基于煙-風(fēng)-水一體化的煙氣余熱深度利用研究

邱季飛，鄭文廣，朱良松

（1.江蘇華電句容發(fā)電有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212300；2.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

基于煙-風(fēng)-水一體化的煙氣余熱深度利用研究

邱季飛1，鄭文廣2，朱良松2

（1.江蘇華電句容發(fā)電有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212300；2.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

隨著國家節(jié)能減排行動的加快推進(jìn)，電力行業(yè)在燃煤機組節(jié)能減排技術(shù)研究方面做了很多的工作，并且逐步得到應(yīng)用，本文以某電廠百萬等級燃煤新建機組為實例，介紹基于煙-風(fēng)-水一體化的煙氣余熱深度利用方案，為燃煤機組能量梯級利用提供參考建議。

燃煤機組；節(jié)能減排；煙氣余熱；深度利用

1 常規(guī)煙氣余熱利用技術(shù)

早期的煙氣余熱利用方案將煙氣余熱換熱器布置在引風(fēng)機出口與脫硫吸收塔入口之間的煙道上（如圖1所示），回收的煙氣余熱用于加熱凝結(jié)水，節(jié)約出來的抽汽可以增加汽輪機的做功[2]。此方案的好處是進(jìn)入換熱器的煙氣中的絕大部分飛灰已被除塵器除去，對換熱器來說磨損和堵灰的問題大大減輕；另一方面還可以利用引風(fēng)機帶來的溫升效益。外高橋電廠三期和華電句容電廠一期工程等即采用的這種方案。

近期的煙氣余熱利用方案將煙氣余熱利用與低低溫電除塵技術(shù)相結(jié)合[3]，將煙氣余熱換熱器布置在空氣預(yù)熱器出口與電除塵器入口之間的煙道上（如圖2所示），回收的煙氣余熱同樣用于加熱凝結(jié)水，這種方案的另一個好處是煙氣溫度降低后還可以有效提高除塵效率。此方案的缺點是進(jìn)入換熱器的煙氣中飛灰含量，對換熱器來說存在磨損和堵灰的問題；另一方面無法獲得引風(fēng)機帶來的溫升效益。大唐南京電廠和大唐寧德電廠等即采用的這種方案。

2 煙-風(fēng)-水一體化煙氣余熱深度利用技術(shù)

在以往燃煤機組煙氣余熱利用技術(shù)研究和應(yīng)用的初期，采用低溫省煤器方案，但不管低溫省煤器布置在靜電除塵器前還是引風(fēng)機后[4]，能量的交換僅限于在煙氣和低壓給水（凝結(jié)水）之間，有一定的節(jié)能效果，從現(xiàn)在已投運的600MW和1000MW等級燃煤機組看，供電煤耗可降低1g/kWh左右。隨著是“十二五”和“十三五”期間生態(tài)發(fā)展國家戰(zhàn)略的實施，近些年，電力行業(yè)對燃煤機組節(jié)能減排技術(shù)的研究更上一個臺階，而怎樣更加有效的降低能耗，在對以往常規(guī)煙氣余熱利用基礎(chǔ)上，研究應(yīng)用基于煙氣、二次風(fēng)和給水三種介質(zhì)的換熱效應(yīng)，將煙氣的低品質(zhì)熱能傳遞高壓給水，變成高品質(zhì)熱能，以降低整個機組的能耗水平。

下面以某電廠百萬燃煤新建機組為例，詳細(xì)介紹兩種可行的煙-風(fēng)-水一體化煙氣余熱深度利用方案，并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較。

2.1 煙氣余熱深度利用方案一

第一種方案是在空預(yù)器和靜電除塵器之間的煙道上布置煙氣余熱換熱器，煙氣流過煙氣余熱換熱器后溫度降低并將閉式熱媒水加熱；加熱后的熱媒水進(jìn)入送風(fēng)機出口的暖風(fēng)器，將空預(yù)器入口的冷二次風(fēng)加熱；空預(yù)器進(jìn)風(fēng)溫度提高后，置換出來的煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器旁路煙道，旁路煙道系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置高、低壓兩級省煤器，分別加熱高壓給水和低壓給水（凝結(jié)水），具體的原理圖如圖3所示。

