劉 濤，熊 巍

（1．淮浙煤電有限責(zé)任公司鳳臺發(fā)電分公司，安徽淮南 232001；2．上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院，上海 200240）

660MW機組加裝煙氣回?zé)嵯到y(tǒng)的經(jīng)濟性和安全性分析

劉 濤1，熊 巍2

（1．淮浙煤電有限責(zé)任公司鳳臺發(fā)電分公司，安徽淮南 232001；2．上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院，上海 200240）

分析了某660MW機組采用煙氣余熱回收系統(tǒng)來降低機組供電煤耗，并投入實際使用，結(jié)果表明：煙氣余熱回收系統(tǒng)可以有效降低進(jìn)入脫硫塔的入口煙溫35～43K，回收的熱量用于提高凝結(jié)水水溫，可使汽輪機熱耗率下降62～77kJ／（kW·h），機組供電煤耗最高可降低2．8g／（kW·h）；同時減少脫硫系統(tǒng)耗水量40t／h；控制傳熱管的最低金屬壁溫高于煙氣酸露點溫度，還可以有效防止低溫腐蝕。

鍋爐；余熱回收；低溫省煤器；供電煤耗

目前火電廠鍋爐效率可達(dá)到90%以上，但是在鍋爐各項熱損失中，排煙損失仍然較大，而鍋爐排煙溫度是影響排煙熱損失的關(guān)鍵因素。超臨界鍋爐排煙溫度的設(shè)計值一般為120～130℃，但由于受燃料特性改變及運行環(huán)境變化，實際運行一段時間后會超過130℃，夏季甚至高出140℃。一般排煙溫度每升高20K，鍋爐效率下降1．1%左右，鍋爐煤耗增加，經(jīng)濟性下降。因此降低排煙溫度、回收煙氣余熱對于節(jié)約鍋爐燃料、降低污染排放具有重要的意義。

降低排煙溫度的方法很多，可以采用前置式熱管空氣預(yù)熱器，或者采用吹灰器提高受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，或者增加省煤器面積，或者加裝低溫省煤器［1］。但前三種方案排煙溫度降低有限，加裝低溫省煤器可以大幅度降低排煙溫度，在中小機組中得到了廣泛應(yīng)用，并取得較好的經(jīng)濟效益。大型機組中加裝低溫省煤器的應(yīng)用較少，筆者結(jié)合工程實踐分析了低溫省煤器在660MW機組中的應(yīng)用情況。

1 煙氣余熱回收系統(tǒng)對機組熱經(jīng)濟性影響分析

1．1 熱經(jīng)濟性分析計算方法

圖1為低溫省煤器與7號低壓加熱器（簡稱低加）連接系統(tǒng)圖。

圖1 低溫省煤器7號低加連接系統(tǒng)簡圖

圖1 中，低溫省煤器出口溫度為td，混合前低加出口溫度為ti，7號低加進(jìn)口水溫為ti′，這時7號低加疏水溫度為：

式中：tdj－1為7號低加疏水溫度，℃；ti′為混合點后的凝結(jié)水溫度，℃；△td為加熱器的下端差，K。

對于7號低加，其能量平衡計算式為：

式中：τ為凝結(jié)水流經(jīng)加熱器后的焓升，kJ／kg；hwi+1為7號低加出口凝結(jié)水焓，kJ／kg；hwi′為7號低加進(jìn)口凝結(jié)水焓，kJ／kg；q為抽汽在加熱器的放熱量，kJ／kg；hj為7號低加抽汽焓值，kJ／kg；hdj－1為7號低加疏水焓值，kJ／kg；γ為疏水在加熱器中的放熱量，kJ／kg；hdj+1為7號低加上一級低加疏水焓值，kJ／kg。

利用反平衡計算的循環(huán)效率為：

式中：Q為循環(huán)加入熱量，即鍋爐吸收的熱量，kJ／kg；Qy為外部加入的余熱，kJ／kg；n為回?zé)峒訜岬募墧?shù)；∑Qn為冷源損失總和，包括汽輪機的冷源損失、給水泵汽輪機的冷源損失和疏水冷卻損失等，kJ／kg。

經(jīng)濟指標(biāo)的計算一般包括循環(huán)效率、汽耗率、熱耗率和發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率。循環(huán)效率的計算按式（5）。

機組的汽耗率d 為：

式中：D0為主蒸汽流量，kg／s；N0為機組功率，kW。

機組的熱耗率為：

發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率為：

式中：ηd為鍋爐效率，%；ηgd為管道效率，%。

1．2 煙氣余熱回收系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析

某660MW機組加裝低溫省煤器后的煙氣余熱回收系統(tǒng)見圖2。

圖2 660MW機組煙氣余熱回收系統(tǒng)圖

為了最大限度回收利用煙氣余熱，低溫省煤器串聯(lián)布置在7號低加和6號低加之間的凝結(jié)水管道之間。

同時，為了增加低溫省煤器在不同工況下運行的可靠性，在7號低加和6號低加凝結(jié)水管道之間增設(shè)調(diào)節(jié)旁路，根據(jù)機組的不同運行工況，調(diào)整流入低溫省煤器的凝結(jié)水流量，可以較好地控制低溫省煤器出口煙氣溫度。

