1 000 MW鍋爐煙氣余熱回收利用技術

徐　榮， 馬旭光， 潘建強

(華電江蘇能源有限公司句容電廠， 江蘇句容 212400)

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1 000 MW鍋爐煙氣余熱回收利用技術

徐榮， 馬旭光， 潘建強

(華電江蘇能源有限公司句容電廠， 江蘇句容 212400)

摘要：論述了某1 000 MW火電機組鍋爐增設低溫省煤器的煙氣余熱利用技術及低溫省煤器選型過程，以達到回收煙氣余熱，提高機組的整體運行效率；并在節煤節水的同時，相應減少CO2和SO2的排放，具有較好的環保效應。

關鍵詞：煙氣余熱； 低溫省煤器； 節能

燃煤鍋爐的熱損失主要反映在排煙方面，目前鍋爐效率幾乎都在94%左右，而排煙熱損失占到5%左右。鍋爐的傳統設計思路中，大型電站燃煤鍋爐的空氣預熱器排煙溫度一般在120～130 ℃。隨著環保要求的日益提高，煙氣脫硫已成為火電廠的環保強制要求，其中最常用的方式是濕式石灰石-石膏煙氣脫硫工藝。煙氣以約80 ℃的溫度進入脫硫塔，而鍋爐空氣預熱器的出口煙氣溫度一般為130 ℃，這一過程通常經過GGH的熱量交換或噴淋減溫來實現。但GGH在國內電廠的實際使用效果并不理想，特別是堵灰現象非常嚴重。

為解決上述問題，同時有效回收部分排煙損失，筆者在脫硫島不設置GGH，改為在脫硫塔之前的煙道上設置煙氣余熱回收裝置。

1應用現狀

在國外，德國黑泵(Schwaree Pumpe)電廠是使用煙氣余熱換熱器較早的應用廠家。在電除塵器和脫硫裝置之間布置煙氣冷卻器，其設置類似省煤器，通過冷卻器煙氣溫度從170 ℃降到130 ℃，回收的煙氣熱量用來加熱給水，煙氣冷卻后進入脫硫裝置。日本常陸那柯電廠配合低低溫電除塵器則是采用了水媒方式的管式GGH。GGH的煙氣換熱器分降溫和升溫二級，降溫段布置在電除塵器前面的煙道上，升溫段布置在煙囪入口，在降溫段由熱媒循環水吸熱將煙氣降溫(煙氣溫度在90～100 ℃)，在升溫段由熱媒水加熱脫硫后的凈煙氣，凈煙氣經升溫后進入煙囪排入大氣。

在國內，龍口電廠(2臺100 MW)為第一臺設置煙氣余熱換熱器的電廠，將鍋爐煙氣溫度降低到了120 ℃；目前外高橋電廠三期設置煙氣余熱換熱器，將煙氣溫度降低到了85 ℃[1]；國內較早設置煙氣余熱換熱器還有營口、布連等電廠，目前系統已經安全運行多年。

2煙氣系統布置

某電廠工程設置的煙氣余熱換熱器布置于脫硫塔入口和引風機出口之間的煙道上，換熱介質為汽輪機凝結水。由于除塵器已經除去煙氣中99%的飛灰，所以換熱器的磨損和堵灰問題可以不用過多考慮，并且換熱器的換熱管可以使用多種形式的翅片管以強化傳熱。同時，煙氣余熱回收換熱器置于引風機之后，可以有效回收引風機發熱使煙氣溫度升高帶來的熱量，提高節煤效益。

3低溫腐蝕和材料選擇

導致鍋爐受熱面腐蝕一般有兩種情況：一是氧化腐蝕，一般是在高溫環境下發生的；二是低溫腐蝕，一般是由于煙氣溫度較低結露造成的。對于煙氣余熱回收換熱器來說，主要考慮的是低溫腐蝕。換熱器發生低溫腐蝕的重要依據是煙氣露點溫度的計算結果。

