馬新峰

【摘 要】 在電廠的熱系統(tǒng)內(nèi)增設(shè)低壓省煤器是降低發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的有效措施。論述了火電廠低壓省煤器系統(tǒng)的節(jié)能原理、工程應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、及若干重要的運(yùn)行特性。

【關(guān)鍵詞】 電廠節(jié)能 低壓省煤器 排煙溫度

1 降低排煙溫度節(jié)能研究的背景

大型火電機(jī)組的節(jié)能減排是目前國家的重要國策，近年來，不斷惡化的大氣環(huán)境嚴(yán)重影響人們身體健康，同時(shí)國家節(jié)能減排的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較為苛刻，開始適度控制新建燃煤機(jī)組的建設(shè)。燃煤發(fā)電機(jī)組的未來發(fā)展面臨著前所未有的生存壓力，各燃煤發(fā)電機(jī)組開始積極主動(dòng)尋求降低煤耗的新技術(shù)、新方法，并加大了相關(guān)的資金投入。

目前國內(nèi)火電機(jī)組的鍋爐排煙溫度大都在110℃～130℃之間。理論上，對(duì)于排煙溫度為110℃～130℃的鍋爐，傳統(tǒng)的理念認(rèn)為已經(jīng)滿足要求了，已經(jīng)比較低了，繼續(xù)降低就可能出現(xiàn)腐蝕等不可靠因素的出現(xiàn)。但是國家要求的煙氣環(huán)保指標(biāo)的提高，必須在尾部增設(shè)脫硫裝置。而濕法脫硫的最佳工作溫度為80℃～90℃。從110℃～130℃的煙氣溫度降低到80℃～90℃，其中蘊(yùn)含著大量的熱量。有效利用鍋爐排煙余熱，降低排煙溫度實(shí)現(xiàn)深度節(jié)能，符合國家的節(jié)能減排政策，并可能使?jié)穹摿蛳到y(tǒng)使用的廠用電量與煙氣余熱再利用所發(fā)的電量抵消，從而可以實(shí)現(xiàn)“零能耗”脫硫。

2 國內(nèi)外低溫省煤器目前的應(yīng)用情況及安裝位置

2.1 低溫省煤器目前的應(yīng)用情況

某660MW級(jí)機(jī)組電廠的鍋爐排煙設(shè)計(jì)溫度為127℃左右，但由于受燃料特性改變及運(yùn)行環(huán)境變化，鍋爐實(shí)際運(yùn)行排煙溫度也將會(huì)改變。雖然加裝低溫省煤器后煙氣阻力有所上升，但煙氣阻力的耗電量還不到節(jié)約成本的10%-20%，因此低溫省煤器能有效提高機(jī)組效率、節(jié)約能源，減少生產(chǎn)成本，具有良好的應(yīng)用前景。

（1）目前在國內(nèi)數(shù)十家電廠的上百臺(tái)機(jī)組上安裝了這種低壓省煤器的系統(tǒng)。以通遼發(fā)電廠為例，通遼發(fā)電總廠3號(hào)鍋爐系哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-670/140-HM12型超高壓自然循環(huán)煤粉爐，配200MW汽輪發(fā)電機(jī)組， 鍋爐排煙溫度達(dá)到160～170℃。在3號(hào)鍋爐尾部空氣預(yù)熱器后安裝東北電力科學(xué)研究院鍋爐所設(shè)計(jì)的余熱回收系統(tǒng)裝置后，鍋爐排煙溫度降低到135℃左右，顯著提高了全廠熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，達(dá)到節(jié)煤、降耗的目的。

山東某龍口發(fā)電廠，兩臺(tái)容量100MW發(fā)電機(jī)組所配鍋爐是武漢鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的WGZ410/100—10型燃煤鍋爐，由于燃用煤種含硫量較高，且鍋爐尾部受熱面積灰、腐蝕和漏風(fēng)嚴(yán)重，鍋爐排煙溫度高達(dá)170℃，為了降低排煙溫度，提高機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，在尾部加裝了低溫省煤器。

（2）國外低溫省煤器技術(shù)較早就得到了應(yīng)用。德國科隆Nideraussem 1000MW級(jí)褐煤發(fā)電機(jī)組采用分隔煙道系統(tǒng)充分降低排煙溫度，把低溫省煤器加裝在空氣預(yù)熱器的旁通煙道中，在煙氣熱量足夠的前提下引入部分煙氣到旁通煙道內(nèi)加熱鍋爐給水。