2.1.1 煙氣余熱換熱器

煙氣余熱換熱器布置在空預(yù)器和除塵器之間的煙道上，每臺爐設(shè)6臺煙氣余熱換熱器，煙氣余熱換熱器入口煙氣溫度為117℃，煙氣流過煙氣余熱換熱器后溫度降低并將閉式熱媒水加熱。煙氣余熱換熱器和二次風(fēng)暖風(fēng)器之間的閉式循環(huán)熱媒水水質(zhì)為除鹽水，設(shè)置兩臺100%容量的熱媒水循環(huán)泵，一用一備。

2.1.2 冷二次風(fēng)暖風(fēng)器

暖風(fēng)器布置在送風(fēng)機出口與空預(yù)器入口之間的冷二次風(fēng)道上，每臺爐設(shè)2臺暖風(fēng)器，在煙氣余熱換熱器中被煙氣加熱后的閉式熱媒水進(jìn)入暖風(fēng)器加熱空預(yù)器入口的冷二次風(fēng)，水溫由煙氣余熱換熱器側(cè)控制。

2.1.3 高壓省煤器

高壓省煤器布置在空氣預(yù)熱器旁路煙道上，脫硝裝置出口部分煙氣進(jìn)入旁路煙道后，通過高壓省煤器，首先加熱高壓給水。

空氣預(yù)熱器旁路煙道僅為部分煙氣，因此進(jìn)入高壓省煤器的高壓給水也為部分流量，與原有高加形成并聯(lián)系統(tǒng)。進(jìn)入高壓省煤器的為4號高加入口的高壓給水，溫度約190℃，高壓省煤器出口高壓給水直接接入2號和4號高加外置式蒸汽冷卻器出口（即鍋爐省煤器入口），高壓省煤器出口高壓給水溫度與原鍋爐省煤器入口給水溫度保持一致。

因高壓省煤器受熱面為高壓管材，為節(jié)約受熱面管材用量，高壓省煤器應(yīng)取較大的換熱溫差，高壓省煤器入口水溫約190℃，出口煙溫暫按220℃考慮。

2.1.4 低壓省煤器

低壓省煤器布置在空氣預(yù)熱器旁路煙道高壓省煤器下部，脫硝裝置出口部分煙氣進(jìn)入旁路煙道后，通過高溫省煤器加熱高壓給水后，溫度降低到220℃后的煙氣再經(jīng)過低壓省煤器，加熱低壓給水。

進(jìn)入低壓省煤器的凝結(jié)水也為部分流量，與原有部分低加形成并聯(lián)系統(tǒng)，選取9號低加出口的凝結(jié)水進(jìn)入低壓省煤器，低壓省煤器出口凝結(jié)水直接接入6號低加出口（即除氧器入口）。為控制低溫腐蝕，低壓省煤器入口水溫約83℃。

2.2 煙氣余熱深度利用方案二

第二種方案考慮到引風(fēng)機的溫升效應(yīng)，在空預(yù)器和靜電除塵器之間的煙道上布置第一級煙氣余熱換熱器，在引風(fēng)機出口脫硫吸收塔入口設(shè)置第二級煙氣余熱換熱器，煙氣流過二級煙氣余熱換熱器回收的熱力均用于加熱閉式熱媒水；加熱后的熱媒水進(jìn)入送風(fēng)機出口的暖風(fēng)器，將空預(yù)器入口的冷二次風(fēng)加熱；空預(yù)器進(jìn)風(fēng)溫度提高后，置換出來的煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器旁路煙道，旁路煙道系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置高、低壓兩級省煤器，分別加熱高壓給水和低壓給水（凝結(jié)水），具體的原理圖如圖4所示，在系統(tǒng)設(shè)備方面，比方案一增加引風(fēng)機后的第二級煙氣余熱換熱器。

3 煙氣余熱深度利用方案技術(shù)經(jīng)濟比較

3.1 初投資分析

煙氣余熱深度利用方案一增加的初投資主要以以下部分組成：

（1）增加的換熱器包括高壓省煤器、低壓省煤器、煙氣余熱換熱器和二次風(fēng)暖風(fēng)器；

（2）熱媒水泵；

（3）煙道、水管道及風(fēng)門、閥門等管道附件；

（4）土建費用

（5）安裝費用

煙氣余熱深度利用方案二增加的初投資比方案一多了一級煙氣余熱換熱器，但第一級余熱換熱器比方案一略小。

兩種方案的系統(tǒng)初投資分析見表1。

表1 初投資分析（單臺機組）

3.2 收益分析

3.2.1 節(jié)煤量分析

高、低壓省煤器加熱部分給水和凝結(jié)水后，可節(jié)約1-4號高加和6-8號低加的部分抽汽，節(jié)約的這部分抽汽可以增加汽輪機的做功出力。方案一降低煤耗約2.418g/kWh，節(jié)煤量約為單臺機組13300t/a，方案二降低煤耗約3.218g/kWh，節(jié)煤量約為單臺機組17000t/a。

