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        1 000 MW 超超臨界二次再熱燃煤機(jī)組煙氣余熱利用研究

        2019-11-11 09:13:18李洪泉
        山東電力技術(shù) 2019年10期
        關(guān)鍵詞:煙溫省煤器凝結(jié)水

        李洪泉

        (華電萊州發(fā)電有限公司,山東 萊州 261400)

        0 引言

        以煤炭為燃料進(jìn)行發(fā)電轉(zhuǎn)換的機(jī)組是我國(guó)電力系統(tǒng)能源格局中極為重要的組成部分,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,采用節(jié)能高效的燃煤發(fā)電機(jī)組成為必然趨勢(shì)。據(jù)測(cè)算,燃煤機(jī)組燃燒釋放熱量只有約1/3 直接轉(zhuǎn)化為電能,其余熱量均以煙氣與其他散熱形式進(jìn)入大氣環(huán)境中,因此研究煙氣余熱利用對(duì)于燃煤機(jī)組節(jié)能降耗、降低發(fā)電煤耗、提高經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益具有重要意義[1]。

        目前煙氣余熱利用研究較多,基本可以概括為利用相應(yīng)的加熱設(shè)備對(duì)工質(zhì)進(jìn)行加熱,以此獲取熱量的再利用。上述加熱設(shè)備的布置形式及裝置中加熱的工質(zhì)不同,熱量回收效率及機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益也不同。同時(shí)由于燃煤發(fā)電機(jī)組煙氣余熱所含熱量基數(shù)較大,提高其熱量回收效率經(jīng)濟(jì)效益可觀。

        1 煙氣余熱回收裝置布置

        由于燃煤機(jī)組的特性及燃燒特點(diǎn),一般選取低溫省煤器作為煙氣余熱回收裝置,依據(jù)其布置的位置不同,共有4 種不同方案[2]。

        方案Ⅰ為電除塵器前水平煙道布置低溫省煤器。方案回收裝置位置如圖1 所示,此種布置方式可降低電除塵入口煙溫,提高除塵率,但由于煙氣露點(diǎn)溫度的限制,此種布置方式對(duì)煙氣熱量回收效果并不好,同時(shí)由于煙溫的降低,容易造成低溫省煤器堵灰,同時(shí)為保證送、引風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行,還需對(duì)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行低溫防腐處理,故不推薦使用。

        方案Ⅱ裝置布置位置如圖2 所示,此種方式雖可解決低溫省煤器堵灰等問(wèn)題,但無(wú)法降低煙溫,無(wú)法提高電除塵率,同時(shí)此種布置方式危險(xiǎn)系數(shù)較高,一旦低溫省煤器發(fā)生泄漏,加熱介質(zhì)進(jìn)入風(fēng)機(jī),對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行不利,故也不能使用[3-4]。

        圖1 低溫省煤器布置方案Ⅰ

        圖2 低溫省煤器布置方式案Ⅱ

        方案Ⅲ如圖3 所示,低溫省煤器布置在兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出口煙道匯合之后,脫硫塔入口之間,此種低溫省煤器布置方式,優(yōu)點(diǎn)在于可通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的板材來(lái)提高熱量回收效果,進(jìn)行余熱回收,同時(shí)由于煙氣中的堿性顆粒幾乎被除塵器捕捉,低溫省煤器不易堵灰,但由于回收裝置靠近吸收塔,電除塵入口煙溫?zé)o法適當(dāng)降低,與方式一相比除塵率有所下降[5]。

        圖3 低溫省煤器布置方案Ⅲ

        綜合比較上述低溫省煤器布置方案優(yōu)缺利弊,借鑒上述方案的成功之處,將低溫省煤器分兩級(jí)進(jìn)行布置,兩級(jí)低溫省煤器分別位于電除塵前與引風(fēng)機(jī)后,此種布置方式視為方案Ⅳ,連接方式如圖4 所示。該方案既可降煙溫提高除塵率,又可對(duì)煙氣余熱進(jìn)行充分回收[6-7]。雖然此種低溫省煤器布置方式造價(jià)相對(duì)較高,但是煙氣相比之前的熱值有所下降,此時(shí)低溫省煤器中氣體通流量也會(huì)呈現(xiàn)同樣趨勢(shì),同樣由于上述低溫省煤器的布置導(dǎo)致尾部煙氣流動(dòng)受到限制,風(fēng)煙系統(tǒng)的出力會(huì)降低,可節(jié)約廠用電,與造價(jià)成本進(jìn)行對(duì)沖,因此采用上述方法對(duì)尾部煙道煙氣進(jìn)行回收,既可提高除塵率又可充分回收煙氣余熱。

