煙氣余熱利用技術(shù)（低溫省煤器）在600MW超臨界機(jī)組上的應(yīng)用

郭為

摘 要：合理利用電廠鍋爐排煙中的余熱，可達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的目的。本文以低溫省煤器在600MW機(jī)組中應(yīng)用為例，對低溫省煤器應(yīng)用情況進(jìn)行介紹。為相似機(jī)組的煙氣余熱回收改造提供參考。

關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組；煙氣余熱利用；低溫（壓）省煤器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.001

1 低溫省煤器應(yīng)用的背景

目前，火力發(fā)電廠由于各方面原因，燃煤鍋爐排煙溫度通常遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值，這給發(fā)電企業(yè)的節(jié)能和環(huán)保工作帶來了沉重的壓力。利用低溫省煤器來降低鍋爐排煙溫度，成為解決該問題的有效途徑。

（1）鍋爐排煙溫度偏高。由于國家明確了火電廠排放氮氧化物控制標(biāo)準(zhǔn)，目前運(yùn)行機(jī)組陸續(xù)完成脫硝改造。空預(yù)器換熱元件的改造通常帶來空預(yù)器換熱效率降低、鍋爐排煙溫度升高的問題。

另外，發(fā)電廠為了降低發(fā)電成本，大量燃用低發(fā)熱量的劣質(zhì)煤，也導(dǎo)致了鍋爐排煙溫度升高。

（2）粉塵達(dá)標(biāo)排放要求。2014年，我國出現(xiàn)了霧霾天氣，環(huán)保部和公眾對發(fā)電廠排放污染物關(guān)注程度日益增加。新排放標(biāo)準(zhǔn)中更是規(guī)定了自2014年7月1日起，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐執(zhí)行30mg/Nm3的粉塵排放限值。降低鍋爐排煙溫度，可以降低粉塵比電阻，提高電除塵的效率，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

（3）應(yīng)用情況。國際上，日本已有成功應(yīng)用煙氣余熱利用技術(shù)的先例。日本1997年成功開發(fā)應(yīng)用低溫電除塵及氣氣換熱技術(shù)，并在日本各大燃煤電廠推廣。其鍋爐排煙溫度經(jīng)回收利用后，一般可降至90℃。如原町電廠百萬機(jī)組，鍋爐排煙溫度可降至93℃，滿負(fù)荷時(shí)煙塵排放濃度可達(dá)7mg/Nm3。在我國，已有部分電廠成功應(yīng)用了煙氣余熱回收技術(shù)。

2 低溫省煤器應(yīng)用實(shí)例

福建某電廠4號爐通過在尾部煙道布置低溫省煤器，利用鍋爐排煙將凝結(jié)水加熱、降低最終排煙溫度，實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱回收利用。在增加該系統(tǒng)后，達(dá)到了節(jié)能和環(huán)保效果。停爐后檢查中，在煙道、電除塵、引風(fēng)機(jī)等設(shè)備沒有發(fā)生低溫腐蝕、積灰現(xiàn)象。

（1）機(jī)組概況。該鍋爐為哈鍋生產(chǎn)的HG-1900/25.4-YM4型超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，由于運(yùn)行中煤種變動大、空預(yù)器改造后換熱效率減低，導(dǎo)致鍋爐排煙溫度高（夏季達(dá)到140～160℃，冬季為120～140℃）、除塵效率下降。同時(shí)由于機(jī)組建設(shè)時(shí)國家對火力發(fā)電廠煙囟煙塵濃度執(zhí)行的是2003版標(biāo)準(zhǔn)，要求排放濃度限值為50mg/m3，高于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。因此需通過在鍋爐尾部煙道增設(shè)低溫省煤器，降低進(jìn)入電除塵的煙氣溫度，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

（2）工作原理及工藝。在鍋爐尾部煙道內(nèi)設(shè)置受熱面，引入機(jī)側(cè)凝結(jié)水與熱煙氣進(jìn)行換熱，使得凝結(jié)水升溫，并使進(jìn)入電除塵器的煙氣溫度由150℃降低到90～100℃，達(dá)到利用煙氣余熱和環(huán)保排放的目的。由于該受熱面布置在鍋爐尾部煙道，并且與機(jī)側(cè)低溫低壓的凝結(jié)水系統(tǒng)相連，為了與原有的省煤器區(qū)分，稱該煙氣余熱利用裝置為低溫（壓）省煤器。