3.2.2 節(jié)水量分析

方案一：進(jìn)入煙氣脫硫塔的煙氣溫度由117℃降低到96℃（考慮引風(fēng)機溫升），能有效減少脫硫塔的水耗，經(jīng)計算單脫硫塔水耗可減少約30t/h。

方案二：進(jìn)入煙氣脫硫塔的煙氣溫度由117℃降低到85℃，能有效減少脫硫塔的水耗，經(jīng)計算單脫硫塔水耗可減少約45t/h。

3.2.3 增加的電耗分析

由于煙氣溫度降低，煙氣體積流量下降，單臺機組引風(fēng)機軸功率減少，同時，由于設(shè)置煙氣余熱換熱器后，煙氣阻力增加，單臺機組引風(fēng)機軸功率增大；當(dāng)送風(fēng)機設(shè)置暖風(fēng)器后，二次風(fēng)系統(tǒng)阻力增加，單臺機組送風(fēng)機軸功率增大；另外，新增的熱媒水循環(huán)泵增加耗電。

兩個方案所增加的電耗分析見表2。

3.3 綜合經(jīng)濟分析

根據(jù)上述分析，煙氣余熱深度利用方案一和方案二的綜合經(jīng)濟分析比較見表3。

表2 電耗分析（單臺機組）

表3 煙氣余熱利用方案經(jīng)濟性分析（單臺機組）

由表3對比，方案一與方案二的靜態(tài)投資回收期均較短，經(jīng)濟效益比較好。兩種方案均是可行方案，但方案二系統(tǒng)比系統(tǒng)一略為復(fù)雜，另外，方案一將靜電除塵器前的溫度降低到90℃左右，能夠大幅度降低飛灰比電阻，有效避免了反電暈現(xiàn)象，提高了除塵器效率，同時，煙氣溫度更低，還可以降低煙氣體積流量，減小電除塵電場內(nèi)的煙氣流速，延長煙氣處理時間，減小二次揚塵，進(jìn)一步提高和穩(wěn)定電除塵效率，并特別有利于對細(xì)微粉塵的高效捕集。

3.4 低溫腐蝕風(fēng)險分析

不管采用上述的哪種煙氣余熱深度利用方案，不可避免都要涉及到煙氣余熱換熱器的低溫結(jié)露腐蝕問題，但與低溫腐蝕最相關(guān)的煙氣酸露點計算方法國際上也不統(tǒng)一，目前也還沒有更加適應(yīng)國內(nèi)煤種特性的煙氣露點溫度公式。因為日本電廠應(yīng)用低溫省煤器技術(shù)比較早，成功的案例較多，因此，國內(nèi)目前考慮煙氣余熱換熱器低溫腐蝕問題時參考日本的經(jīng)驗比較多。

方案一采用一級煙氣余熱換熱器，設(shè)置在靜電除塵器前，溫度降低到90℃；方案二采用二級煙氣余熱換熱器，第一級設(shè)置在靜電除塵器前，溫度降低到105℃，第二級設(shè)置在引風(fēng)機后脫硫吸收塔前，溫度降低到85℃。從除塵工藝流程來看，方案一是煙氣先降溫再除塵，方案二是先除塵再降溫。

根據(jù)日本電廠的經(jīng)驗而進(jìn)行腐蝕風(fēng)險評估分析，對于方案一先降溫到90℃左右在進(jìn)靜電除塵器的煙氣，工作在高含塵煙氣環(huán)境中，當(dāng)換熱器出口煙溫低于煙氣酸露點時，結(jié)露出的SO3液滴在高含塵的環(huán)境中會被粉塵吸附包裹，并在電場內(nèi)荷電，酸性液滴也會與粉塵中的堿性物質(zhì)部分中和，這些粉塵包裹的液滴最終被除塵器除掉，從而避免對換熱器、低低溫除塵器及下游設(shè)備產(chǎn)生腐蝕；對于方案二，雖然靜電除塵器前煙氣進(jìn)行了一定的降低，但仍在酸露點之上，由于煙溫較高，靜電除塵器前飛灰粉塵對硫酸霧或SO3的吸附作用有限，而除塵后又由于粉塵濃度極低，在吸附硫酸霧或SO3方面已經(jīng)力不從心，煙氣再降到85℃時必然因低于原煙氣酸露點溫度而承受較大低溫腐蝕風(fēng)險，不過脫硫吸收塔進(jìn)口煙氣換熱器所需保護的面積較小，內(nèi)部采取必要的防腐措施所花費代價不是很大。

