李寶珠

河北筑能工程技術(shù)有限公司 河北 石家莊 050000

1.前言

火力發(fā)電廠鍋爐排煙溫度約為120～150℃，排煙熱損失約占整個(gè)鍋爐熱損失的4～5%，這部分熱量具有很大回收利用的潛力。采取先進(jìn)的工藝技術(shù)降低排煙溫度，不僅可回收余熱，而且可以降低脫硫系統(tǒng)耗水量。同時(shí)，可降低除塵器煙道入口的煙氣溫度，可以降低煙氣量，減少下游引風(fēng)機(jī)電耗。

2.煙氣余熱回收技術(shù)概述

2.1 基本原理

圖1 鍋爐煙氣余熱回收的基本原理

從圖1可見，燃煤發(fā)電廠煙氣余熱回收的基本原理就是回收鍋爐排煙的熱量，將鍋爐排煙溫度降至85℃左右再進(jìn)入脫硫塔。回收的熱量常用于加熱凝結(jié)水，減少汽輪機(jī)低加的抽汽量，增加機(jī)組的發(fā)電功率，從而達(dá)到節(jié)煤節(jié)水的目的。

2.2 低溫省煤器余熱回收系統(tǒng)方案

當(dāng)前主要的熱交換工藝方式有兩種：一次循環(huán)熱交換（直接）和二次循環(huán)熱交換（間接）。

1）一次循環(huán)（直接）換熱

優(yōu)點(diǎn)：換熱效率較高，投資少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：對(duì)低溫省煤器的耐腐蝕性、耐壓性要求比較高；凝結(jié)水切換時(shí)，若操作不當(dāng)，易污染凝結(jié)水水質(zhì)，對(duì)操作人員的技能水平要求較高，初次投入時(shí)需凝結(jié)水沖洗；系統(tǒng)的安全性一般。

2）二次循環(huán)（間接）換熱

優(yōu)點(diǎn)：對(duì)低溫省煤器的耐腐蝕性、耐壓性要求比較低，維檢方便，水源各自獨(dú)立，系統(tǒng)的安全性較高。

缺點(diǎn)：間接換熱，熱效率低，投資較高，控制復(fù)雜。

經(jīng)調(diào)研，在火力發(fā)電廠實(shí)際生產(chǎn)中，鍋爐尾部煙氣屬于低品位熱能，對(duì)于低品位熱能的利用及回收需付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)相對(duì)較高，若再采用間接換熱方式，初始投資高，換熱效率較低。因此可通過對(duì)低溫省煤器進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，在充分計(jì)算鍋爐煙氣中的酸露對(duì)其腐蝕影響的情況下，使其滿足煙氣與凝結(jié)水直接換熱的要求，推薦采用一次循環(huán)換熱方式。

3.安裝低溫省煤器后能耗狀況分析

低溫省煤器布置在除塵器前，必然增加煙氣阻力，同時(shí)由于煙氣溫度的降低，煙氣體積流量會(huì)隨之減少，因此在進(jìn)行低溫省煤器節(jié)能計(jì)算的時(shí)候需要考慮三個(gè)方面的問題：一是安裝低溫省煤器回收的煙氣余熱，加熱凝結(jié)水最終的熱能利用；二是由于安裝低溫省煤器，造成引風(fēng)機(jī)出力增加，由此造成引風(fēng)機(jī)耗電量增加；三是由于安裝低溫省煤器，水側(cè)設(shè)計(jì)方案為主路截流取水，因此會(huì)增加凝結(jié)水泵能耗，因此需要計(jì)算水泵增加的能耗。

綜合考慮計(jì)算煙、水、電三個(gè)方面的能量轉(zhuǎn)換，計(jì)算得與失，能夠比較客觀的計(jì)算出安裝低溫省煤器后的經(jīng)濟(jì)效益。

4.示例

以定州某火力發(fā)電廠低溫省煤器節(jié)能改造項(xiàng)目為例，該發(fā)電廠安裝2×600MW亞臨界參數(shù)國產(chǎn)燃煤機(jī)組及2×660MW國產(chǎn)超臨界直接空冷機(jī)組。每臺(tái)機(jī)組設(shè)1臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)，每套脫硫系統(tǒng)的煙氣處理能力為相應(yīng)機(jī)組鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量時(shí)100%煙氣量。

該電廠低溫省煤器改造方案如下：在空氣預(yù)熱器后，電除塵器的入口前增設(shè)低溫省煤器，回收煙氣余熱，每臺(tái)爐配4臺(tái)低溫省煤器。凝結(jié)水由7號(hào)低加進(jìn)口和7號(hào)低加出口處抽取，在7號(hào)低加進(jìn)口管道及出口管道上分別設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)進(jìn)、出口的凝結(jié)水流量，使得最終進(jìn)入低溫省煤器內(nèi)的凝結(jié)水溫度達(dá)到75℃（可調(diào)），滿足低溫省煤器的系統(tǒng)要求。凝結(jié)水流入低溫省煤器，從低溫到高溫，溫度由75℃上升至108.5℃（可調(diào)），然后引入6號(hào)低加入口。

