鄭圣彬

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 前言

根據(jù)國家發(fā)改委所發(fā)布的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020)》，目前國家節(jié)能形式日趨嚴(yán)峻，對(duì)相關(guān)企業(yè)也提出了更高的要求。為更好的響應(yīng)國家政策，實(shí)現(xiàn)燃煤發(fā)電機(jī)組節(jié)能減排，本次研究依托實(shí)際工程，根據(jù)煤質(zhì)、煙氣條件、熱力系統(tǒng)特點(diǎn)等提出了適用于工程設(shè)計(jì)的煙氣余熱梯級(jí)利用方法，通過梯度余熱利用，充分利用多級(jí)換熱達(dá)到節(jié)能減排的效果。本文以恒力石化(大連)煉化有限公司7×670t/h項(xiàng)目為應(yīng)用研究對(duì)象，通過余熱梯度利用的設(shè)計(jì)原理與實(shí)際設(shè)計(jì)情況，分析其技術(shù)優(yōu)勢。余熱梯度利用技術(shù)是一種基于水為載熱載體的煙氣換熱系統(tǒng)，并結(jié)合了暖風(fēng)器相關(guān)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。充分結(jié)合MGGH和傳統(tǒng)暖風(fēng)器的相關(guān)優(yōu)點(diǎn)，擁有降低排煙溫度、降低引風(fēng)機(jī)功耗、減少脫硫水耗的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)能有效減少空氣預(yù)熱器腐蝕以及堵灰現(xiàn)象，也能一定程度的提高鍋爐的運(yùn)行效率，以達(dá)到節(jié)能減排作用，而且通過梯度布置換熱裝置可以更能夠有效利用余熱，盡可能的降低能耗，達(dá)到更優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)能更好的響應(yīng)國家的政策。

2 煙氣余熱梯度利用方案

根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際情況，在煙氣方向上通過布置多級(jí)換熱裝置來進(jìn)一步深化對(duì)煙氣余熱的利用及對(duì)整個(gè)煙風(fēng)系統(tǒng)的保護(hù)。余熱梯度利用系統(tǒng)是由余熱利用裝置（多級(jí)布置）、水循環(huán)系統(tǒng)、一二次風(fēng)暖風(fēng)器、蒸汽加熱裝置、穩(wěn)壓膨脹裝置、加水系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。

余熱梯度利用系統(tǒng)是一個(gè)自循環(huán)式裝置，多級(jí)換熱裝置與一二次風(fēng)暖風(fēng)器相連的中間傳熱介質(zhì)為除鹽水。首先我們要通過補(bǔ)水管道將除鹽水送入膨脹罐，而后通過聯(lián)通管路進(jìn)入整個(gè)系統(tǒng)中， 再確定整個(gè)余熱梯度利用系統(tǒng)中的空氣排空后，此時(shí)啟動(dòng)循環(huán)泵，讓除鹽水經(jīng)過泵升壓后，進(jìn)入換熱器與煙道中的熱空氣進(jìn)行熱交換，升溫后除鹽水順著連接管路流入一次、二次暖風(fēng)器，并加熱空預(yù)器入口的煙氣，降溫后的水順著管路流回水泵。按此流程進(jìn)行一個(gè)閉式循環(huán)。

余熱利用裝置分為兩級(jí)，一級(jí)換熱器布置在除塵器后引風(fēng)機(jī)前，布置在此可以吸收煙氣余熱，降低煙氣溫度至約115℃。減小煙氣量，降低引風(fēng)機(jī)能耗；二級(jí)換熱器布置在引風(fēng)機(jī)后吸收塔前，進(jìn)一步進(jìn)行熱交換，再次降低煙氣進(jìn)入吸收塔時(shí)的溫度，從而一定程度上降低脫硫水耗和脫硫塔內(nèi)防腐的工藝。

在設(shè)計(jì)工況下，通過除鹽水的吸熱與放熱兩個(gè)過程，余熱裝置可將煙氣實(shí)現(xiàn)兩次降溫，風(fēng)機(jī)前降溫至115℃，風(fēng)機(jī)后脫硫前將煙溫降至82℃。吸收的熱量可以滿足將一次風(fēng)、二次風(fēng)暖風(fēng)器的出口溫度從32.4/25.4℃升到81℃。當(dāng)兩級(jí)換熱裝置吸收的熱量無法滿足暖風(fēng)器升溫要求時(shí)，將啟動(dòng)蒸汽加熱裝置，將管道的水進(jìn)一步加熱，以滿足系統(tǒng)整體要求。