另外，從5號低加出口經(jīng)過循環(huán)泵引入一部分凝結(jié)水，與來自7號低加出口的凝結(jié)水混合，可以控制低溫省煤器的進(jìn)口水溫，防止低溫省煤器內(nèi)部金屬傳熱管由于壁溫過低而發(fā)生低溫腐蝕，以保護低溫省煤器運行的安全性。

煙氣余熱通過低溫省煤器被回收進(jìn)入回?zé)嵯到y(tǒng)中，可以減少低加抽汽，增加蒸汽做功量，機組循環(huán)的吸熱量會大大增加［2］。盡管低溫省煤器在煙氣側(cè)和凝結(jié)水側(cè)的阻力會增加引風(fēng)機和凝結(jié)水泵的功耗，但是回收的熱量足以彌補這二者的不利影響，所以機組的經(jīng)濟性仍然顯著改善。

以某660MW機組汽輪機VWO工況下的熱平衡圖為例，加裝低溫省煤器前后各級低加運行參數(shù)比較見表1（高、中壓缸進(jìn)汽參數(shù)不變）。

表1 加裝低溫省煤器前后各級低加運行參數(shù)比較（VWO工況）

表1 （續(xù)）

由表1可見：加裝低溫省煤器后，除7、8號低加抽汽分別增加了1．184kg／s和1．66kg／s外，5、6號低加抽汽分別減少0．1kg／s和14．447 kg／s，低加少抽的蒸汽繼續(xù)在汽輪機內(nèi)做功。根據(jù)VWO工況熱平衡圖計算，低加少抽汽可以增加發(fā)電量7．827MW，降低發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗2．9g。

該機組在THA工況運行時，加裝低溫省煤器后實際運行參數(shù)見表2。

表2 低溫省煤器在THA試驗工況實際運行參數(shù)

由表2可見：煙氣余熱回收的熱量為22．67 MJ／s，根據(jù)某熱工院的性能試驗結(jié)果，在THA工況下，汽輪機熱耗率降低了62kJ／（kW·h），由此降低發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗2．3g／（kW·h）。低溫省煤器回收了部分煙氣熱量，節(jié)約了燃煤，其經(jīng)濟效益非常明顯。

在THA試驗工況下，低溫省煤器的入口煙溫為127．6℃，還沒有達(dá)到設(shè)計的低溫省煤器入口煙溫（135℃），凝結(jié)水入口溫度為75．6℃，也高于設(shè)計的入口水溫（70℃）。在煙氣流量和凝結(jié)水流量不變的情況下，根據(jù)實際運行參數(shù)的修正結(jié)果見表3。

由表3可見：修正了入口煙氣溫度和入口凝結(jié)水溫后，煙氣換熱器回收的熱量為28．04MJ／s，同樣工況下，汽輪機熱耗率可以降低77kJ／（kW·h），由此降低發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗2．8g／（kW·h）。

表3 低溫省煤器在THA試驗工況參數(shù)修正后結(jié)果

1．3 煙氣余熱回收系統(tǒng)的節(jié)水分析

煙氣在脫硫塔內(nèi)的脫硫過程是在飽和狀態(tài)下進(jìn)行的，煙氣從脫硫塔出來的狀態(tài)也是飽和狀態(tài)。當(dāng)煙氣在煙道內(nèi)流動并由于散熱而溫度有所降低時，產(chǎn)生大量的蒸汽凝結(jié)成水。因此，加裝低溫省煤器后，進(jìn)入吸收塔的煙氣溫度降低，可以節(jié)約大量的脫硫工業(yè)水［3］。

脫硫塔入口煙氣參數(shù)與水耗量計算公式如下：

式中：D為煙氣降溫需要的汽化水量，t／h；W為煙氣流量，m3／h；c為煙氣比熱容，kJ／（kg·K）；tj為進(jìn)口煙氣溫度，℃；tb為水蒸氣飽和狀態(tài)對應(yīng)的煙氣溫度，℃；iq為tb溫度下水的汽化潛熱，kJ／kg。