日本的常陸那珂電廠采用了水媒方式的管式GGH。煙氣放熱段的GGH布置在電氣除塵器上游，煙氣被循環(huán)水冷卻后進(jìn)入低溫除塵器（煙氣溫度在90～100℃左右），煙氣加熱段的GGH布置在煙囪入口，由循環(huán)水加熱煙氣。煙氣放熱段的GGH的原理和低溫省煤器一樣。

國內(nèi)大部分工程和日本的情況相類似，鍋爐設(shè)計(jì)排煙溫度不高（125℃左右），經(jīng)過低溫省煤器后煙氣溫度可降低到85℃左右。

2.2 低溫省煤器安裝位置

由于低溫省煤器的傳熱溫差低，因此換熱面積大，占地空間也較大，所以在加裝低溫省煤器時(shí)，需合理考慮其在鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的布置位置。

2.2.1 低溫省煤器布置在除塵器的進(jìn)口

日本的不少大型火電廠，如常陸那珂電廠（1000MW）和Tomato-Atsuma電廠（700MW）等都有類似的布置。管式的GGH煙氣放熱段布置在空預(yù)器和除塵器之間。管式GGH將煙氣溫度降低到90℃左右，除塵器的飛灰比電阻可從1012Ω-cm下降到1010Ω-cm，這樣可提高電氣除塵器的運(yùn)行收塵效率。低溫省煤器布置在除塵器的進(jìn)口，除塵器下游的煙氣體積流量降低了約5%，因此其煙道、引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)等的容量也可相應(yīng)減少，降低了運(yùn)行廠用電。據(jù)計(jì)算，每臺(tái)660MW級(jí)機(jī)組節(jié)約引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)廠用電共約1000kW。需要指出的是除塵器和風(fēng)機(jī)的選型仍應(yīng)該考慮125℃低溫省煤器未投運(yùn)時(shí)的情況。

這種布置方式最大的風(fēng)險(xiǎn)是腐蝕。因?yàn)榻?jīng)過低溫?zé)煔鈸Q熱器后的煙氣溫度已經(jīng)在酸露點(diǎn)以下，除塵器、煙道、引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)均存在腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)日本的有關(guān)技術(shù)資料，未經(jīng)除塵器收塵的煙氣中含有較多的堿性顆粒，可中和煙氣中凝結(jié)的硫酸微滴，低溫除塵器及其下游的設(shè)備并“不需要進(jìn)行特別的防腐考慮”，而且日本的不少大機(jī)組運(yùn)行低溫除塵器也有良好的業(yè)績(jī)，因此，這種布置方式應(yīng)該是可行的。

2.2.2 低溫省煤器布置在脫硫吸收塔的進(jìn)口

德國一些燃燒褐煤的鍋爐將低溫省煤器布置在吸收塔入口。低溫省煤器將煙氣溫度從160℃降低到100℃后進(jìn)入吸收塔，被煙氣加熱的凝結(jié)水再加熱冷二次風(fēng)。

這種方式的低溫省煤器實(shí)際上起到管式GGH加熱器中煙氣冷卻的作用。煙氣經(jīng)過除塵器后，低溫省煤器處于低塵區(qū)工作，因此飛灰對(duì)管壁的磨損程度將大大減輕。由于煙氣中的堿性顆粒幾乎被除塵器捕捉，其出口煙氣帶有酸腐蝕性。但是由于其布置位置在除塵器、引風(fēng)機(jī)、增壓風(fēng)機(jī)之后，煙氣并不會(huì)對(duì)這些設(shè)備造成腐蝕，因而避免了腐蝕的危險(xiǎn)。因?yàn)槲账?nèi)本來就是個(gè)酸性環(huán)境，煙氣離開吸收塔時(shí)溫度約為45℃。塔內(nèi)進(jìn)行了防腐處理。這種布置方式只要考慮對(duì)低溫省煤器的低溫段材料和低溫省煤器與吸收塔之間的煙道進(jìn)行防腐。

