溫寶輝

（南京軒能電力科技有限公司，江蘇 南京 210000）

引言

鍋爐排煙熱損失是鍋爐熱損失中最大的一項，大中型鍋爐在正常運行時，排煙損失占到鍋爐燃料輸入熱量的4%到8%；在我國現(xiàn)役的燃煤火電機組中，燃煤鍋爐排煙設(shè)計溫度一般為120 ℃～140 ℃左右[1]，實際運行的排煙溫度普遍在125 ℃～150 ℃左右，褐煤鍋爐在170℃左右，排煙溫度高是一個普遍的現(xiàn)象，由此造成了很大的能源浪費。排煙溫度高使得粉塵比電阻升高，煙氣體積大流速快，造成除塵效率下降。

在目前“節(jié)能減排”的大環(huán)境下，使用低溫省煤器使鍋爐的排煙溫度再降低30 ℃～40 ℃，取得了良好的成效。而排煙溫度每降低15 ℃～25 ℃，就可提高機組效率1%左右。雖然加裝低溫省煤器后煙氣阻力有所上升，但是煙氣阻力的耗電量還不到節(jié)約成本的10%～30%，因此加裝低溫省煤器能節(jié)約能源，減少生產(chǎn)成本，具有重要的實際意義。

1 應(yīng)用方案

1.1 機組概況

某電廠2×330 MW 燃煤機組，鍋爐為SG-1036/17.5-M871 型亞臨界、一次中間再熱、控制循環(huán)汽包爐，單爐膛、Π 型結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)，四角切圓燃燒、擺動燃燒器調(diào)溫、固態(tài)排渣，全鋼架懸吊式結(jié)構(gòu)、露天布置，三分倉容克式空氣預(yù)熱器，中速磨煤機直吹式正壓冷一次風(fēng)制粉系統(tǒng)，雙室四電場電除塵器。

機組目前運行的排煙溫度在140 ℃，進行加裝低溫省煤器改造，吸收煙氣余熱，降低排煙溫度，提高機組的經(jīng)濟性，保證電除塵的安全、穩(wěn)定運行，改造后電除塵出口粉塵質(zhì)量濃度≤20 mg/m3并應(yīng)盡可能的降低。

1.2 工藝流程

本次改造新增低溫省煤器設(shè)計條件下入口煙溫140 ℃，將煙氣溫度降至90 ℃，低溫省煤器煙氣和凝結(jié)水為逆流換熱，布置在靜電除塵器前的四路水平煙道上。根據(jù)機組熱平衡圖，本次改造擬從8#低壓加熱器入口和7#低壓加熱器出口凝水系統(tǒng)分別引出部分凝結(jié)水，混合至65 ℃凝結(jié)水進入低溫省煤器，凝結(jié)水水溫升至約100 ℃，然后返回到6#低壓加熱器進口，進水溫度根據(jù)機組負(fù)荷及季節(jié)情況由調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)，并設(shè)置凝結(jié)水再循環(huán)管，以利于低低溫省煤器進水溫度的調(diào)整。低低溫省煤器按凝結(jié)水全容量設(shè)計，工藝流程如圖1 所示，主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

圖1 低溫省煤器工藝流程圖

表1 低溫省煤器主要技術(shù)參數(shù)表

1.3 進水溫度的確定

目前鍋爐酸露點溫度計算方法較多，相比之下，前蘇聯(lián)1973 年鍋爐機組熱力計算標(biāo)準(zhǔn)方法中的計算方法，由于是實踐中的總結(jié)，比較接近實際值。計算公式，如式（1）所示。

式中：tld為純水蒸汽露點，Sx為燃料折算硫分，Ax為燃料折算灰分，αh為飛灰份額，β 為與爐膛出口的過量空氣系數(shù)有關(guān)的系數(shù)。

根據(jù)鍋爐煤質(zhì)數(shù)據(jù)，計算出水露點溫度為39 ℃，酸露點溫度為97 ℃。煙氣中發(fā)生低溫露點腐蝕最大速率是發(fā)生在煙氣露點溫度之下10 ℃～30 ℃和水露點溫度以下[3]，為避免換熱管發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，需使換熱管壁面溫度避開這兩個嚴(yán)重腐蝕區(qū)，并結(jié)合ND鋼金屬材料不同壁溫下的腐蝕速度最終確定進入低溫省煤器的凝結(jié)水溫度為65 ℃。分別從8#低壓加熱器入口和7#低壓加熱器出口引凝結(jié)水混合至65 ℃。