該機組加裝低溫省煤器后，煙氣溫度從135℃降低至92．6℃，根據(jù)上式的計算結(jié)果見表4，單臺機組可節(jié)約工業(yè)水40t／h。

表4 脫硫塔入口煙氣參數(shù)與水耗量計算的結(jié)果

表4 （續(xù)）

2 煙氣余熱回收系統(tǒng)對機組安全性影響分析

2．1 酸露點和低溫腐蝕問題

鍋爐尾部煙道受熱面的低溫腐蝕問題是影響低溫省煤器安全運行的關(guān)鍵因素。低溫腐蝕是煙氣中含有的水蒸氣和硫酸蒸氣引發(fā)的一種化學(xué)反應(yīng)。低溫腐蝕的嚴(yán)重程度與煙氣成分有關(guān)，具體反映在煙氣露點溫度的高低。煙氣露點溫度高，表明煙氣具有嚴(yán)重低溫腐蝕傾向；煙氣露點溫度低，說明煙氣的低溫腐蝕特性不嚴(yán)重。有關(guān)酸露點溫度的計算公式很多，根據(jù)有關(guān)計算公式，針對某660MW機組設(shè)計煤種（煤燃料特性見表5）計算的酸露點溫度為65℃。

表5 機組煤燃料特性（設(shè)計煤種）

在實際應(yīng)用中，低溫腐蝕速率又和金屬傳熱管最低管壁溫度有關(guān)。根據(jù)最新的工程實踐經(jīng)驗，認(rèn)為只要低溫省煤器設(shè)計合理、運行得當(dāng)，并且采用壁溫自動控制措施，在線嚴(yán)格自動控制傳熱管金屬壁溫高于煙氣露點溫度，就一定能夠防止發(fā)生煙氣低溫腐蝕，保證安全運行。

2．2 低溫省煤器傳熱管的磨損問題

由于低溫省煤器布置在鍋爐尾部煙道中，不可避免地會因為煙氣的沖刷造成磨損，特別是當(dāng)?shù)蜏厥∶浩鞑贾迷陔姵龎m器入口的時候，磨損會加劇。實際應(yīng)用中，可以采取以下措施：

（1）采用較低的平均煙速，磨損速度則按3．3次方關(guān)系迅速降低。

（2）采用大管徑、厚壁管，磨損速度與管徑成反比。

（3）在低溫省煤器迎風(fēng)面安裝防磨假管，可以有效地減輕低溫省煤器傳熱管的磨損。

3 結(jié)語

某新建電廠660MW機組采用煙氣余熱回收系統(tǒng)后，可以有效降低進(jìn)入脫硫塔的入口煙溫35～43K，回收的熱量用于提高凝結(jié)水水溫，可使汽輪機熱耗率下降62～77kJ／（kW·h），機組供電煤耗最高可降低2．8g／（kW·h），同時減少脫硫系統(tǒng)耗水量40t／h。

對其安全性的分析表明：控制傳熱管的最低金屬壁溫高于煙氣露點溫度，可以防止發(fā)生低溫腐蝕現(xiàn)象；同時建議通過設(shè)計合理的煙氣流速，采用大管徑和厚壁管，并且在迎風(fēng)面加裝防磨假管等措施，減輕傳熱管在煙道內(nèi)的磨損。

［1］劉鶴忠，連正權(quán) ．低溫省煤器在火力發(fā)電廠中的運用探討［J］．電力勘測設(shè)計，2010（4）：32－38．

［2］趙之軍，馮偉忠，張玲，等 ．電站鍋爐排煙余熱回收的理論分析與工程實踐［J］．動力工程，2009，29（11）：994－997．

［3］呂明，趙之軍，殷國強，等 ．濕法脫硫系統(tǒng)中降低進(jìn)口煙氣溫度節(jié)水的分析與試驗［J］．動力工程學(xué)報，2010，30（9）：695－698．

Analysis on Economy and Safety of a 660MW Unit due to Addition of Flue Gas Heat Recovery System

Liu Tao，Xiong Wei
（1．Huaizhe Coal ＆Power Fengtai Power Co．，Ltd．，Huainan 232001，Anhui Province，China；2．Shanghai Power Equipment Research Institute，Shanghai 200240，China）

To reduce the coal consumption for power supply of a 660 MW unit，a flue gas heat recovery system was added and put into operation．Results show that via the heat recovery system，the flue gas temperature at desulfurization tower inlet can be reduced by 35－43 K，and the recovered heat can be used to rise the condensate water temperature，thus lowering the turbine heat consumption rate by 62－77 kJ／（kW· h），and the coal consumption for power supply by 2．8 g／（kW·h）at most，and accordingly reducing the water consumption of desulfurization system by 40 t／h．Moreover，the low－temperature corrosion of heattransfer pipes can also be prevented by controlling the lowest tube wall temperature to be higher than the flue gas acid dew point．

boiler；waste heat recovery；low－temperature economizer；coal consumption for power supply

TK212

A

1671－086X（2015）01－0049－04

2014－07－29

劉 濤（1979—），男，工程師，主要從事電力建設(shè)和設(shè)備管理工作。E－mail：ltlt20062006@163．com