采用這種布置方式的缺點(diǎn)是無法利用煙氣溫度降低帶來的提高電氣除塵器運(yùn)行效率、減少引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)功率的好處；其次，其布置位置遠(yuǎn)離主機(jī)，用于降低煙氣溫度的凝結(jié)水管道也較長，凝結(jié)水泵需克服的管道阻力及電耗也更高。

3 本機(jī)組適合安裝低溫省煤器的有利條件

大唐南京發(fā)電廠一期工程2×660MW機(jī)組鍋爐系哈爾濱鍋爐廠制造的2030t/h超超臨界鍋爐，鍋爐設(shè)計(jì)排煙溫度為140℃（THA），鍋爐設(shè)計(jì)效率94.4%。根據(jù)搜集到的現(xiàn)有資料，大唐南京發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)深度降低排煙溫度的有利條件：

（1）將深度降低排煙溫度節(jié)能裝置的受熱面布置在引風(fēng)機(jī)前面，其壁溫控制在露點(diǎn)之上，不會(huì)發(fā)生低溫腐蝕。一方面提高了裝置的安全性，另一方面煙氣在進(jìn)入引風(fēng)機(jī)之前，經(jīng)過受熱面降溫，體積流量減小，可降低引風(fēng)機(jī)功率，減小引風(fēng)機(jī)電耗。

（2）機(jī)組的設(shè)計(jì)爐機(jī)參數(shù)與煤質(zhì)非常適合高效回用煙氣余熱，節(jié)能效果顯著。本項(xiàng)目實(shí)施后，將降低供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗值1.2g/kw.h，每年可節(jié)約標(biāo)煤3267噸。

（3）本機(jī)組裝設(shè)排煙深度節(jié)能裝置后，可在鍋爐煙氣進(jìn)入脫硫系統(tǒng)前將排煙溫度降至100℃，使得脫硫系統(tǒng)可不設(shè)置GGH系統(tǒng)，減少了投資。

基于上述觀點(diǎn)，實(shí)施深度降低排煙溫度技術(shù)不僅是可行的，而且是合理的，經(jīng)濟(jì)效益巨大。

4 設(shè)計(jì)方案介紹

4.1 系統(tǒng)

以大唐南京發(fā)電廠為例，低溫省煤器布置在空預(yù)器之后、除塵器之前的水平煙道上，1臺(tái)爐布置4臺(tái)低溫省煤器，額定工況下可將排煙溫度由140℃降至100℃。

低溫省煤器工質(zhì)取自#7低加出口，取水溫度73.2℃（THA），水量1194t/h，回水至#6低加入口，回水溫度為95.7，提高了回水溫度，節(jié)省了高品質(zhì)的回?zé)岢槠a(chǎn)生較高的節(jié)能效果。為保證低溫省煤器進(jìn)口水溫為設(shè)計(jì)的73.2℃，防止直接進(jìn)入低溫省煤器凝結(jié)水溫偏低，使管束壁溫過低，造成嚴(yán)重的低溫結(jié)露，在進(jìn)出口管路間設(shè)置再循環(huán)系統(tǒng)。再循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置兩臺(tái)變頻控制的水泵，運(yùn)行方式一用一備。機(jī)組低負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，取低溫省煤器出口部分高溫水與入口冷水混合，以提高低溫省煤器入口水溫，保證設(shè)備不會(huì)因?yàn)樗疁剡^低帶來嚴(yán)重的腐蝕和積灰，以維持系統(tǒng)的工作安全和正常運(yùn)行。

在低溫省煤器進(jìn)出口母管間設(shè)計(jì)分流旁路電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來調(diào)節(jié)省煤器系統(tǒng)入水口的流量。當(dāng)出口煙氣溫度小于100℃時(shí)，分流支路調(diào)閥打開。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥開度，控制省煤器進(jìn)水流量，進(jìn)而保持煙氣側(cè)出口溫度始終不低于100℃，確保煙溫降在合理范圍內(nèi)，避免機(jī)組低負(fù)荷時(shí)低溫省煤器的腐蝕問題。

4.2 加裝低溫省煤器后需要考慮

（1）低溫省煤器在運(yùn)行中藥管子它的防腐和防煙塵堵塞，需要一定的維護(hù)工作量。具體工程可根據(jù)已經(jīng)投運(yùn)的經(jīng)驗(yàn)，考慮煙氣腐蝕、阻力、磨損和價(jià)格等因素選擇合適的換熱管材料和形式、設(shè)置吹灰器和清洗水系統(tǒng)等具體措施。

