多級煙氣冷卻器深度回收電站鍋爐排煙余熱

付玉玲， 蔡 巍， 蔣海濤， 賈明華， 褚曉亮， 王 罡， 牛 濤, 楊天亮

(煙臺龍源電力技術股份有限公司， 山東煙臺 264006)

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多級煙氣冷卻器深度回收電站鍋爐排煙余熱

付玉玲， 蔡 巍， 蔣海濤， 賈明華， 褚曉亮， 王 罡， 牛 濤, 楊天亮

(煙臺龍源電力技術股份有限公司， 山東煙臺 264006)

利用多級煙氣冷卻器回收排煙余熱，結合某典型300 MW機組，對煙氣余熱深度利用方法進行了具體分析，并對該機組采暖期和非采暖期的經濟效益利用等效焓降法進行了計算，經濟效益顯著。

鍋爐； 排煙余熱； 酸露點； 煙氣冷卻器

“十二五”節能減排主要目標已經公布：到2015年，全國萬元國內生產總值能耗下降到0.869 t標準煤(按2005年價格計算)，比2010年的1.034 t標準煤下降16%，比2005年的1.276 t標準煤下降32%；“十二五”期間，實現節約能源6.7億t標準煤。

電力行業是能耗大戶，可利用的余熱量巨大。因此，研究電力領域的節能技術，充分利用這些余熱余能，提高設備熱效率，對節能、降耗、減排工作具有重要意義。近年來我國鍋爐排煙余熱、余能利用技術取得了長足進步。目前，利用排煙余熱的技術方案有很多，比較成熟和有效的是增加省煤器換熱面積和加裝低壓省煤器。低壓省煤器利用排煙余熱有多種形式，用來加熱汽輪機回熱系統低壓加熱器(簡稱低加)側的凝結水最為普遍。

由于低壓省煤器通常布置在鍋爐尾部空氣預熱器后的煙道，處于溫度較低的區段，是鍋爐容易發生低溫腐蝕的區域。由此，在設計低壓省煤器時需要考慮防止低溫腐蝕。為了避免出現低溫腐蝕，低壓省煤器入口管壁溫度通常控制在煙氣酸露點之上。但是，這樣換熱溫差低，回收的熱量不多，造成一定的能源浪費。

筆者以某典型300 MW燃煤機組為研究對象，探討煙氣余熱深度利用方法以及取得的經濟效益。

1 機組概況

該300 MW燃煤電站機組，鍋爐為1 065 t/h亞臨界參數、一次中間再熱、自然循環汽包爐、四角切圓燃燒，鍋爐型號為HG-1056/17.5-HM35。設計燃用煤種為褐煤。機組汽輪機為亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、直接空冷冷凝式，汽輪機型號為NZK300-16.7/537/537。鍋爐實際燃煤量為193.78 t/h，鍋爐效率為90.73%，設計排煙溫度為140 ℃，實際運行排煙溫度為160 ℃。

各級回熱加熱器的參數見表1。

電廠汽水流程示意圖見圖1。

表1 各級回熱加熱器參數

圖1 THA工況下電廠汽輪機熱平衡圖

機組煤質參數見表2。

表2 煤質參數

2 煙氣余熱利用及水分回收工程設計方案

2.1 酸露點計算

長期以來出現過很多計算煙氣酸露點的公式。經過比較，酸露點計算采用前蘇聯1973年鍋爐機組熱力計算標準方法，計算公式如下[1]：

tp=tKOH+Δtp

(1)

式中：tp為煙氣酸露點，℃；tKOH為煙氣中水蒸氣分壓下水蒸氣冷凝溫度，即水露點ted，℃；w(Sn)為燃料的折算硫分，w(Sn)=103w(Sar)/Qnet，表示4 187 kJ/kg熱值下的燃料硫分，%；w(An)為燃料的折算灰分，w(An)=103w(Aar)/Qnet，表示4 187 kJ/kg熱值下的燃料灰分，%；αyH為飛灰占燃料灰分的份額，中國對煤粉爐取0.9。

式(1) 中水露點溫度也可由經驗公式計算[2]：

ted= -1.210 2+8.406 4γH2O-

(2)

式中：γH2O為煙氣中水蒸氣的份額，在鍋爐熱力計算中容易算出。

根據上述公式，酸露點計算值為102.7 ℃。

2.2 煙氣冷卻器的布置方案

煙氣冷卻器的布置位置受到現場空間的限制，可以根據下面幾點綜合考慮：

(1) 布置在鍋爐空氣預熱器與除塵器之間，可以降低進入除塵器的煙氣溫度，起到保證除塵器安全運行和提高除塵器運行效率的作用，同時減少引風機電耗；但低壓省煤器磨損較為嚴重。

