二次再熱1 000MW機組低溫省煤器技術方案論證

馬千里

（江蘇省電力設計院，江蘇 南京211102）

0 引言

1 000MW燃煤機組鍋爐空氣預熱器出口煙氣溫度約118℃，進入脫硫塔需對煙氣噴水減溫至約80℃，耗水量較大且損失大量煙氣熱量。

在當前節能減排的形式下，燃煤機組二次再熱技術和煙氣近零排放標準應運而生，標準規定煙塵排放濃度應小于5～10mg／Nm3，為達到此標準，需采用低溫電除塵技術，即在電除塵器前設置低溫省煤器，將煙氣溫度降到接近酸露點溫度，可降低飛灰比電阻和反電暈，提高除塵效率。

目前對一次再熱機組在除塵器或脫硫塔入口設置低溫省煤器回收熱量的技術已日漸成熟。低溫省煤器回收的熱量進入凝結水系統，除了煙氣側參數外，凝結水參數也是低溫省煤器方案的輸入條件。由于二次再熱機組的回熱級數由一次再熱的8級增加到10級，凝結水參數也相應變化，因此需結合二次再熱機組的汽輪機熱平衡圖制定相應的低溫省煤器方案。

1 煙氣系統布置方案

（1）方案1：將低溫省煤器布置在空氣預熱器出口至除塵器入口煙道之間。煙氣在空氣預熱器出口之后就降溫，煙氣體積流量也相應減少，這可以減少除塵器的集塵面積、占地面積和用材，并大幅提高電除塵器的除塵效率。根據相關研究，飛灰比電阻隨溫度降低而降低，電除塵器的除塵效率隨之增高。另外，經低溫省煤器降溫后煙氣體積流量降低，煙氣阻力也相應有部分降低，可相應降低引風機電耗。考慮到電除塵器的防腐要求，低溫省煤器煙氣出口溫度通常選取約90℃。（2）方案2：將低溫省煤器布置在引風機出口煙道之后，脫硫塔入口煙道之前。煙氣中的絕大部分飛灰已被除塵器除去，低溫省煤器磨損和堵灰問題大大減輕。與第一種方案相比，此方案可將換熱器出口煙氣溫度降至更低（約80℃），從而回收更多的熱量。（3）方案3：該方案將方案1與方案2相結合，采用兩級低溫省煤器，分別布置在空氣預熱器至除塵器的煙道和引風機出口至脫硫塔入口的煙道上。這樣既獲得了方案1煙氣溫度降低對于電除塵器提效和引風機降電耗的作用，又可達到方案2深度降低煙氣溫度、吸收煙氣熱量、進一步節能降耗的目的。本文采取此方案。

圖1 兩級煙氣余熱換熱器及凝結水系統

2 換熱器材料和型式選擇

由于煙氣余熱換熱器在酸腐蝕的工況下運行，所以選用合適、性價比高的耐腐蝕材料是非常重要的。根據目前國內外設計經驗，可以考慮采用的材料主要有不銹鋼、耐腐蝕的低合金碳鋼、復合鋼管及表面搪瓷處理的碳鋼等。參考已投入使用的低溫省煤器運行狀況，選用奧氏體不銹鋼TP316L、TP304L、考登鋼或ND鋼（09CrCuSb鋼）作為換熱器材料。

低溫省煤器受熱面管可以采用光管、螺旋肋片管和H型翅片管。與普通光管相比，螺旋肋片管和H型翅片管傳熱性能更好。在滿足同樣換熱性能時，螺旋肋片管和H型翅片管的肋片和翅片間距較大，其換熱面積也比同規格的光管要小。因此，采用螺旋肋片管或H型翅片管可有效減小煙氣余熱換熱器的外形尺寸和管排數，降低煙氣流動阻力。對于除塵器之前的換熱器，由于煙氣含灰量較大，而螺旋肋片管相對更容易積灰，因此采用H型翅片管；對于引風機出口的換熱器，由于經過除塵器后煙氣已基本無積灰問題，采用換熱效率更高的螺旋肋片管。

3 低溫省煤器的熱力系統

低溫省煤器換熱器壁面溫度最低點與水側進口溫度基本相等。有關研究結果表明，當金屬壁溫低于酸露點而高于水蒸氣露點溫度20℃以上時，腐蝕速度約為0.1～0.25mm／a，即有限腐蝕理論。對于一般燃燒煙煤的鍋爐，煙氣水蒸氣露點約43℃，因此換熱器管壁水側進口溫度不應低于65℃。

根據二次再熱1 000MW機組汽機熱平衡圖，THA工況#10低加出口凝結水溫度58.9℃，75%THA工況#10低加出口凝結水溫度更低至54℃，遠低于65℃，因此#10低加出口凝結水不可直接進入煙氣換熱器進行換熱，否則會造成嚴重的低溫腐蝕。為使進入換熱器的水溫不低于65℃，有效控制換熱器的腐蝕速度，換熱器凝結水側從#10低加出口和#9低加出口分別接出，以適當的比例混合至65℃后進入低溫省煤器。低溫省煤器和凝結水系統的熱力系統如圖1所示。

裝設兩級低溫省煤器后，流經#9低加的凝結水流量減少和返回至#8低加入口的凝結水溫度升高，減少了凝結水在#9、#8低壓加熱器內的吸熱，#9、#8級抽汽量相應減少，減少的抽汽量將使低壓缸做功增加，起到節能的作用。低溫省煤器的計算數據如表1所示。

表1 兩級煙氣余熱換熱器有關數據（THA工況）

4 經濟性分析

根據低溫省煤器選型數據，煙氣換熱器經濟性分析如表2所示。標煤價按照950元／t計，水價按1.0元／t計，廠用電按成本電價0.29元／kW·h計，機組年利用小時按5 500h計。

5 結語

綜上所述，本文提出的1 000MW二次再熱機組采用兩級煙氣余熱換熱器，高溫級低溫省煤器布置在空預器出口至除塵器入口的煙道上，低溫級低溫省煤器布置在引風機出口至脫硫吸收塔入口的煙道上。低溫省煤器有效降低了煙氣進入電除塵器和脫硫吸收塔的溫度，提高了電除塵器的除塵效率，降低了脫硫系統耗水量，并且回收了煙氣余熱，一定程度上還降低了引風機的運行電耗。兩級煙氣余熱換熱器方案，充分考慮了尾部煙氣腐蝕、磨損、堵灰的問題，可以安全穩定運行。煙氣換熱器投入運行后排入脫硫塔的煙氣溫度由原來的118℃降至80℃，每臺機組每年可節省燃料及脫硫島用水費用合計778.08萬元，扣除引風機等輔機增加的耗電費用和運行維護檢修費用，每年凈收益666.13萬元，與不設置煙氣余熱利用裝置相比，設備投資靜態回收期約2.25年。減少機組標煤耗1.43g／kW·h，每臺機組每年可節約標煤7 865t，減少了CO2、SO2、NOx、煙塵等污染物排放，經濟效益和社會效益十分明顯。

表2 煙氣換熱器經濟性分析（單臺機組）

［1］王巖.660MW超超臨界機組低溫省煤器配置方案研究［J］.應用能源技術，2013（7）：28～34