1.4 防磨損、防腐蝕、防積灰措施

低溫省煤器換熱管材選用ND 鋼材料，ND 鋼是目前國內(nèi)外比較理想的“耐硫酸低溫露點腐蝕”用鋼材，其成分為09CrCuSb，ND 鋼的耐腐蝕能力是不銹鋼的2.97 倍，是碳鋼的14.11 倍[3]。針對低溫省煤器普遍存在的換熱管束磨損泄露、局部腐蝕、積灰等現(xiàn)狀[2]，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時將煙氣流速控制在9 m/s～10 m/s之間，在確保煙氣具備自清灰流速的前提下有效控制煙氣對換熱元件表面的磨損。在煙道內(nèi)加裝導(dǎo)流板，并通過CFD 模擬防止出現(xiàn)局部區(qū)域飛灰濃度增加以及偏流的出現(xiàn)。低溫省煤器布置在除塵器前，煙氣中煙塵含量較高，換熱器進口段換熱管受到煙氣磨損較為嚴(yán)重，在第一排管子的迎風(fēng)面布置防磨管。根據(jù)以往經(jīng)驗，換熱管與彎頭焊接處，在煙氣的沖刷下容易造成腐蝕泄露，將彎頭的焊口設(shè)置在煙道外，避免煙氣沖刷腐蝕而且造成水側(cè)泄漏。在低溫省煤器的高溫段安裝聲波吹灰器，在低溫段安裝蒸汽吹灰器，這樣更能保證吹灰效果，在設(shè)備正常運行中，間斷地對換熱面進行吹掃，從而保證換熱管表面不積灰。

1.5 運行策略

鍋爐在運行時可能出現(xiàn)燃料特性改變、工況變化及低負(fù)荷的情況，低溫省煤器的出口煙氣溫度都需要保持在90 ℃±1 ℃，以保證后端除塵器效率。當(dāng)?shù)蜏厥∶浩鞯某隹跓煖氐陀?0 ℃，首先減少8#低加入口處引出的凝結(jié)水量，增加7#低加出口引出的凝結(jié)水量，提高換熱器進水溫度，其次減少進入換熱器的總流量，從而提高換熱器出口煙溫，防止換熱管產(chǎn)生嚴(yán)重的低溫腐蝕。反之，增加8#低加入口引出的凝結(jié)水量，減少7#低加出口引出的凝結(jié)水量，降低換熱器進口水溫，從而保證煙氣溫降和余熱回收量。

低溫省煤器采取分組設(shè)計，在氣流方向上分三段，高度上又分兩層，每個模塊與主供水管道間設(shè)有手動隔離閥，能方便的根據(jù)鍋爐的運行工況實現(xiàn)整體和分組投運。當(dāng)出現(xiàn)低負(fù)荷情況時，調(diào)節(jié)每臺低低溫省煤器高溫段、低溫段設(shè)備隔離閥的啟閉，可將高溫段省煤器切出運行，達(dá)到低溫省煤器部分運行的目的，最終控制低溫省煤器出口煙氣溫度溫度在90 ℃±1 ℃。當(dāng)?shù)蜏厥∶浩髂硞€模塊發(fā)生泄漏時，關(guān)閉該模塊前后集箱與主供水管道間手動隔離閥，將事故模塊切出運行，待有條件時進行檢修。低溫省煤器換熱模塊布置示意，如圖2 所示。水側(cè)換熱回路示意，如圖3 所示。

圖2 換熱模塊布置示意圖

圖3 水側(cè)換熱回路示意圖

2 經(jīng)濟性分析

增設(shè)低溫省煤器沒有改善鍋爐燃燒等運行工況，并未提高鍋爐的效率，而是從整個電廠來看提高了電廠的效率。低溫省煤器回收鍋爐尾部煙氣的余熱，加熱汽輪機進入低壓加熱器的凝結(jié)水，排擠汽輪機抽汽，各級排擠抽汽回到汽輪機內(nèi)繼續(xù)做功，使低壓缸做功增加。同時，低壓缸排汽理論的增加直接導(dǎo)致凝汽器熱負(fù)荷的增加，凝汽器熱負(fù)荷的增加會引起凝汽器壓力增高，低壓缸排汽比焓增加，低壓缸做功減小。但是氣壓缸做功的增加遠(yuǎn)大于低壓缸做功的減少，降低了機組熱耗，提高了電廠的效率。

利用鍋爐排煙余熱，加裝低溫省煤器用來加熱凝結(jié)水，使580 t/h 凝結(jié)水由70 ℃加熱至100 ℃，可減少汽輪機抽汽，降低發(fā)電煤耗約2.87 g/kWh。低溫省煤器可將煙氣溫度由140 ℃降低到90 ℃，粉塵比電阻降低，除塵器電耗降低，同時，煙氣溫度的降低使得脫硫減溫水量大幅度減少，降低了脫硫的耗水量及電耗，降溫后煙氣的體積流量相應(yīng)降低，使得引風(fēng)機節(jié)約部分能耗。

3 結(jié)語

某電廠2×330MW 燃煤機組增設(shè)低溫省煤器改造后，煙氣溫度從140℃降低至90℃，回收余熱22 980 kW，除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度≤20 mg/m3，降低了發(fā)電煤耗，提高了機組效率。低溫省煤器運行后沒有出現(xiàn)明顯的腐蝕、磨損，沒有明顯的偏流及積灰現(xiàn)象。低溫省煤器技術(shù)改造整體節(jié)能效果明顯，可以實現(xiàn)火電企業(yè)清潔、高效發(fā)展，具有很好的經(jīng)濟效益和應(yīng)用價值。