發電廠鍋爐煙氣余熱回收方案熱經濟性研究

龍群力，朱彥雷，劉繼平

(1.大唐略陽發電有限公司，陜西 略陽 724300；2.西安交通大學能動學院，陜西 西安 710049)

0 引言

火電行業是我國耗能大戶。2011年全國火電機組裝機容量達到7.6億kWh，發電量達到38 975億kWh，所消耗的標準煤超過12億噸［1］。提高我國燃煤火電機組的熱經濟性、減少環境污染，對火電行業的可持續發展具有重要意義。

排煙熱損失是電站鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般在3%～5%左右，約占鍋爐總熱損失60%以上［2］。我國許多電站鍋爐實際排煙溫度高于設計值，熱損失很大；另一方面，排煙溫度過高時，為保證脫硫系統正常運行，需要對煙氣進行降溫處理，使脫硫系統投資和運行費用增加。通過回收排煙余熱以降低鍋爐排煙溫度，既能提高機組熱經濟性，又能降低脫硫系統費用，經濟效益顯著。

我國從上世紀80年代開始研究利用煙氣的排煙余熱，林萬超等人提出了利用低壓省煤器加熱凝結水的余熱利用方法，并獲得了國家發明專利［3］。近年來隨著國內鍋爐材料的技術進步，以及煤炭價格的不斷攀升，鍋爐排煙余熱利用迅速成為火電廠節能領域關注的熱點［4-6］。

鍋爐排煙余熱屬于低溫余熱，其能量品位較低。根據等效熱降理論［7］，回收余熱應用于熱力系統時，所替代的抽汽能級越高，其熱經濟性越好。目前排煙余熱基本上利用在低壓加熱系統。研究電廠供熱系統采用廠用汽為熱源，由于熱網供水溫度較低，可以采用排煙余熱；而廠用汽能級高于低加抽汽，在供暖期采用排煙余熱供暖具有較高的熱經濟性；而在非供暖期仍可利用排煙余熱加熱凝結水。本文將分析該電廠余熱回收的熱經濟性，并為其工程應用提供依據。

1 余熱回收方案設計

某電廠裝備兩臺330 MW凝汽式燃煤機組，在發電的同時向附近的居民小區供熱。該小區供暖面積為100 000 m2，設計熱負荷6.11 MW。由于熱負荷較小，供熱系統采用廠用汽經混合式換熱器進行供暖，廠用汽壓力為0.5 MPa，熱網水流量為210 t/h，供水溫度為80℃，回水溫度為55℃，年耗汽量為25 000 t。

該電廠冬季平均排煙溫度為110℃，考慮在鍋爐除塵器后的煙道內設置排煙余熱換熱器，根據鍋爐的實際運行參數，計算設計負荷下換熱器所回收的熱量與其出口煙溫的關系如圖1所示。從該圖可以看出，當換熱器出口煙溫達到84.7℃所回收的余熱量即可滿足供熱系統要求。雖然進一步降低煙溫可提高余熱回收量，但換熱器的投資也將增加。因此本文按照供熱系統的供回水溫度、流量及熱負荷設計余熱回收換熱器，在供暖期回收排煙余熱作為供熱熱源。

該廠330MW機組1號低加出水溫度為52.6℃、接近熱網回水溫度；3號低加出水溫度為83.6℃，接近熱網的出水溫度。因此考慮在非供暖期從1號低加引出部分凝結水，在煙氣余熱換熱器中加熱后返回3號低加出口。

圖1 余熱回收量與換熱器出口煙溫的關系

根據上述思路，對煙氣余熱換熱器進行熱平衡計算，其結果見表1。由于供暖期和非供暖期的介質溫度、流量比較接近，計算過程中可假設煙氣余熱換熱器的熱負荷不變。根據該方案，設計排煙余熱回收系統如圖2所示。

2 熱經濟性分析

2.1 供暖期的熱經濟性分析

原混合換熱系統采用廠用汽加熱，廠用汽與熱網水混合后供給用戶。根據等效熱降理論［6］，在主蒸汽流量不變的情況下汽輪發電機的功率減少。

式中：ΔNd為混合換熱系統采用廠用汽加熱機組功率減小值，kW；DT為混合加熱系統耗汽量，kg/s；hT為廠用汽焓值，kJ/kg；hn為汽輪機低壓缸排汽焓值，kJ/kg；、ηjxηdj分別為機械效率及電機效率。

表1 煙氣余熱換熱器的熱力計算結果

圖2 某電廠排煙余熱回收系統

設機組的發電煤耗率為b0，則由于供熱采用廠用汽，機組年發電標準煤耗量增加

式中：n為供熱系統年運行小時數，取3 000 h。根據上述公式，計算獲得機組供暖期標準煤耗量增加987.9 t/a。

采用排煙余熱供暖，不需要消耗廠用汽，可節約標準煤987.9 t/a。

2.2 非供暖期的熱經濟性分析

在非供暖期，部分凝結水在煙氣余熱換熱器中吸熱，2號、3號低加的抽汽量減少。根據等效熱降理論，在主蒸汽流量不變的條件下汽輪發電機的功率增加：

式中：ΔNd為回收利用排煙余熱后機組功率的增加值，kW；D′T為排煙余熱換熱器的凝結水流量，kg/s；τ2、τ3分別為 2 號、3 號低加的加熱焓升，kJ/kg；η2、η3分別為2號、3號低加的抽汽效率。

設機組的發電煤耗率為b0，則回收利用排煙，機組年發電標準煤耗量減小值

式中：n′為非供暖期年運行小時數，取4 000 h。根據上述公式，計算獲得非供暖期可節約標準煤883.1 t/a。

2.3 全年的熱經濟性

綜合上述計算結果可知，采用圖1所示的煙氣余熱回收系統，供暖期可節約標準煤987.9 t/a，非供暖期可節約標準煤883.1 t/a，合計每年可節約標準煤1 871 h，具有顯著的經濟效益。

3 結語

分析某電廠鍋爐煙氣余熱回收利用熱經濟性，經過論證設計了供暖期利用煙氣余熱進行供暖、非供暖期利用煙氣余熱加熱凝結水的鍋爐排煙余熱回收方案。 研究表明，采用該排煙余熱回收方案，在供暖期利用排煙余熱作為供熱系統的熱源，可完全替代廠用汽，可節約標準煤987.9 t/a；在非供暖期從1號低加出口引出部分凝結水，經過排煙余熱換熱器加熱后返回3號低加出口，可節約標準煤883.1 t/a，合計每年可節約標準煤1 871 t，具有良好的節能減排效果。