對于煙氣-水余熱回收換熱器，傳熱管壁面溫度最低點基本等于或略高于換熱器凝結水進口溫度，只要保證該溫度高于經上述計算得到的煙氣露點溫度就能保證換熱器的安全。根據該電廠煤種特點，設計和校核給出的3個煤種的水蒸氣露點分別為43.29 ℃、40.97 ℃、41.81 ℃，煙氣露點溫度基本都在62 ℃，理論上滿足要求的設計進水溫度應不低于62 ℃[2-3]。為確保安全，最后確定煙氣余熱回收換熱器進水溫度為不低于65 ℃。

材料選擇既要考慮設備成本，又要考慮設備的安全運行。由于存在酸腐蝕的危險，所以換熱器選用合適的耐腐蝕材料作為換熱管材料，同時還要考慮價格成本。綜合國內外的設計經驗，結合目前國內已經投入使用的煙氣余熱換熱器運行狀況，選用ND鋼作為換熱管材料，可保證煙氣換熱器的長期安全使用。

4換熱器的選型

煙氣余熱回收換熱器的結構形式采用管式換熱器，管外為煙氣，管內介質為凝結水，和鍋爐內的省煤器工作特性類似。管式換熱器的優點是制造技術成熟，結構簡單，方便維修，可靠性高，而且容易清理堵灰。光管和翅片管是管式換熱器常用的兩種形式。抗磨損、堵灰性能較好、加上制造工藝簡單是采用光管的主要優勢；但為了提高換熱器換熱效率，同時減少換熱器用材料，降低換熱器設備成本，通常采用翅片管。有關研究表明，在換熱條件相同的條件下，翅片管有比光管更高的管壁溫度，也就是比光管有更強的抗腐蝕能力。另外引風機后的煙氣已經過除塵器除塵，含塵量很低，磨損和堵灰的程度輕。

經綜合考慮，該電廠最初選用螺旋型翅片管式煙氣換熱器。

5進水側設計及熱平衡計算

根據燃料熱平衡計算書和汽輪機熱平衡圖，分析確定煙氣余熱回收換熱器的出口煙氣溫度為95 ℃。

換熱器水側進口溫度需考慮低溫腐蝕對換熱器的影響，解決低溫腐蝕的原則確定在控制傳熱管金屬壁溫上[3]。依據換熱原理和模型，傳熱管金屬壁面溫度與管外的煙氣溫度關系不大，與管內水側溫度接近，如果溫度過低的凝結水進入管內，就會導致傳熱管金屬壁面溫度降低，從而在管壁表面形成酸液并產生腐蝕。根據鍋爐煤種煙氣露點溫度計算結果，確定換熱器進口水溫按不低于65 ℃考慮。因此，換熱器進水從7號低壓加熱器出口凝結水接出符合要求。

考慮到煙氣余熱回收換熱器的特點是小溫差傳熱，所以傳熱管的布置采用逆流模式。由于余熱回收是通過加熱凝結水而減少抽汽來實現的，而抽汽的做功能力和抽汽的品位相關，所以為了盡量提高煙氣余熱的節能效果，凝結水盡可能從高一級抽出，這樣降低煤耗的效果就越好。6號低加出口在THA工況時凝結水溫度為122.5 ℃，與煙氣進口溫度125 ℃相差較小，若要換熱器出口水溫達到6號低加出口THA工況的凝結水溫度，換熱器面積需大大增加，熱經濟性也差。因此考慮換熱器與6號低加采取串聯方式，將凝結水從7號低加出口引出加熱，再回到6號低加進口前。這樣提高了6號低加進口的凝結水溫度，從而達到減少6號低加抽汽，增加機組做功能力的要求。