恒力項(xiàng)目余熱利用工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3 余熱利用技術(shù)設(shè)置方案

恒力石化(大連)煉化有限公司7×670t/h項(xiàng)目共7臺(tái)爐，此項(xiàng)目為新建項(xiàng)目。每臺(tái)爐配置1套余熱梯度利用裝置，本項(xiàng)目同步建設(shè)電袋除塵、脫硫、管帶等。設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.1 煙氣換熱器

煙氣換熱器采用H型翅片管，翅片管順列布置。煙氣換熱器布置在除塵器出口豎直煙道及脫硫吸收塔入口前的水平煙道上。煙氣換熱器的主要功能是回收煙氣的熱量，加熱換熱器管內(nèi)的除鹽水。單臺(tái)機(jī)組設(shè)兩級(jí)煙氣換熱器，換熱器采用模塊式安裝。

3.2 暖風(fēng)器

（1）一次風(fēng)換熱器。一次風(fēng)換熱器采用螺旋翅片管，錯(cuò)列布置。一次風(fēng)換熱器布置在一次風(fēng)機(jī)出口的水平煙道上。一次風(fēng)換熱器主要功能是利用煙氣換熱器回收的熱量對(duì)一次風(fēng)進(jìn)行加熱，以提高一次風(fēng)的溫度。一次風(fēng)換熱器采用模塊式安裝，單臺(tái)爐設(shè)2臺(tái)一次風(fēng)換熱器。

（2）上二次風(fēng)換熱器。上二次風(fēng)換熱器采用螺旋翅片管，錯(cuò)列布置。上二次風(fēng)換熱器布置在二次風(fēng)機(jī)出口的水平煙道上。上二次風(fēng)換熱器主要功能是利用煙氣換熱器回收的熱量對(duì)二次風(fēng)進(jìn)行加熱，以提高二次風(fēng)的溫度。上二次風(fēng)換熱器采用模塊式安裝。單臺(tái)爐設(shè)1臺(tái)上二次風(fēng)換熱器。

（3）下二次風(fēng)換熱器。下二次風(fēng)換熱器采用螺旋翅片管，錯(cuò)列布置。下二次風(fēng)換熱器布置在二次風(fēng)機(jī)出口的水平煙道上。下二次風(fēng)換熱器主要功能是利用煙氣換熱器回收的熱量對(duì)二次風(fēng)進(jìn)行加熱，以提高二次風(fēng)的溫度。二次風(fēng)換熱器采用模塊式安裝，單臺(tái)爐設(shè)1臺(tái)下二次風(fēng)換熱器。

3.3 補(bǔ)水系統(tǒng)

由電動(dòng)閥門及其配套儀表、管路等組成，用于補(bǔ)充管路內(nèi)循環(huán)水。

3.4 水循環(huán)系統(tǒng)

水循環(huán)系統(tǒng)由水泵、管路、閥門等組成。當(dāng)管路中充滿除鹽水后，開啟循環(huán)泵，使除鹽水在閉式循環(huán)管路里運(yùn)行，通過水在換熱裝置與暖風(fēng)器位置進(jìn)行熱交換，達(dá)到熱量傳輸?shù)男Ч?。煙溫控制主要是通過控制泵出力大小以控制管路中水流速度，從而達(dá)到煙溫控制的效果。

3.5 穩(wěn)壓膨脹裝置

穩(wěn)壓膨脹裝置由膨脹罐、磁懸浮液位計(jì)、閥門、儀表、管路等組成，主要作用是由于水系統(tǒng)升溫后，系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水會(huì)膨脹，因此需要利用此裝置來吸收循環(huán)水的體積膨脹量，從而維持系統(tǒng)管路內(nèi)穩(wěn)定的壓力。本項(xiàng)目膨脹罐布置在鍋爐 23.0m層，通過對(duì)膨脹罐的水位的監(jiān)控，可以有效的監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)問題。

3.6 蒸汽加熱系統(tǒng)

