付玉玲， 蔡 巍， 蔣海濤， 賈明華， 褚曉亮， 王 罡， 牛 濤, 楊天亮

(煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司， 山東煙臺(tái) 264006)

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多級(jí)煙氣冷卻器深度回收電站鍋爐排煙余熱

付玉玲， 蔡 巍， 蔣海濤， 賈明華， 褚曉亮， 王 罡， 牛 濤, 楊天亮

(煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司， 山東煙臺(tái) 264006)

利用多級(jí)煙氣冷卻器回收排煙余熱，結(jié)合某典型300 MW機(jī)組，對(duì)煙氣余熱深度利用方法進(jìn)行了具體分析，并對(duì)該機(jī)組采暖期和非采暖期的經(jīng)濟(jì)效益利用等效焓降法進(jìn)行了計(jì)算，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

鍋爐； 排煙余熱； 酸露點(diǎn)； 煙氣冷卻器

“十二五”節(jié)能減排主要目標(biāo)已經(jīng)公布：到2015年，全國(guó)萬(wàn)元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降到0.869 t標(biāo)準(zhǔn)煤(按2005年價(jià)格計(jì)算)，比2010年的1.034 t標(biāo)準(zhǔn)煤下降16%，比2005年的1.276 t標(biāo)準(zhǔn)煤下降32%；“十二五”期間，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源6.7億t標(biāo)準(zhǔn)煤。

電力行業(yè)是能耗大戶，可利用的余熱量巨大。因此，研究電力領(lǐng)域的節(jié)能技術(shù)，充分利用這些余熱余能，提高設(shè)備熱效率，對(duì)節(jié)能、降耗、減排工作具有重要意義。近年來(lái)我國(guó)鍋爐排煙余熱、余能利用技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。目前，利用排煙余熱的技術(shù)方案有很多，比較成熟和有效的是增加省煤器換熱面積和加裝低壓省煤器。低壓省煤器利用排煙余熱有多種形式，用來(lái)加熱汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)低壓加熱器(簡(jiǎn)稱低加)側(cè)的凝結(jié)水最為普遍。

由于低壓省煤器通常布置在鍋爐尾部空氣預(yù)熱器后的煙道，處于溫度較低的區(qū)段，是鍋爐容易發(fā)生低溫腐蝕的區(qū)域。由此，在設(shè)計(jì)低壓省煤器時(shí)需要考慮防止低溫腐蝕。為了避免出現(xiàn)低溫腐蝕，低壓省煤器入口管壁溫度通?？刂圃跓煔馑崧饵c(diǎn)之上。但是，這樣換熱溫差低，回收的熱量不多，造成一定的能源浪費(fèi)。

筆者以某典型300 MW燃煤機(jī)組為研究對(duì)象，探討煙氣余熱深度利用方法以及取得的經(jīng)濟(jì)效益。

1 機(jī)組概況

該300 MW燃煤電站機(jī)組，鍋爐為1 065 t/h亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐、四角切圓燃燒，鍋爐型號(hào)為HG-1056/17.5-HM35。設(shè)計(jì)燃用煤種為褐煤。機(jī)組汽輪機(jī)為亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、直接空冷冷凝式，汽輪機(jī)型號(hào)為NZK300-16.7/537/537。鍋爐實(shí)際燃煤量為193.78 t/h，鍋爐效率為90.73%，設(shè)計(jì)排煙溫度為140 ℃，實(shí)際運(yùn)行排煙溫度為160 ℃。

各級(jí)回?zé)峒訜崞鞯膮?shù)見表1。

電廠汽水流程示意圖見圖1。

表1 各級(jí)回?zé)峒訜崞鲄?shù)

圖1 THA工況下電廠汽輪機(jī)熱平衡圖

機(jī)組煤質(zhì)參數(shù)見表2。

表2 煤質(zhì)參數(shù)

