發電廠濕法脫硫系統煙氣擋板門密封風系統的節能改造

李忠猛

(天津陳塘熱電有限公司，天津 300222)

0 引言

目前我國燃煤電站鍋爐煙氣脫硫采用的主流技術是石灰石－石膏濕法脫硫工藝，投運、在建的火電廠煙氣脫硫項目中這一工藝所占的比重達90%以上［1］。石灰石－石膏濕法脫硫系統的進出口煙氣擋板門和旁路擋板門需要持續通入密封風以防止煙氣腐蝕。

密封風一般由獨立設置的風機提供，壓力至少比煙氣最高壓力高50 Pa，溫度應在80℃以上，通常利用電加熱器來加熱，需要消耗大量的電能。能量、電量和功量三者相比，功量具有最高品質，電量與功量基本是等價的［2］。電能是高品質的能源，如果能用低品質的發電廠輔助蒸汽熱能來代替電能，將會收到良好的節能效果［3］。

1 原有電加熱密封風系統概況及存在的問題

300 MW機組煙氣脫硫系統的擋板門密封空氣系統包括密封風機(每爐兩臺，2×100%容量，一運一備)及其密封空氣站。擋板門密封風機主要參數:流量Q=4 500 Nm3/h壓力P=4 500 Pa，電機功率N=11 kW。

擋板門密封風加熱器采用電加熱器，加熱器的型號為:DYK－150型，加熱功率N=200 kW，電壓380 V。加熱元件為高錳鋁合金絲外套不銹鋼管。根據機組的實際系統，脫硫煙道擋板門密封風所要求的主要運行參數為:溫度80～120℃、壓力4 kPa、風量4 500 m3/h左右。

雖然電加熱器的加熱元件已按較高等級標準選用高錳鋁合金絲外套不銹鋼管，但實際運行中還是經常發生加熱器的電加熱管腐蝕燒損，造成加熱效果下降，出口風溫達不到設計要求。而密封風溫度低，會造成擋板門葉片兩側溫差變大，熱應力增大，加大了脫硫擋板葉片變形和腐蝕損壞的風險。由于密封風系統的擋板門嚴密性較差，無法實現與煙氣系統的嚴密隔離，當加熱管損壞時需在機組停運檢修期間才能更換，對脫硫系統的安全穩定運行造成不利影響。

2 改造方法研究

2.1 改造方案概述

電廠中有多種熱源可以滿足密封風加熱的要求，但考慮到簡化系統設計、系統運行穩定可靠、節能效益等綜合因素，選用冷一次風蒸汽加熱器系統，即選擇鍋爐的冷一次風作為密封風風源，冷一次風取自一次風機出口去制粉系統的冷一次風管，壓力一般在8 kPa以上，經加熱器加熱后引入脫硫系統密封風母管。蒸汽型空氣加熱器采用交叉流布置，空氣從管外側流過換熱器，管外側采用肋片以擴展換熱面積，蒸汽從管內流過，將熱量傳給空氣后，經冷凝疏水進入鍋爐暖風器疏水箱中，經疏水泵將疏水回收到除氧器。系統流程簡圖如圖1、圖2所示。

圖1 密封風系統流程簡圖

圖2 蒸汽加熱系統流程簡圖

換熱器加熱蒸汽來自廠用輔助蒸汽系統，其參數一般為壓力0.8 MPa ～0.9 MPa，溫度為280 ℃左右，通過翅片管冷凝換熱，把空氣加熱到90℃ ～110℃，滿足密封風所需的空氣溫度要求。通過調節蒸汽或疏水的流量，使空氣溫度達到設計值。

由于蒸汽或熱水在翅片管內流動，管外為空氣，換熱器箱體會形成壓力容器。制作時加熱器都應進行嚴格的壓力試驗，保有足夠的安全系數，可以保證其安全運行。

2.2 改造方案的優點

可以同時停用脫硫密封風電加熱器和密封風機，不但可以省去電熱器150 kW的用電，也可以節省密封風機15 kW的用電，節能效果好;加熱熱源幾乎不受機組運行負荷影響;加熱器熱負荷容易控制;系統投資不大，經濟性較好。

