毛雙華 多文明 姜國(guó)強(qiáng) 王浩添

（浙江巨化熱電有限公司，浙江 衢州 324000）

降低電廠排煙溫度，提高鍋爐安全可靠性一直是熱電廠節(jié)能減耗的重要研究方向。為了更好利用鍋爐排煙廢熱，人們已經(jīng)進(jìn)行了許多努力，比如玻璃管空氣預(yù)熱器、冷凝換熱器、熱管回收排煙余熱制冷、振打清灰裝置以及熱管空氣預(yù)熱器等[1-4]。而利用電廠煙氣加熱除鹽水是一種經(jīng)濟(jì)效益明顯的余熱回收利用方式。

近年來，國(guó)內(nèi)外對(duì)鍋爐煙氣余熱加熱除鹽水開展了一系列研究[5-8]。國(guó)外Nider-aussem電廠采用旁路煙道技術(shù)，把余熱換熱器設(shè)置在與空氣預(yù)熱器并聯(lián)的旁路煙道中，利用多級(jí)煙水換熱器充分降低排煙溫度，在保證空氣預(yù)熱器所需熱量的前提下引入部分煙氣到旁路煙道內(nèi)加熱鍋爐給水，是目前報(bào)道的節(jié)能效果較好的在運(yùn)行機(jī)組系統(tǒng)[9-10]。燃煤電站排煙熱損失約占鍋爐熱損失的60%～70%，利用低溫省煤器可有效利用這部分熱損失，降低煤耗，提高全廠熱效率?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)普遍采用ND鋼（09CrCuSb）作為低溫省煤器管排材質(zhì)。雖然ND鋼價(jià)格便宜，有一定的抗腐蝕性，但經(jīng)過幾年運(yùn)行，仍存在因腐蝕而更換管排的情況。這不僅提高了投資成本，降低經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)影響了全廠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

某熱電廠9#爐（135 MW機(jī)組鍋爐，蒸發(fā)量440 t/h）排煙溫度為130～145℃，而這一部分熱量作為鍋爐最大的熱損失隨煙氣被直接排放到大氣中，降低了能源利用率。為大幅度降低排煙溫度，回收煙氣熱量，同時(shí)為解決常見低溫省煤器腐蝕問題，嘗試使用氟塑料替換現(xiàn)階段常規(guī)材料（ND鋼）用作新型低溫省煤器換熱管。

1 技術(shù)可行性

該新型低溫省煤器將小直徑氟塑料軟管用作低溫省煤器的換熱管。氟塑料低溫省煤器在歐洲大型機(jī)組上成熟使用多年，證明在低溫?zé)煔鈼l件下具有杰出的材料性能，可以在各種工況下保證電廠長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本項(xiàng)目選擇聚四氟乙烯（PTFE）做為低溫省煤器換熱管材質(zhì)，主要考慮了其以下特點(diǎn)：高溫條件下力學(xué)性能的穩(wěn)定性；自由能低使得表面基本不結(jié)垢；分子吸引力小，導(dǎo)致流動(dòng)摩擦阻力較常規(guī)金屬材料小很多[11]。

本項(xiàng)目中將換熱管設(shè)計(jì)為直徑小、管壁薄的換熱結(jié)構(gòu)，使得其對(duì)于常規(guī)金屬換熱管排具有以下特點(diǎn)：

1）氟塑料低溫省煤器的換熱面積大，換熱系數(shù)高（約是金屬鰭片換熱器的2～3倍），同時(shí)體積??；

2）PTEE力學(xué)性能極穩(wěn)定，耐磨損；

3）化學(xué)性能穩(wěn)定，在高低溫情況下（-192～250℃）具有較高的耐腐蝕性[12]；

4）換熱管管壁表面光滑，且PTEE材料自由能低，很難被其他物質(zhì)附著，再加之設(shè)計(jì)特點(diǎn)，使其很難積灰結(jié)垢；

5）管束可按需要制成各種特殊形狀，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件要求。換熱管徑小，一般為5～10 mm，壁厚0.5～1.0mm；

6）具有優(yōu)良的耐侯性，在大氣環(huán)境中不氧化不降解，壽命可達(dá)15～25 a。

綜上所述，PTFE做為新型低溫省煤器換熱管材質(zhì)，與國(guó)內(nèi)換熱器常規(guī)材料ND鋼進(jìn)行比較，除了具有換熱面積大、性能穩(wěn)定、耐磨損且不易積灰結(jié)垢等特點(diǎn)，最重要的是可有效防止低溫酸腐蝕，這解決了長(zhǎng)期以來國(guó)內(nèi)預(yù)熱換熱器所存在的問題，這也將大大提高煙氣余熱效率，增加全廠經(jīng)濟(jì)效益[13]。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 鍋爐參數(shù)

該廠9#爐系型號(hào)為“SG-440/13.7-M782”，主要參數(shù)如表1。

表1 9#爐主要參數(shù)Tab 1Main parameters of 9#furnace

2.2 布置方案

9#爐后1#和2#引風(fēng)機(jī)出口煙道布置氟塑料低溫省煤器，將鍋爐排煙溫度降低到100℃以下，加熱60 t/h除鹽水，溫度升高約 85℃，加熱后的除鹽水送至大氣式除氧器，并經(jīng)中繼水泵泵入鄰爐給水系統(tǒng)。

現(xiàn)階段，低溫省煤器在原機(jī)組上的布置方式主要有2種：一是將低溫省煤器布置在空氣預(yù)熱器出口以及布袋除塵器進(jìn)口之前，二是將低溫省煤器布置在引風(fēng)機(jī)之后以及脫硫吸收塔進(jìn)口之前。