4 結(jié)語

綜上所述，基于煙-風(fēng)-水一體化的煙氣余熱深度利用方案通過設(shè)置煙氣余熱換熱器來加熱閉式熱媒水，閉式熱媒水再進(jìn)入空預(yù)器入口之間的暖風(fēng)器，將空預(yù)器入口的冷二次風(fēng)加熱，空預(yù)器進(jìn)風(fēng)溫度提高后，置換出來的煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器旁路煙道，旁路煙道系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置高、低壓兩級省煤器，分別加熱高壓給水和低壓結(jié)水，節(jié)省的抽汽增加了汽輪機做功，實現(xiàn)煙氣低品質(zhì)熱能向給水高品質(zhì)熱能的轉(zhuǎn)換。因此，基于煙-風(fēng)-水一體化的煙氣余熱深度利用方案，雖然單臺機組初投資增加3400-4000萬元，但節(jié)約標(biāo)煤耗2.4-3.2g/kWh，靜態(tài)投資回收期4a左右，CO2和SO2等污染物排放相應(yīng)減少，經(jīng)濟效益和社會效益均十分明顯。

[1]姚振剛，等.燃煤電站鍋爐煙氣余熱回收利用[J].東北電力技術(shù)，2013，（4）．

[2]銀根，等.某電廠鍋爐排煙余熱回收利用[J].技術(shù)與經(jīng)濟，2015，（10）．

[3]仝慶居，等.鍋爐煙氣余熱利用技術(shù)[J].工業(yè)技術(shù)，2009，（18）．

[4]朱建國.新疆某電廠#1機組排煙余熱回收系統(tǒng)的設(shè)計與運行[J].發(fā)電與空調(diào)，2014，（4）.

修回日期：2016-07-11

Research on Flue Gas Waste Heat Advanced Utilization Based on Smoke-air-Water Integration

QIU Ji-fei1，ZHENG Wen-guang2，ZHU Liang-song2
（1.Jiangsu Huadian Jurong Power Generation Co.，Ltd，Zhenjiang 212300，China；2.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

With the accelerating of National energy saving and emission reduction actions，The electric power industry has done a lot of work in the research of energy saving and emission reduction technology，and has been applied gradually，In this paper，based on the example of a million grade coal-fired units in a power plant，this paper introduces the scheme of flue gas waste heat recovery based on smoke-air-water integration.

coal fired unit；energy saving and emission reduction；flue gas waste heat；advanced utilization

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.005

TM621

B

2095-3429（2016）04-0021-05

0 引言

邱季飛（1977-），男，江蘇南通人，本科，高級工程師，主要從事燃煤機組鍋爐技術(shù)管理工作。

2016-05-30

2014年9月12日，國家三部委以“發(fā)改能源〔2014〕2093號”下發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，加快推動能源生產(chǎn)和消費革命，進(jìn)一步提升煤電高效清潔發(fā)展水平，并列出了燃煤電廠節(jié)能減排主要參考技術(shù)，其中對煙氣余熱進(jìn)行回收的低溫省煤器技術(shù)節(jié)能效果明顯[1]，預(yù)計可降低供電煤耗1.4-1.8g/kWh，同時，在干式靜電除塵器前設(shè)置換熱裝置，將煙氣溫度降低到接近或低于酸露點溫度，降低飛灰比電阻，減小煙氣量，有效防止電除塵器發(fā)生反電暈，提高除塵效率。

由此可見，燃煤機組煙氣余熱回收技術(shù)的應(yīng)用無論是從節(jié)能還是污染物減排方面都有很大的作用，近些年，為了充分挖掘煙氣余熱利用的潛力，在某些燃煤機組上，綜合考慮鍋爐預(yù)熱器旁路配置以及二次風(fēng)加熱等方面的設(shè)計，采用煙-風(fēng)-水一體化煙氣余熱深度利用技術(shù)，可以進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能和減排的目的，預(yù)計供電煤耗可降低2g/kWh以上。