低壓缸各級抽汽在增設余熱換熱器前后，除了流量有較大變化以外，溫度和壓力均無大的變化，流經各級加熱器的凝結水進出口溫度也變化不大。抽汽流量的確定則先根據換熱器煙氣側降溫所放熱量計算出換熱器的水側吸熱所需流量。后經熱量平衡計算出各段低壓抽汽量的變化。

6煙氣余熱換熱器的整體布置

根據煙氣系統的設計特點、主廠房布置情況，采用了3個35%煙氣余熱換熱器方案，主要特點如下：

(1) 設置3個35%容量煙氣余熱換熱器，換熱器體積小，易于設計制造、安裝檢修，容易布置。

(2) 3個35%容量煙氣余熱換熱器和系統設置的3個35%風機系統相對應，可靠性高。在機組運行過程中如有一臺換熱器出現故障需停運時，只需將相應煙氣支路切斷便可進行維護檢修，從而不會對機組產生較大的負荷波動。

(3) 從爐后的實際布置情況來說，如采取1個100%方案，則換熱器布置的位置相當緊張，而且換熱器需高位布置，檢修維護困難，并且由于換熱器重量較大，高位布置將大大增加土建支墩及基礎的工程量。3個35%方案換熱器置于地面，檢修維護方便，土建工程量小。

所以煙氣余熱換熱器最終采用3個35%容量的方案設計，從3臺引風機出口后的煙氣分別進入3臺各自獨立的煙氣余熱換熱器，經過與凝結水換熱降溫后，再匯成一路進入吸收塔再經脫硫后排入煙囪。

在水側，煙氣余熱換熱器與6號低加串聯運行。凝結水從7號低加出口接出，經升壓泵升壓后進入煙氣余熱換熱器，經煙氣余熱換熱器加熱升溫后再返回6號低加進口。主要設計參數見表1。

表1　煙氣余熱換熱器設計數據表

7結語

采用煙氣余熱回收利用技術加熱凝結水，降低機組煤耗，提高機組效率，取得了預期的節煤節水減排效果。

煙氣余熱回收換熱器投運3年多來，沒有發生煙氣腐蝕、磨損、堵灰的問題，運行可靠，實踐證明在脫硫塔前設置煙氣余熱回收換熱器不存在固有的低溫腐蝕問題。

煙氣換熱器投入運行后經濟效益和社會效益明顯，燃料費用單臺機組節省495.2萬元/年，脫硫島用水減少2.75×105t/年，CO2排放量減少15 000 t/年，SO2排放量減少51.9 t/年。

參考文獻：

[1] 趙之軍，馮偉忠，張嶺，等. 電站鍋爐排煙余熱回收的理論分析與工程實踐[J]. 動力工程，2009，29(11)：994-997.

[2] 賈明生，凌長明. 煙氣酸露點溫度的影響因素及其計算方法[J]. 工業鍋爐，2003(6)：31-35.

[3] 張基標，郝衛,趙之軍，等. 鍋爐煙氣低溫腐蝕的理論研究和工程實踐[J]. 動力工程學報，2011，31(10)：730-733.

Flue Gas Heat Recovery Technology of a 1 000 MW Boiler

Xu Rong, Ma Xuguang, Pan Jianqiang

(Jurong Power Plant, Jiangsu Huadian Energy Co., Ltd., Jurong 212400, Jiangsu Province, China)

Abstract：The flue gas heat recovery technology by adding a low-temperature economizer to the 1 000 MW thermal power boiler was introduced, including the way of low-temperature economizer type selection, so as to improve the overall operation efficiency of the unit, and to achieve simultaneous coal-saving, water-saving, CO2/SO2 emission reduction purposes, thus obtaining good environmental protection effects.

Keywords：flue gas heat; low-temperature economizer; energy saving

中圖分類號：X701

文獻標志碼：A

文章編號：1671-086X(2016)02-0135-03

作者簡介：徐榮(1972—)，男，工程師，主要從事電廠物資、設備及工程管理工作。E-mail: xr_jrhd@126.com

收稿日期：2015-12-17