第1種方案低溫省煤器布置在布袋除塵器的后面，使換熱器后煙氣流量降低，相應(yīng)設(shè)備容量減少。但煙氣經(jīng)過低溫省煤器后的溫度降低，接近于酸露點(diǎn)溫度，將對(duì)其后面設(shè)備造成腐蝕。同時(shí)已其占地空間較大將增大技改項(xiàng)目難度。

第2種方案，由于低溫省煤器后面主要設(shè)備為脫硫吸收塔，而塔內(nèi)本為酸性環(huán)境，并不存在第1種方案中所提到的設(shè)備腐蝕問題。且將換熱器放于電除塵的后面，更減少了磨損積灰的可能性，這將對(duì)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行起到很大的作用。

經(jīng)過技術(shù)比較，第1種方案改造難度較大，并存在設(shè)備腐蝕隱患；而第2種方案恰好能夠避免這種影響，而且其占地空間較小，對(duì)于機(jī)組技改項(xiàng)目難度將大大降低。經(jīng)此比較，方案2更符合該廠9#爐排煙預(yù)熱回收項(xiàng)目。

鍋爐排煙余熱回收系統(tǒng)流程如圖1。

圖1 鍋爐排煙余熱回收系統(tǒng)流程Fig 1 Process ofwaste heat recovery system of boiler venting smoke

布置氟塑料低溫省煤器需對(duì)現(xiàn)有煙氣通道進(jìn)行改造，將5組換熱器布置于煙氣主通道。改造需對(duì)煙氣管道上下進(jìn)行擴(kuò)口以留出安裝空間。低溫省煤器布置及煙道尺寸的改變需與脫硫改造設(shè)計(jì)對(duì)接。參見圖2。

圖2 低溫省煤器的布置Fig 2 Arrangementof low temperature economizer

2.3 設(shè)計(jì)參數(shù)

為判斷低溫省煤器后煙道是否需要防腐處理，應(yīng)計(jì)算出額定工況下煙道內(nèi)煙氣酸露點(diǎn)溫度。采用煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算公式計(jì)算：

式中，t1d為煙氣的露點(diǎn)溫度，為水蒸汽露點(diǎn)溫度。β為常數(shù)，當(dāng)過量空氣系數(shù)α=1.4～1.5時(shí)，取129；當(dāng)α=1.2時(shí)，取121。S和A為收到基的“折算硫分”及“折算灰分”。αfh為飛灰系數(shù)，取0.7。

氟塑料省煤器換熱量設(shè)計(jì)按鍋爐額定負(fù)荷工況（440 t/h）。引風(fēng)機(jī)后煙氣的過量空氣系數(shù)取1.4，排煙溫度取135℃，飛灰系數(shù)取0.7。具體參數(shù)如表2。

2.4 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析

1）低溫省煤器布置在9#爐空氣預(yù)熱器之后，且回收的熱量沒有進(jìn)入9#爐系統(tǒng)，對(duì)9#機(jī)爐效率沒有影響；

2）根據(jù)9#爐入爐煤的分析數(shù)據(jù)，計(jì)算出額定工況煙氣酸露點(diǎn)為88℃。煙氣溫度有可能降低到酸露點(diǎn)以下，煙道面臨腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，故到脫硫塔之間的煙道需要做防腐處理；

表2 氟塑料管換熱器參數(shù)Tab 2 Parameters of heatexchangerwith fluorine plastic pipe

3）費(fèi)用主要是設(shè)計(jì)、建造、安裝、設(shè)備采購(gòu)制造以及調(diào)試等，設(shè)備年損耗及維護(hù)費(fèi)用較低。

3 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

就低溫省煤器通過熱力系統(tǒng)計(jì)算方法對(duì)全廠的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析?；A(chǔ)條件為：發(fā)電設(shè)備年利用7 000 h，按照到廠標(biāo)煤價(jià)800元/t計(jì)。

低溫省煤器在煙道中加熱除鹽水獲得的熱量Q由下式計(jì)算：

式中，qm為除鹽水質(zhì)量流量，c為水的比熱容，Δt為除鹽水的平均溫差。

通過計(jì)算，低溫省煤器在煙道中加熱除鹽水獲得熱量為32.45 GJ/h。將熱量折算成0.49MPa的蒸汽為7 t/h，折算成標(biāo)煤為0.506 t/h，以1年運(yùn)行7 000 h計(jì)，年可節(jié)約標(biāo)煤約3 542 t，年創(chuàng)效約283萬元，且對(duì)9#機(jī)爐的正常運(yùn)行不產(chǎn)生任何影響。

同時(shí)在常規(guī)燃煤鍋爐煙氣石灰石——濕法脫硫系統(tǒng)中，工藝水用量較大。煙氣要經(jīng)噴淋煙溫降至60℃左右，安裝氟塑料低溫省煤器可以節(jié)省約70%脫硫工藝水，年增收約25萬元。

4 結(jié)論

1）新型鍋爐排煙余熱回收利用裝置——氟塑料低溫省煤器投運(yùn)以來已初顯成效，為穩(wěn)定機(jī)組生產(chǎn)、提高機(jī)組熱效率、實(shí)現(xiàn)環(huán)保排放以及節(jié)能減排等目標(biāo)發(fā)揮了重要作用。

2）氟塑料低溫省煤器能很好解決濕法煙氣脫硫裝置結(jié)垢堵塞沖刷問題，同時(shí)有利于煙氣中SO3的溶解、吸收，使脫硫塔內(nèi)煙氣流速降低，減少“石膏”逃逸，起到節(jié)省能源、提高鍋爐安全可靠性的作用。

3）排煙溫度從135℃降低到100℃，年節(jié)約標(biāo)煤3 542 t，全年收益308萬元，預(yù)計(jì)5年內(nèi)收回節(jié)能改造投資。該方案投資回收期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著，能源利用率高，效果明顯。

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