在正常運(yùn)行中，煙氣余熱回收裝置的金屬壁溫必須高于酸露點(diǎn)，否則，極易出現(xiàn)金屬腐蝕和積灰的現(xiàn)象。紅雁池電廠燃煤煤質(zhì)參數(shù)見表1。

根據(jù)有關(guān)公式初步確定煙氣低溫腐蝕的露點(diǎn)溫度為83℃。因此，將煙氣余熱回收裝置冷端金屬壁溫控制在90℃是安全的。

表1 紅雁池電廠燃煤煤質(zhì)參數(shù)

4.2 換熱器傳熱管防堵灰措施

鍋爐煙氣中的灰塵不僅會污染傳熱管表面，影響傳熱效率，嚴(yán)重時還會堵塞煙氣流動通道，增大煙氣流動阻力，甚至?xí)绊懓踩\(yùn)行，在這種情況下，不得不停機(jī)清灰。為此，采取如下措施以防止堵灰。

(1)將煙氣余熱回收裝置全部布置于靜電除塵器后，由于煙氣介質(zhì)清潔，可有效防止換熱器的堵灰和磨損。

(2)當(dāng)傳熱管金屬溫度高于煙氣酸露點(diǎn)溫度時，傳熱管上不會出現(xiàn)水結(jié)露，傳熱管上的積灰為干灰，此時可采用吹灰器定時吹灰。在換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不會設(shè)置大量積灰源，同時保證吹灰器能吹到所有的管束，不留吹灰死角。保證傳熱管積灰程度在可以允許的范圍內(nèi)，使煙氣流動阻力的增大幅度和傳熱能力的降低幅度都在允許范圍內(nèi)。

(3)選擇合適的煙氣流速。選擇合適的煙氣流動速度能使換熱管具有自清灰功能。一般說來，換熱管自清灰的風(fēng)速應(yīng)高于12 m/s。

4.3 煙氣余熱回收裝置形式選擇

煙氣余熱回收裝置布置在脫硫塔入口。煙氣余熱回收裝置采用管－殼式煙氣－水換熱器，殼側(cè)為煙氣通道，管側(cè)為凝結(jié)水通道。煙氣余熱回收裝置傳熱管有光管和高頻焊高效翅片管2種，采用高頻焊翅片管可以強(qiáng)化傳熱且能減輕低溫腐蝕，但翅片管表面易積灰，當(dāng)冷端金屬壁溫低于煙氣露點(diǎn)溫度產(chǎn)生濕灰時，積灰不易清理。采用傳熱光管，其傳熱效果不如高頻翅片管，但傳熱管表面黏結(jié)濕灰后較容易清除，保證設(shè)備運(yùn)行安全，故換熱器傳熱管形式的選擇應(yīng)根據(jù)設(shè)備的具體運(yùn)行條件選擇。傳熱管的管材可選擇316L，ND鋼、考頓(corten)鋼、碳鋼等，選材時可根據(jù)具體情況而定。

5 煙氣余熱回收裝置改造節(jié)能效果分析

有觀點(diǎn)認(rèn)為，把煙氣余熱輸入回?zé)嵯到y(tǒng)中會排擠部分抽汽，導(dǎo)致熱力循環(huán)效率降低;排擠的部分抽汽會增加凝汽器的排汽量，使汽輪機(jī)真空度有所下降。這2點(diǎn)對于煙氣余熱回收裝置來說，是能否節(jié)能的主要問題所在。

實際上，增設(shè)煙氣余熱回收裝置后，大量煙氣余熱進(jìn)入回?zé)嵯到y(tǒng)，這是在沒有增加鍋爐燃料量的前提下，獲得的額外熱量，必然會以一定的效率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽?。這個新增功量要遠(yuǎn)大于排擠抽汽和汽輪機(jī)真空度微降所引起的功量損失，所以，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性無例外都是提高的。

紅雁池電廠煙氣余熱回收裝置改造后，穩(wěn)定運(yùn)行近2個月，節(jié)能效果明顯。節(jié)煤情況的計算數(shù)據(jù)依據(jù)汽輪機(jī)額定(TRL)工況(換熱器出口煙溫降低到110℃)數(shù)據(jù)，經(jīng)過改造前、后經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比計算得出節(jié)能量，具體情況見表2。

表2 煙氣余熱回收裝置改造前、后TRL工況經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

通過煙氣余熱回收裝置改造前后TRL工況經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比(出口煙溫110℃)可以看出，改造后的煙氣余熱回收裝置可使供電煤耗率降低了4.2 g/kW·h，如果機(jī)組年利用小時數(shù)按5500 h計算，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤6237 t。按照每噸標(biāo)煤單價160元計算，可節(jié)約生產(chǎn)成本99.79萬元。

6 結(jié)論

(1)#4鍋爐煙氣余熱回收裝置全組投運(yùn)后使鍋爐排煙溫度從160℃降低到110℃左右，這部分煙氣余熱利用后，既能達(dá)到較好的脫硫效果，又可以使每臺機(jī)組的發(fā)電煤耗降低4.2 g/(kW·h)以上，加裝煙氣余熱回收裝置產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)吸收塔入口煙氣溫度同比降低了50℃，使吸收塔內(nèi)蒸發(fā)水量減少了43.13 t/h，濕煙氣的流量減少了12%左右，煙氣流速降低了2.29 m/s。煙氣的攜帶動能大大減小，大大減輕了排放煙氣中的石膏含量，有效減少了“石膏雨”現(xiàn)象。

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