燃煤電站煙氣余熱利用系統研究

吳成軍,馮展管,孫英文（國核電力規劃設計研究院,北京　100095）

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燃煤電站煙氣余熱利用系統研究

吳成軍,馮展管,孫英文
（國核電力規劃設計研究院,北京100095）

摘 要:在燃煤電站系統設計優化中，合理利用鍋爐排煙余熱是節能的主要措施之一。煙氣余熱利用方式縱多，本文著重分析研究了加熱熱網循環水和凝結水的余熱利用方式。研究結果表明，加設煙氣余熱利用裝置后，煤耗降低，發電量增加，全廠熱效率有所提高，頗具一定社會效益和經濟效益。

關鍵詞：煙氣余熱利用；熱效率；煤耗；凝結水；熱網循環水；節能

0　引言

排煙熱損失占鍋爐整體熱損失的60%～70%，是各項熱損失中最大的一項。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度。因此，降低鍋爐排煙溫度對于節能減排具有重要的實際意義[1～2]。

1　工程概況

本文依托工程為某超臨界2×350MW燃煤間接空冷供熱機組。

鍋爐為一次中間再熱、單爐膛、平衡通風、固態排渣、緊身封閉布置、全懸吊結構Π型直流爐。BMCR工況主要參數：最大連續蒸發量1200t/h，過熱蒸汽參數為25.4MPa/571℃，空氣預熱器出口煙溫為120℃，引風機進口煙溫約為110.7℃。

汽輪機為超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式間接空冷汽輪機。TMCR工況主要參數：額定功率為383MW，主汽閥前參數為24.2MPa/566℃，設計背壓為12kPa(a)，給水加熱級數為7級。

2　煙氣余熱利用

2.1系統擬定

針對本工程，煙氣余熱利用的方式如下：在冬季供熱期間，回收煙氣余熱用于加熱熱網循環水；非采暖期，回收煙氣余熱用于加熱凝結水，系統流程圖如圖1。

圖1　煙氣余熱利用系統流程圖

2.2煙氣余熱利用裝置的設計及布置

煙氣余熱利用裝置采用表面換熱，其受熱面需考慮防磨和防腐；換熱組件和密封件等易于拆卸；換熱管材質采用耐腐蝕的ND鋼，使用壽命≥50000小時。

煙氣余熱利用換熱器視其設置位置不同，大致可分為以下兩種情況：

（a）煙氣余熱利用裝置布置于除塵器與空預器之間的煙道上。對應此種布置方案，回收煙氣余熱、降低排煙溫度的同時，除塵器效率提高，煙氣體積流量大為減小，引風機負荷降低；但同時也將帶來了較為嚴重的負面影響，如增加了除塵器低溫防腐的難度和堵灰的幾率。因國內除塵器低溫防腐技術尚未成熟，若因腐蝕或堵灰問題檢修停運除塵器，則會嚴重影響整體機組的安全運行。因此本工程不采用此布置方案。

（b）煙氣余熱利用裝置布置于引風機與脫硫塔之間的煙道上。凝結水或熱網循環水吸收了煙氣中的熱量而溫度升高，同時降低了進入脫硫塔的煙氣溫度，既減少煙氣蒸發水耗量，又保護了脫硫塔的防腐內襯；余熱利用裝置安裝于除塵器之后，煙氣中絕大部分顆粒物已被去除，大大減小了換熱裝置的磨損程度，同時堵灰幾率大為降低。綜上，對于整個機組安全運行和檢修維護，此布置方案均優于a方案。因此，本工程采用b方案。

2.3煙氣可利用的熱量

當換熱裝置換熱面的金屬壁溫低于煙氣酸露點溫度時，換熱管束將不可避免的產生低溫腐蝕，嚴重時可導致設備損壞；但出口煙溫太高時，將無法充分利用煙氣余熱，節能效益無法最大化。本工程引風機出口煙氣溫度為110.7℃，擬定換熱器煙氣出口溫度為87℃（酸露點+5℃裕量）。經熱平衡計算得出，最終可以利用的煙氣熱量為41.6GJ/h(煙氣比熱取1.068 kJ/(kg.K)，換熱效率取95%)。