        圖4 低溫省煤器布置方案Ⅳ

        2 低溫省煤器加熱介質(zhì)選擇

        在確定煙氣余熱回收裝置—低溫省煤器進(jìn)行分級(jí)布置的方案后,為進(jìn)一步研究煙氣余熱回收,還需對(duì)煙氣余熱回收裝置的加熱介質(zhì)進(jìn)行對(duì)比,以便確定最佳余熱回收方案。

        2.1 加熱凝結(jié)水進(jìn)行煙氣余熱回收分析

        在電除塵器前余熱脫硫吸收塔前的兩級(jí)低溫省煤器中均通入凝結(jié)水,作為加熱介質(zhì),此種煙氣余熱回收方案比較常見(jiàn)。依據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行參數(shù)作為計(jì)算參考,電除塵前的一級(jí)低溫省煤器,汽輪機(jī)熱耗保證工況下進(jìn)入一級(jí)低溫省煤器的煙氣溫度,經(jīng)過(guò)凝結(jié)水吸收熱量后,電除塵出口煙溫分別為116 ℃、105 ℃,在脫硫吸收塔前的二級(jí)低溫省煤器,考慮除塵器溫降及引風(fēng)機(jī)溫升后且兼顧煙氣脫硫效果,一般其出口煙溫控制在85 ℃。

        上述兩個(gè)低溫省煤器均通入凝結(jié)水以進(jìn)行熱量傳遞,可提高熱量回收效果,經(jīng)計(jì)算,兩級(jí)低溫省煤器所回收熱量約為136 GJ/h,可節(jié)約燃煤消耗1.2 g/kWh,同時(shí)單元機(jī)組用于脫硫耗水相比之前可節(jié)省50 t/h,如圖5 所示。

        圖5 加熱凝結(jié)水結(jié)構(gòu)

        2.2 水—風(fēng)混合加熱節(jié)能分析

        布置的一級(jí)低溫省煤器加熱機(jī)側(cè)給水,脫硫吸收塔前二級(jí)低溫省煤器加熱風(fēng)煙系統(tǒng),由于第二級(jí)省煤器加熱鍋爐進(jìn)風(fēng),此時(shí)會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)熱耗保證工況下空預(yù)器出口煙溫升高24 ℃。上述回收裝置的第一級(jí)低溫省煤器,汽輪機(jī)熱耗保證工況下進(jìn)口煙溫約為140 ℃,出口煙溫105 ℃,由于在第二級(jí)省煤器之前相應(yīng)設(shè)備對(duì)煙溫的影響后煙溫升高為110 ℃,同時(shí)考慮脫硫效果,煙溫應(yīng)控制85 ℃。

        此種煙氣余熱回收方案,在電除塵器前加熱凝結(jié)水以回收部分熱量,進(jìn)而降低機(jī)組熱耗,脫硫前二級(jí)低溫省煤器加熱送風(fēng)機(jī)冷風(fēng),提高空預(yù)器進(jìn)口冷一次風(fēng)溫度,鍋爐頂部出煙溫度在汽輪機(jī)熱耗保證工況下比116 ℃升高24 ℃,這樣煙氣余熱與凝結(jié)水熱量的交換量會(huì)得到提高,進(jìn)而增加能量的能級(jí)。

        試驗(yàn)表明,吸收塔前低溫省煤器交換的熱能約為100 GJ/h,此部分熱量與鍋爐送風(fēng)在進(jìn)行交換可提高其溫度;電除塵前低溫省煤器交換的熱量相比二級(jí)省煤器更高一些到達(dá)132 GJ/h,通過(guò)上述余熱回收與交換可以進(jìn)行一步節(jié)約機(jī)組煤耗約為1.56 g/kWh,脫硫耗水相比也會(huì)得到相應(yīng)下降,此種煙氣余熱回收方式結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