（2）660MW級(jí)機(jī)組如采用鍋爐引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)合并的方案，煙道中布置低溫省煤器，則風(fēng)機(jī)的阻力將新增約600Pa，電機(jī)的功率增加400KW左右，風(fēng)機(jī)所配套電機(jī)的功率在8000KW以下，電廠廠用電系統(tǒng)采用6KV電壓等級(jí)可以滿足啟動(dòng)要求。

5 實(shí)施上述方案的可行性

（1）山東大學(xué)熱力設(shè)備節(jié)能研究團(tuán)隊(duì)和青島達(dá)能動(dòng)力技術(shù)有限責(zé)任公司關(guān)于降低鍋爐排煙溫度的工程改造已經(jīng)近十年，成功完成了數(shù)十臺(tái)各種型號(hào)的鍋爐降低排煙溫度的改造，積累了許多工程改造經(jīng)驗(yàn)。改造后，鍋爐排煙溫度降低20℃～40℃，節(jié)省供電煤耗1.5～4g/kwh，可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）由于受熱面布置在電除塵之后，降低了受熱面磨損、積灰的可能性。

（3）低壓省煤器傳熱元件采用鎳鉻滲層零隙阻釬焊螺旋翅片管，接觸熱阻幾乎為零，抗腐蝕，耐磨損。

故該方案無論是技術(shù)上，還是經(jīng)驗(yàn)上都是成熟的。

6 經(jīng)濟(jì)性分析

實(shí)施本設(shè)計(jì)方案，可為發(fā)電廠帶來如下經(jīng)濟(jì)效益，以大唐南京發(fā)電廠2x660MW超超臨界機(jī)組為例：

（1）660MW機(jī)組在VWO工況運(yùn)行時(shí)，加裝低溫省煤器后，低加少抽氣可以增加發(fā)電量約4MW。

（2）低溫省煤器回收了部分煙氣熱量，節(jié)約了燃煤，器經(jīng)濟(jì)效益非常明顯的。煙氣換熱器回收的熱量約為36.13MJ/s；在THA工況下，汽輪機(jī)機(jī)組絕對(duì)效率提高0.24%；全廠發(fā)電效率提高0.22%，由此降低發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗1.2g/kwh，以750元/t的標(biāo)煤價(jià)計(jì)算，若年等效運(yùn)行小時(shí)為5500h，則每臺(tái)機(jī)組全年的燃料成本可下降約750.75萬元。

7 本方案的優(yōu)點(diǎn)分析

（1）深度降低排煙溫度30～40℃。這樣大的溫度降低是任何一個(gè)其它方案都無法達(dá)到的，因此本方案可以取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）把低壓省煤器設(shè)置在引風(fēng)機(jī)之前，在顯著降低鍋爐排煙溫度的同時(shí)，可以使煙氣體積流量減小，引風(fēng)機(jī)的電耗降低，保證了引風(fēng)機(jī)的負(fù)荷。

（3） 本技術(shù)把鍋爐的余熱利用與汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)巧妙地結(jié)合起來，對(duì)于鍋爐燃燒和傳熱不會(huì)產(chǎn)生任何不利影響。

（4）裝設(shè)低壓省煤器，實(shí)際上減少了抽汽量，增大了汽機(jī)通流部分的通流量，所以可以改善流場(chǎng)的充滿度，減少流動(dòng)損失，提高低壓部分的內(nèi)效率。

8 結(jié)語

經(jīng)分析660MW級(jí)機(jī)組采用低溫省煤器可以通過加熱凝結(jié)水提高機(jī)組熱效率，節(jié)能、節(jié)水效果顯著，雖在國內(nèi)的運(yùn)用還屬于起步階段，但在國外大機(jī)組上的運(yùn)用已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。隨著國內(nèi)工程的運(yùn)用和推廣，可以積累更多的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步降低設(shè)備造價(jià)，達(dá)到“節(jié)能減排”，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，符合國家節(jié)能減排的政策，具有很好的發(fā)展前景和應(yīng)用推廣價(jià)值。

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