2.3 蒸汽加熱密封風系統控制方式

脫硫密封風加熱器出口風溫度通過調整進入加熱器的輔助蒸汽流量大小來控制，而進入加熱器的蒸汽流量通過蒸汽調節電動閥的開度調節實現。蒸汽調節閥的開關狀態送入單元機組主控制室DCS相關畫面，正常工作狀態下，加熱器風溫是通過控制室運行人員對進入加熱器的蒸汽流量調節進行控制。

在空氣進入加熱器前的風管上安裝密封風風量調節擋板，在密封風熱風管道接入密封風母管側安裝壓力、溫度測點。這些控制設備和測點接入脫硫控制室DCS相關畫面。運行中，可以通過控制密封風風量調節擋板開度，調節密封風壓力的大小。

2.4 改造后蒸汽加熱密封風系統技術規范

密封風設計流量為6 000 Nm3/h，密封風工作流量為4 500 Nm3/h，蒸汽－空氣加熱器熱負荷為235 kW，設計入口冷風溫度按照－10℃計算，設計出口熱風溫度為100℃，計算換熱器風側阻力≤600 Pa，空氣加熱溫度90℃ ～110℃。

3 改造經濟性分析

3.1 電加熱密封風系統

按照機組平均每年因檢修等原因停運1個月，其余約8 040小時均處于運行狀態的模式，以當地常年平均氣溫12.3℃，電加熱器出口熱風溫度為85℃，電加熱器平均運行功率為157 KW，則電加熱器每年需要消耗電能126.3萬kWh。當地脫硫上網電價為0.42元/kwh，電加熱器年耗電費52.8萬元。

3.2 蒸汽加熱密封風系統

機組運行時間、外部環境溫度、密封風的流量等參數與電加熱模式一致，考慮蒸汽加熱器與煙氣擋板門的距離增加了約90 m，蒸汽加熱器出口空氣溫度應提高5℃，以抵消沿途散熱損失。蒸汽加熱器的疏水全部回收到除氧器，沒有疏水外排損失。

為簡化計算，未考慮熱電聯產收益和停運密封風機的影響，蒸汽成本包含電耗成本和煤耗成本。電耗成本按照熱電廠對外供熱的電耗分擔，每年需耗電3.7萬kWh。煤耗成本按照鍋爐效率92%，加熱器和管網效率95%計算，全年需要消耗標煤189.7 t。蒸汽加熱方式全年運行成本為17.9萬元。主要參數見表1所示。

3.3 改造經濟性分析

電加熱密封風系統除了消耗電能以外，因電加熱元件腐蝕損壞更換、密封風機檢修等，每年需要發生檢修費用約5萬元。而蒸汽加熱密封風系統檢修維護工作量很少，僅需要對疏水泵進行檢修，年度檢修費用不超過0.5萬元。因此，對密封風系統進行改造后每年節省的費用為:

式中:M—節省費用;E1—電加熱密封風系統運行成本，52.8萬元/年;E2—電加熱密封風系統檢修成本，5萬元/年;S1—蒸汽加熱密封風系統運行成本，17.9萬元/年;S2—蒸汽加熱密封風系統檢修成本，0.5 萬元/年。

表1 蒸汽加熱方式運行能耗及成本統計表

每臺機組脫硫密封風系統的改造費用為30萬元，不到1年即可收回全部投資，經濟性良好。

4 結論

將脫硫擋板門電加熱密封風系統改造為蒸汽加熱密封風系統，經過兩年的運行實踐證明，蒸汽加熱密封風系統性能非常可靠，缺陷率低，維護費用省，提高了脫硫系統的安全可靠性。

使用低品位的電廠輔助蒸汽代替高品位的電能，改造后的蒸汽加熱密封風系統每年可以節省運行和檢修費用共計39.4萬元，不到1年即可收回該項改造工程的全部投資，具有較高的經濟性。

［1］中國環境保護產業協會鍋爐爐窯除塵脫硫委員會.我國火電廠脫硫脫銷行業2010年發展綜述［A］.中國環保產業，2011(7).

［2］周少祥，胡三高.總能系統與能源利用的統一性的性能評價指標體系［J］.動力工程，2001，21(1):1059.

［3］李芝勇.對轉子發動機氣缸徑向密封片的改進［J］.森林工程，2011(6):48－50.