4.1 額定工況節(jié)約功率計(jì)算

BMCR工況從#7低加入口取水557.77t/h，溫度56℃，從#7低加出口取水314.69t/h，溫度108.5℃，混合至75℃，總水量872.46t/h。根據(jù)凝結(jié)水取水方案可知，從#7低加入口取水，會(huì)排擠#7低加部分抽汽。因此，煙氣余熱利用方案的節(jié)約發(fā)電煤耗計(jì)算如下：

1）7號(hào)低加排擠的抽汽量Gp7

Gp7=557770×（456.2-234.4）/（2758.6-257.5）=49463.59kg/h

式中 557770 kg/h—從7號(hào)低加入口取的凝結(jié)水量；

234.4 kJ/kg—7號(hào)低加入口水焓；

456.2 kJ/kg—7號(hào)低加出口水焓；

2758.6 kJ/kg—7號(hào)低加抽汽焓；

257.5 kJ/kg—7號(hào)低加疏水焓。

2）節(jié)約蒸汽做功W1

W1=（49463.59×2758.6-49463.59×2443.2）/3600=4333.56kW

式中2443.2kJ/kg為BMCR工況乏汽焓。

4.2 引風(fēng)機(jī)增加能耗

在除塵器前布置低溫省煤器，引風(fēng)機(jī)處煙溫由131℃降到90℃左右，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程 PV/T=C，單位時(shí)間內(nèi)煙氣流量將減少約10.14%。由此，煙氣流量減少而空出引風(fēng)機(jī)出力4500×10.14%=456.3Pa（4500Pa為引風(fēng)機(jī)BMCR工況出力）。BMCR工況運(yùn)行時(shí)，低溫省煤器設(shè)計(jì)阻力為509Pa，因此加裝低溫省煤器后增加引風(fēng)機(jī)負(fù)擔(dān)為509-456.3=52.7Pa，即加裝低溫省煤器后，運(yùn)行時(shí)增加引風(fēng)機(jī)出力52.7Pa。

聯(lián)軸器連接時(shí)，取0.95～0.98；用三角皮帶傳動(dòng)時(shí)，取0.90～0.95；用皮帶傳動(dòng)時(shí)，取0.8；

V——引風(fēng)機(jī)風(fēng)量，m3/h；

H——引風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Pa。

引風(fēng)機(jī)增加功率計(jì)算如下：

式中：544950 Nm3/h——鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)時(shí)每臺(tái)省煤器入口煙氣量；

90℃——鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)時(shí)除塵器入口煙溫；

53 Pa ——低溫省煤器運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)增加的出力；

1.1 ——電動(dòng)機(jī)備用系數(shù)；

9.81 ——重力加速度值；

273.15 ——開爾文溫度；

0.9 ——電動(dòng)機(jī)效率。

4.3 水泵增加能耗

由于水側(cè)設(shè)計(jì)方案為主路截流取水，因此會(huì)增加凝結(jié)水泵能耗，增加能耗如下：

1） 凝結(jié)水泵增加功率

P1=9.81×20/3600/0.85×1651=106 kW

式中 20 m ——凝結(jié)水泵增加的揚(yáng)程；

0.85 ——凝結(jié)水增壓泵效率；

1651 t/h——BMCR工況凝結(jié)水泵流量。

2）新增熱媒增壓水泵功率

熱媒增壓泵及輔助循環(huán)泵用于凝結(jié)水在低加與低溫省煤器循環(huán)出力，額定工況運(yùn)行時(shí)凝結(jié)水流量為872.46t/h，熱媒增壓泵及輔助循環(huán)泵額定工況下單臺(tái)流量1460t/h，按照額定工況計(jì)算，需要系數(shù)為0.6。

P2=450kW×0.6=270kW。

3）新增熱媒輔助水泵功率

P3=132kW×0.6=79.2kW。

4.4 技改綜合能耗計(jì)算

節(jié)約功率為4333.56kW，引風(fēng)機(jī)增加能耗為60kW，水泵增加能耗為106+270+79.2=455.2kW。按照年利用小時(shí)數(shù)5500h計(jì)算，可發(fā)電（4333.56-60-455.2）×5500=2100.10萬kWh。根據(jù)中電聯(lián)2018年全國電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)快報(bào)，電廠供電標(biāo)煤耗308g/kWh；折標(biāo)系數(shù)暫按3.08tce/萬kWh計(jì)算，折標(biāo)煤6468.30t/a。

5.結(jié)語

節(jié)能已成為時(shí)代的主題，緩解能源供需矛盾，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)健康發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)。對(duì)于耗能大戶的節(jié)能技術(shù)改造方興未艾，在計(jì)算節(jié)能相關(guān)指標(biāo)時(shí)需要多方考慮，謹(jǐn)慎細(xì)心計(jì)算。新增設(shè)備能耗以及由于新增設(shè)備導(dǎo)致系統(tǒng)其他設(shè)備出力增加的能耗都需要進(jìn)行逐一核算。