(2) 布置在除塵器與引風機之間，大大減少了低壓省煤器的磨損和積灰，同時減少引風機電耗；但如果煙溫降低過多，引風機需要做防腐處理。

(3) 布置在引風機與脫硫塔之間，對原系統影響較小，但如煙溫降低過多，引風機仍需要做防腐處理。

為防止引風機腐蝕，并且回收煙氣中水蒸氣潛熱、減少粉塵排放，煙氣冷卻器采用二級布置的方案：第一級煙氣冷卻器布置在空氣預熱器和鍋爐除塵器之間，第一次提取煙氣余熱，將煙氣溫度降低到酸露點以上(120 ℃)；第二級煙氣冷卻器布置在脫硫增壓風機和脫硫塔之間，第二次提取煙氣余熱，將煙氣溫度降到酸露點以下、脫硫塔較佳的工作溫度(85 ℃)。

2.3 煙氣冷卻器材質的選擇

煙氣冷卻器材質的選用主要考慮傳熱、防磨和低溫腐蝕等問題，受熱面材料根據所處的環境不同，選用不同的材料。兩級煙氣冷卻器都處于低溫腐蝕的環境中，除塵器前的煙氣冷卻器還要考慮飛灰磨損問題。兩級煙氣冷卻器采用帶有防腐涂層的普通低碳鋼。

2.4 總體方案分析

煙氣冷卻器采用耐硫酸腐蝕材料，其工作流程為：供暖期，兩級煙氣冷卻器全部用來加熱熱網回水，熱網回水依次進入第二級和第一級煙氣冷卻器吸收煙氣熱量，提高熱網回水溫度，提取煙氣余熱用來供暖。非供暖期(見圖2)，第一級和第二級煙氣冷卻器全部用來加熱汽輪機凝結水，部分凝結水依次進入第二級和第一級煙氣冷卻器被煙氣加熱，與6號低加出口的凝結水混合，進入5號低加，這樣排擠5、6、7號低加的回熱抽汽量，汽輪機多做功，熱耗率減少，發電煤耗下降。

圖2 非采暖期煙氣冷卻器工作流程示意圖

3 經濟效益計算

3.1 采暖期收益計算

采暖期回收煙氣熱量，提高供熱能力，得到的收益見表3。

表3 采暖季收益

3.2 非采暖期收益

非采暖期經濟效益計算采用等效焓降法[3]，同時考慮風機和泵的電耗增加，得到的收益見表4。

表4 非采暖季收益

3.3 經濟效益

綜合采暖季和非采暖季煙氣余熱利用的收益，得到煙氣余熱回收總收益，見表5。

表5 煙氣余熱及水分回收總收益

從上述經濟效益匯總表可以得出，采用上述兩級煙氣冷卻器布置方案回收煙氣余熱，將機組排煙溫度從160 ℃降低到85 ℃，降低排煙溫度75 K，供暖季機組回收煙氣熱量使得供熱功率提升34.6 MW，非供暖季機組回收煙氣熱量32.77 MW，折合降低全年發電煤耗率6.23 g/(kW·h)，收益647萬元，經濟效益顯著。

4 結語

(1) 煙氣余熱深度利用方法，利用防腐蝕的多級余熱回收裝置，將排煙余熱降低到酸露點以下，實現煙氣余熱的多次回收，達到深度利用煙氣余熱的目的。

(2) 煙氣余熱的利用實現多樣化，如提取煙氣的余熱在非供暖期用于加熱凝結水，減少汽輪機熱耗率，降低發電煤耗率；在供暖期用于加熱熱網回水，實現擴大供熱。

(3) 根據煙氣換熱器所處的環境不同，受熱面選用耐酸腐蝕的材料，可以較好地解決低溫煙氣余熱回收過程中出現的低溫腐蝕難題。

(4) 煙氣余熱深度利用的方法，能降低排煙溫度至脫硫系統合適的工作溫度附近，提高了脫硫系統的工作效率。

[1] 佚名. 鍋爐機組熱力計算標準方法[M]. 北京鍋爐廠設計科, 譯.原蘇聯1973年版.北京: 機械工業出版社, 1976.

[2] 蔣安眾,王罡,石書雨,等. 鍋爐煙氣酸露點溫度計算公式的研究[J]. 鍋爐技術,2009,40(5): 11-13,17.

[3] 林萬超. 火電廠熱系統定量分析[M]. 西安: 西安交通大學出版社,1985.

Waste Heat Recovery from Utility Boilers with Multi-stage Flue Gas Coolers

Fu Yuling, Cai Wei, Jiang Haitao, Jia Minghua, Chu Xiaoliang,Wang Gang, Niu Tao, Yang Tianliang

(Yantai Longyuan Power Technology Co., Ltd., Yantai 264006, Shandong Province, China)

Multi-stage flue gas coolers were used to recover the waste heat from utility boilers. Based on a typical 300 MW unit, an analysis was conducted on deep utilization of waste heat in the flue gas, and the economic benefits of this unit during heating and non-heating period were proved to be remarkable, based on calculation using equivalent enthalpy drop method.

boiler; waste heat in flue gas; acid dew point; flue gas cooler

2016-05-05；

2016-06-20

付玉玲(1981—)，女，高級工程師，主要從事煙氣余熱及鍋爐熱力計算相關研究。

E-mail: chengzhang99@163.com

X706

A

1671-086X(2017)02-0107-03