        圖6 加熱水—風(fēng)結(jié)構(gòu)示意

        3 煙氣余熱回收裝置投資與收益比較

        水—風(fēng)混合加熱相對(duì)凝結(jié)水及給水加熱,節(jié)能效果較為明顯。以同等發(fā)電量作為衡量標(biāo)尺,此方案更加節(jié)煤。脫硫最佳效率與入口煙溫是否合理有直接關(guān)系,由于上述分級(jí)省煤器對(duì)煙氣的吸收與氣體阻力,脫硫吸收塔的入口煙溫也會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì),顯著減少了脫硫煙溫減溫水的使用量,所以此方案節(jié)水,可降低機(jī)組耗水量。

        3.1 脫硫系統(tǒng)節(jié)水比較

        脫硫吸收塔最佳反應(yīng)溫度在45~50 ℃,THA 工況下,引風(fēng)機(jī)出口煙溫可達(dá)到116.4 ℃,因此為提高脫硫反應(yīng)效果,需在煙氣入口側(cè)進(jìn)行噴水降溫,此過(guò)程會(huì)消耗較多用水。通過(guò)設(shè)置二級(jí)低溫省煤器,降低引風(fēng)機(jī)出口煙溫,進(jìn)而達(dá)到脫硫節(jié)水的目的,進(jìn)行測(cè)算時(shí)以機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)5 500 h 進(jìn)行計(jì)算,水—風(fēng)混合加熱節(jié)能方案對(duì)于脫硫節(jié)水統(tǒng)計(jì)如表1所示。

        表1 水—風(fēng)混合加熱方案脫硫節(jié)水統(tǒng)計(jì)

        設(shè)置低溫省煤器后,1 臺(tái)機(jī)組年節(jié)水27.5 萬(wàn)t,可從用水方面每年節(jié)約成本約50 多萬(wàn)元。

        3.2 水—風(fēng)混合加熱節(jié)能方案節(jié)煤統(tǒng)計(jì)

        煙氣余熱回收后對(duì)凝結(jié)水及給水進(jìn)行加熱,降低了機(jī)組各段蒸汽的使用量,同時(shí)降低了機(jī)組單位煤耗。在汽輪機(jī)熱耗保證工況下且對(duì)標(biāo)同等發(fā)電量,機(jī)組節(jié)煤收益如表2 所示。

        表2 兩種不同節(jié)能方案節(jié)煤對(duì)比

        從表2 對(duì)比可以看出,水—風(fēng)混合加熱節(jié)能方案對(duì)于機(jī)組煤耗的降低較為明顯,年節(jié)煤費(fèi)用600.6 萬(wàn)元。因此使用此方案進(jìn)行煙氣余熱回收,機(jī)組節(jié)煤節(jié)水效果明顯。

        3.3 節(jié)能設(shè)備投資與成本回收

        3.3.1 節(jié)能設(shè)備投資統(tǒng)計(jì)

        由于低溫省煤器的存在,增加煙氣阻力約800 Pa,單位時(shí)間內(nèi)引風(fēng)機(jī)的耗電量同比增加,由于煙溫降低,需對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行防低溫腐蝕處理,此部分費(fèi)用為65 萬(wàn)元。設(shè)備花費(fèi)如表3 所示。

        表3 兩種不同節(jié)能方案硬件初始投資

        3.3.2 成本回收年限計(jì)算

        煙氣余熱回收成本

        式中:A 為年節(jié)省費(fèi)用;P 為初始投資;I 為年利率;n為投資回收年限。兩種不同節(jié)能方案花費(fèi)與收益對(duì)比見(jiàn)表4,從表4 可以看出水—風(fēng)混合加熱技能方案從節(jié)能費(fèi)用、投資回報(bào)年限均具有優(yōu)勢(shì)。

        表4 兩種不同節(jié)能方案花費(fèi)與收益對(duì)比

        4 結(jié)語(yǔ)

        煙氣余熱利用是火力發(fā)電企業(yè)節(jié)能減排的一個(gè)重要課題。為深入研究此問(wèn)題,首先確定煙氣余熱回收裝置—低溫省煤器的分級(jí)布置方案,然后通過(guò)對(duì)分級(jí)省煤器各加熱介質(zhì)節(jié)能分析,確定了水—風(fēng)混合加熱節(jié)能方案,與其他方案相比較,此方案在節(jié)水效果大致相同的情況下,更加節(jié)煤。同時(shí)投資回報(bào)年限也更短,因此水—風(fēng)混合加熱節(jié)能方案是火力發(fā)電企業(yè)中煙氣余熱利用的一個(gè)切實(shí)可行的方案。

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