3　經濟收益和投資回收

3.1經濟收益

本文按照以下兩種方式計算煙氣余熱利用的收益：

（1）保證燃煤量不變。

（2）保證供電量不變。

下文將按照上述兩種方式分別進行經濟和收益計算。兩種方式的邊界條件如下：

（a）機組銘牌功率350MW；

（b）所有系統和設備年利用小時：5700小時；

（c）采暖期：150天（3600小時）；

（d）夏季純凝發電時間按照工況出力折算為2643小時；

（e）煙氣阻力增加約650Pa(因煙氣余熱利用換熱器)，引風機能耗的增加

（f）低壓缸排汽量增加導致循環水泵的能耗增加

（g）煙氣換熱循環水泵的能耗等

設置煙氣余熱換熱器后，單臺機組年供電增加收益見表1，單臺機組年供熱和節煤收益見表2，單臺機組年脫硫節水收益見表3。

方案一：未設置煙氣余熱利用換熱器，方案二：設置煙氣余熱利用換熱器。

表1　單臺機組年供電增加收益

表2　單臺機組年供熱和節煤收益

表3　單臺機組年脫硫節水收益

3.2投資回收

單臺機組初始投資比較見表4。

對于整體系統和設備投資回收年限，本文按如下公式進行核算：

A=P·I (1+I)n/((1+I)n-1)+R

A—年費用，P—初投資，R—年運行費

I—基準收益率取7.05% n—計算年限

當采用煙氣余熱利用的年費用與年收益持平時，設備的投資收回。經計算得出：

（1）保證燃煤量不變，機組出力增加，按可增加上網電量的方式計算，需6.6年即可收回所有系統和設備的初投資。

（2）保證供電量不變，按采暖期多供熱的供熱收益和非采暖期純凝工況節煤收益方式計算，需5.8年即可收回所有系統和設備的初投資。

上述計算均未考慮設備的年檢費用和使用壽命（因國內煙氣余熱利用起步較晚，尚無長期安全運行經驗）。

表4　單臺機組初始投資比較（單位：萬元）

4　結論

本文分析研究了利用鍋爐排煙余熱加熱熱網循環水和凝結水的余熱利用方式，經多方面比選，最終確定將煙氣余熱利用裝置布置于引風機和脫硫塔之間的煙道上的布置方案，經進一步計算得出，設置煙氣余熱利用系統后，單臺機組年節約約11.5萬噸水，節水效果較為明顯，尤其對于空冷機組；單臺機組增加年供電收益約156萬元（保證燃煤量不變）；單臺機組增加年供熱和節煤綜合收益172.8萬元（保證供電量不變），約6～7年可收回所有系統和設備的初始投資。

經研究表明，設置煙氣余熱利用系統后，整個電廠熱效率得以提高，煤耗降低，供電量增加，但回收鍋爐排煙余熱并非越多越好，熱量利用程度存在一定限制，即排煙溫度不能降的太低，當排煙溫度低于煙氣露點溫度時，換熱管束將不可避免地發生酸腐蝕，嚴重時可導致機組停機，影響機組的安全運行，這一點應引起足夠重視，亦是日后研究重點之一。

參考文獻：

[1]張方煒.鍋爐煙氣余熱利用研究[J].電力勘測設計,2010,08(04): 48-52.

[2]趙恩嬋,張方煒,趙永紅.火力發電廠煙氣余熱利用系統的研究設計[J].熱力發電,2008,37(10):66-70.

作者簡介：吳成軍（1984-），男，江蘇灌云人，碩士，工程師，主要從事：火力發電廠熱機專業設計。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.062