2 煙氣余熱利用及水分回收工程設(shè)計(jì)方案

2.1 酸露點(diǎn)計(jì)算

長(zhǎng)期以來(lái)出現(xiàn)過很多計(jì)算煙氣酸露點(diǎn)的公式。經(jīng)過比較，酸露點(diǎn)計(jì)算采用前蘇聯(lián)1973年鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法，計(jì)算公式如下[1]：

tp=tKOH+Δtp

(1)

式中：tp為煙氣酸露點(diǎn)，℃；tKOH為煙氣中水蒸氣分壓下水蒸氣冷凝溫度，即水露點(diǎn)ted，℃；w(Sn)為燃料的折算硫分，w(Sn)=103w(Sar)/Qnet，表示4 187 kJ/kg熱值下的燃料硫分，%；w(An)為燃料的折算灰分，w(An)=103w(Aar)/Qnet，表示4 187 kJ/kg熱值下的燃料灰分，%；αyH為飛灰占燃料灰分的份額，中國(guó)對(duì)煤粉爐取0.9。

式(1) 中水露點(diǎn)溫度也可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[2]：

ted= -1.210 2+8.406 4γH2O-

(2)

式中：γH2O為煙氣中水蒸氣的份額，在鍋爐熱力計(jì)算中容易算出。

根據(jù)上述公式，酸露點(diǎn)計(jì)算值為102.7 ℃。

2.2 煙氣冷卻器的布置方案

煙氣冷卻器的布置位置受到現(xiàn)場(chǎng)空間的限制，可以根據(jù)下面幾點(diǎn)綜合考慮：

(1) 布置在鍋爐空氣預(yù)熱器與除塵器之間，可以降低進(jìn)入除塵器的煙氣溫度，起到保證除塵器安全運(yùn)行和提高除塵器運(yùn)行效率的作用，同時(shí)減少引風(fēng)機(jī)電耗；但低壓省煤器磨損較為嚴(yán)重。

(2) 布置在除塵器與引風(fēng)機(jī)之間，大大減少了低壓省煤器的磨損和積灰，同時(shí)減少引風(fēng)機(jī)電耗；但如果煙溫降低過多，引風(fēng)機(jī)需要做防腐處理。

(3) 布置在引風(fēng)機(jī)與脫硫塔之間，對(duì)原系統(tǒng)影響較小，但如煙溫降低過多，引風(fēng)機(jī)仍需要做防腐處理。

為防止引風(fēng)機(jī)腐蝕，并且回收煙氣中水蒸氣潛熱、減少粉塵排放，煙氣冷卻器采用二級(jí)布置的方案：第一級(jí)煙氣冷卻器布置在空氣預(yù)熱器和鍋爐除塵器之間，第一次提取煙氣余熱，將煙氣溫度降低到酸露點(diǎn)以上(120 ℃)；第二級(jí)煙氣冷卻器布置在脫硫增壓風(fēng)機(jī)和脫硫塔之間，第二次提取煙氣余熱，將煙氣溫度降到酸露點(diǎn)以下、脫硫塔較佳的工作溫度(85 ℃)。

2.3 煙氣冷卻器材質(zhì)的選擇

煙氣冷卻器材質(zhì)的選用主要考慮傳熱、防磨和低溫腐蝕等問題，受熱面材料根據(jù)所處的環(huán)境不同，選用不同的材料。兩級(jí)煙氣冷卻器都處于低溫腐蝕的環(huán)境中，除塵器前的煙氣冷卻器還要考慮飛灰磨損問題。兩級(jí)煙氣冷卻器采用帶有防腐涂層的普通低碳鋼。

2.4 總體方案分析

煙氣冷卻器采用耐硫酸腐蝕材料，其工作流程為：供暖期，兩級(jí)煙氣冷卻器全部用來(lái)加熱熱網(wǎng)回水，熱網(wǎng)回水依次進(jìn)入第二級(jí)和第一級(jí)煙氣冷卻器吸收煙氣熱量，提高熱網(wǎng)回水溫度，提取煙氣余熱用來(lái)供暖。非供暖期(見圖2)，第一級(jí)和第二級(jí)煙氣冷卻器全部用來(lái)加熱汽輪機(jī)凝結(jié)水，部分凝結(jié)水依次進(jìn)入第二級(jí)和第一級(jí)煙氣冷卻器被煙氣加熱，與6號(hào)低加出口的凝結(jié)水混合，進(jìn)入5號(hào)低加，這樣排擠5、6、7號(hào)低加的回?zé)岢槠浚啓C(jī)多做功，熱耗率減少，發(fā)電煤耗下降。