蒸汽加熱系統(tǒng)由蒸汽加熱器、壓力表、液位計(jì)、閥門、管路等組成，蒸汽加熱系統(tǒng)僅在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)使用。通過輔助蒸汽加熱循環(huán)水，進(jìn)而加熱一次風(fēng)、二次風(fēng)的空氣，保證空氣溫度達(dá)到機(jī)組運(yùn)行要求。

3.7 電控系統(tǒng)

由鉑熱電阻、差壓變送器、壓力變送器、DCS等電氣設(shè)備組成。系統(tǒng)一般匯總于機(jī)組熱控室，通過各位置測點(diǎn)反饋的溫度、壓力、液位、水泵轉(zhuǎn)速等情況。來合理的調(diào)整相關(guān)參數(shù)，以保證整個(gè)余熱梯度利用系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。控制方式一般分為手動(dòng)控制及電動(dòng)控制。

4 余熱梯度利用技術(shù)的運(yùn)行分析

4.1 減少空預(yù)器腐蝕的情況，改善堵灰情況，節(jié)能降耗

余熱梯度利用裝置充分吸收了MGGH相關(guān)的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，將換熱裝置與暖風(fēng)器通過管路系統(tǒng)鏈接起來，通過除鹽水進(jìn)行熱交換將除塵器出口的煙氣的多余熱量利用起來，用以加熱空預(yù)器入口的空氣，提高進(jìn)口空氣溫度，基本可以解決冷端腐蝕及堵灰的情況，同時(shí)還能充分利用熱能，節(jié)能降耗，還能提高鍋爐運(yùn)行效率。

4.2 采用多級(jí)余熱裝置，更為細(xì)化的利用煙溫余熱

本項(xiàng)目采用梯度余熱利用，布置多級(jí)余熱裝置，一級(jí)換熱器布置在除塵器后引風(fēng)機(jī)前，布置在此可以吸收煙氣余熱，降低煙氣溫度（從140℃降低至115℃），減小煙氣量約10%，可以進(jìn)一步降低引風(fēng)機(jī)能耗；二級(jí)換熱器布置在引風(fēng)機(jī)后吸收塔前，進(jìn)一步吸收煙氣余熱，繼續(xù)降低進(jìn)去吸收塔的煙氣溫度，從而降低了脫硫噴淋水耗和防腐的工藝要求。實(shí)現(xiàn)多級(jí)降溫，進(jìn)一步的降低能耗。

5 項(xiàng)目運(yùn)行情況

截至擬稿日，恒力石化項(xiàng)目余熱利用項(xiàng)目使用正常，一次風(fēng)二次風(fēng)升溫、梯度余熱裝置降溫符合設(shè)計(jì)要求。風(fēng)機(jī)能效與設(shè)計(jì)能效降低約10%，脫硫入口煙溫得到有效控制。整體系統(tǒng)運(yùn)行正常，各項(xiàng)指標(biāo)在性能測試時(shí)達(dá)到甚至優(yōu)于設(shè)計(jì)性能。通過上述分析，余熱梯度利用技術(shù)具有較高的適用性，可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)進(jìn)行推廣。

6 結(jié)語

余熱梯度利用技術(shù)通過以水為介質(zhì)，將MGGH與傳統(tǒng)暖風(fēng)器的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)有機(jī)集合，融合開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。通過梯度布置換熱裝置，以實(shí)現(xiàn)除塵器出口至脫硫入口前的煙氣余熱的細(xì)化利用，在原有降低脫硫能耗的前提下，又能有效降低引風(fēng)機(jī)的能耗，以達(dá)到進(jìn)一步的節(jié)能降耗。除此之外也能通過余熱來提高空預(yù)器入口空氣溫度，從而減少空預(yù)器冷端腐蝕及堵灰等情況的出現(xiàn)，以達(dá)到提高鍋爐運(yùn)行效率的效果。此項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用，不但可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較好的節(jié)能降耗的經(jīng)濟(jì)效益，而且也可以響應(yīng)國家目前越來越嚴(yán)格的環(huán)保要求。此項(xiàng)技術(shù)可適用于國內(nèi)大部分燃煤電廠，具備足夠的發(fā)展運(yùn)用前景，可以作為節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行推廣。