低溫省煤器的兩級受熱面采用逆流換熱布置，分別布置于電除塵進(jìn)口喇叭處和空預(yù)器出口的垂直煙道處，前者為低溫受熱面，后者為高溫受熱面。

低溫省煤器的進(jìn)水分別取自7、8號低加進(jìn)口、6號低加進(jìn)口，通過混合得到合適的溫度后，通過變頻增壓泵升壓把凝結(jié)水送至受熱面中換熱。調(diào)節(jié)入口電動調(diào)節(jié)閥或增壓泵的頻率，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)水量的切換和調(diào)節(jié)。低溫省煤器的回水口根據(jù)回水溫度選擇6號低壓加熱器出口或5號低壓加熱器出口，經(jīng)過加熱的凝結(jié)水與主凝結(jié)水匯合后最終送往除氧器。

為了防止積灰，在各受熱面處還設(shè)置了聲波吹灰器和振打裝置。

（3）運(yùn)行參數(shù)控制。運(yùn)行中主要控制參數(shù)主要有：低溫省煤器入口水溫、入口凝結(jié)水流量。通過調(diào)整這兩個參數(shù)，使低溫省煤器出口煙溫降至95℃左右。為了防止低溫腐蝕，根據(jù)煤質(zhì)情況，考慮到煙氣的酸露點(diǎn)和水露點(diǎn)的因素，設(shè)置低溫省煤器入口水溫為57℃。控制系統(tǒng)根據(jù)入口水溫和出口煙溫設(shè)定值，自動調(diào)節(jié)變頻泵出力，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中凝結(jié)水流量。

出口煙溫的選取，需根據(jù)煤質(zhì)進(jìn)行計(jì)算得出。燃煤煙氣酸露點(diǎn)有多種計(jì)算方法，受爐型、燃料含硫量、灰分、水分、過量空氣系數(shù)等參數(shù)影響，很難從理論上推導(dǎo)出精確的煙氣酸露點(diǎn)公式。國際上至少有7種計(jì)算公式，其中前蘇聯(lián)1973年鍋爐熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)兼顧了各種因素的影響。在低溫受熱面采用ND鋼，并控制進(jìn)口水溫高于煙氣水露點(diǎn)20℃以上，可有效控制受熱面換不發(fā)生低溫腐蝕。

3 應(yīng)用效果

（1）節(jié)能效果。加裝低溫省煤器系統(tǒng)后，機(jī)組在滿負(fù)荷工況下（負(fù)荷600MW，排煙溫度150℃）排煙溫度可降低至95℃，最高降幅達(dá)55℃。由于煙氣溫度大幅度下降，煙氣體積隨之下降、煙氣中粉塵比電阻下降，引風(fēng)機(jī)電率下降幅度約為10%，同時(shí)脫硫系統(tǒng)的水耗和電除塵的電耗有一定下降。

汽機(jī)側(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，汽輪機(jī)的熱耗下降52kJ/kWh。滿負(fù)荷驗(yàn)收試驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗可降低1.5g/kWh。

（2）環(huán)保效果。在投入低溫省煤系統(tǒng)后，粉塵排放值下降幅度明顯，從原55.6mg/Nm3下降到約30 mg/Nm3。SO3脫除測試表明，在投入低溫省煤系統(tǒng)運(yùn)行后，SO3脫除率達(dá)到73.78%。

（3）受熱面腐蝕、積灰情況。經(jīng)過材料低溫腐蝕測試表明，低溫省煤器應(yīng)用的Q235和SPCC兩種材料的耐腐蝕性能都較強(qiáng)，腐蝕級別均達(dá)到5級以下。Q235的平均年腐蝕率為0.0537mm，SPCC的平均年腐蝕率為0.0412mm。該系統(tǒng)自2012年9月投入運(yùn)行至今，歷次停爐后檢查均未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕、積灰現(xiàn)象。

4 結(jié)論

經(jīng)運(yùn)行和相關(guān)試驗(yàn)表明，在600MW超臨界鍋爐中設(shè)置低溫省煤器，可有效利用鍋爐排煙熱量，實(shí)現(xiàn)煙氣余熱利用，達(dá)到降低煤耗、水耗、引風(fēng)機(jī)和電除塵器電耗的效果，提高了電除塵器的提運(yùn)行效率，降低了粉塵的排放，并能除去煙氣中部分SO3。該系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)簡單，對于燃煤火力發(fā)電廠是一種較為實(shí)用的降耗、節(jié)能、環(huán)保項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn)：

[1]岑可法等.鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣磨損和腐蝕的防止原理與計(jì)算[M].北京：科學(xué)出版社，1994.

[2]趙恩嬋，張方煒.火力發(fā)電廠煙氣余熱利用設(shè)計(jì)研究[J].熱力發(fā)電，2008（10）.