圖2 非采暖期煙氣冷卻器工作流程示意圖

3 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

3.1 采暖期收益計(jì)算

采暖期回收煙氣熱量，提高供熱能力，得到的收益見表3。

表3 采暖季收益

3.2 非采暖期收益

非采暖期經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算采用等效焓降法[3]，同時(shí)考慮風(fēng)機(jī)和泵的電耗增加，得到的收益見表4。

表4 非采暖季收益

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

綜合采暖季和非采暖季煙氣余熱利用的收益，得到煙氣余熱回收總收益，見表5。

表5 煙氣余熱及水分回收總收益

從上述經(jīng)濟(jì)效益匯總表可以得出，采用上述兩級(jí)煙氣冷卻器布置方案回收煙氣余熱，將機(jī)組排煙溫度從160 ℃降低到85 ℃，降低排煙溫度75 K，供暖季機(jī)組回收煙氣熱量使得供熱功率提升34.6 MW，非供暖季機(jī)組回收煙氣熱量32.77 MW，折合降低全年發(fā)電煤耗率6.23 g/(kW·h)，收益647萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 煙氣余熱深度利用方法，利用防腐蝕的多級(jí)余熱回收裝置，將排煙余熱降低到酸露點(diǎn)以下，實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的多次回收，達(dá)到深度利用煙氣余熱的目的。

(2) 煙氣余熱的利用實(shí)現(xiàn)多樣化，如提取煙氣的余熱在非供暖期用于加熱凝結(jié)水，減少汽輪機(jī)熱耗率，降低發(fā)電煤耗率；在供暖期用于加熱熱網(wǎng)回水，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大供熱。

(3) 根據(jù)煙氣換熱器所處的環(huán)境不同，受熱面選用耐酸腐蝕的材料，可以較好地解決低溫?zé)煔庥酂峄厥者^程中出現(xiàn)的低溫腐蝕難題。

(4) 煙氣余熱深度利用的方法，能降低排煙溫度至脫硫系統(tǒng)合適的工作溫度附近，提高了脫硫系統(tǒng)的工作效率。

[1] 佚名. 鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法[M]. 北京鍋爐廠設(shè)計(jì)科, 譯.原蘇聯(lián)1973年版.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1976.

[2] 蔣安眾,王罡,石書雨,等. 鍋爐煙氣酸露點(diǎn)溫度計(jì)算公式的研究[J]. 鍋爐技術(shù),2009,40(5): 11-13,17.

[3] 林萬(wàn)超. 火電廠熱系統(tǒng)定量分析[M]. 西安: 西安交通大學(xué)出版社,1985.

Waste Heat Recovery from Utility Boilers with Multi-stage Flue Gas Coolers

Fu Yuling, Cai Wei, Jiang Haitao, Jia Minghua, Chu Xiaoliang,Wang Gang, Niu Tao, Yang Tianliang

(Yantai Longyuan Power Technology Co., Ltd., Yantai 264006, Shandong Province, China)

Multi-stage flue gas coolers were used to recover the waste heat from utility boilers. Based on a typical 300 MW unit, an analysis was conducted on deep utilization of waste heat in the flue gas, and the economic benefits of this unit during heating and non-heating period were proved to be remarkable, based on calculation using equivalent enthalpy drop method.

boiler; waste heat in flue gas; acid dew point; flue gas cooler

2016-05-05；

2016-06-20

付玉玲(1981—)，女，高級(jí)工程師，主要從事煙氣余熱及鍋爐熱力計(jì)算相關(guān)研究。

E-mail: chengzhang99@163.com

X706

A

1671-086X(2017)02-0107-03