新型尾部煙氣熱能集合高效系統的研究與應用

郭建強

（內蒙古京能錫林發電有限公司，內蒙古錫林浩特 026000)

新型尾部煙氣熱能集合高效系統的研究與應用

郭建強

（內蒙古京能錫林發電有限公司，內蒙古錫林浩特 026000)

我國現役火電發電機組中鍋爐排煙溫度一般在125～150℃，褐煤鍋爐的排煙溫度一般在原煤水分40%時排煙溫度能達到160℃，排煙熱損失嚴重。集合高效熱能回收系統是將鍋爐尾部煙道的熱能進行綜合梯階回收，此技術已在京能五間房2×660MW機組工程中不斷取得創新和突破，有效地降低了鍋爐排煙溫度，實現了熱能的深度回收和利用，降低了機組發電能耗。并且降低了污染物的排放，達到接近零排放的目的。

煙氣熱能；煙氣余熱；煙冷器；排煙溫度

1 技術成果的主要用途和技術原理

1.1 技術成果的主要用途

一般褐煤鍋爐的效率在90%～93%，排煙熱損失影響鍋爐效率大約在5%～8%，占總熱損失的80%。而影響排煙熱損失的重要原因是鍋爐排煙溫度，排煙溫度一般每升高10℃，排煙熱損失將會增加0.6%～1.0%。

京能五間房電廠2×660MW工程燃用內蒙古錫林郭勒地區的高水分褐煤，原煤水分在35%～40%，為了使煤粉得到干燥、燃燒穩定，空預器出口一次風溫能達到380℃以上，同時空預器入口煙溫必須要高于410℃，因而導致空預器出口排煙溫度高于150℃以上，排煙熱損失很大。針對此問題，本項目論證、實踐了空預器旁路換熱器、凝結水煙冷器、熱媒水交換器的鍋爐尾部煙氣熱能綜合梯階利用技術，機組煤耗可降低6～8g/（kW·h）[1]。

1.2 技術原理

新型尾部煙氣熱能集合高效應用系統充分利用復合相變換熱技術，核心是“熱平衡原理”，即將原來熱管換熱器中相互獨立的設計部分構造成一個相互聯系的整體。通過調節換熱量，實現對整個系統不同工況及煤種水分變化的閉環控制，保證制粉系統干燥通風出力的前提下，達到大幅回收煙氣熱能的目的。同時，進入空預器的冷一、二次風用熱媒水換熱器來加熱，提高空預器入口風溫，保證整個設備免受低溫腐蝕。

1.2.1 空預器旁路

空預器旁路系統是將鍋爐一部分煙氣直接引入空預器旁路煙道換熱器中，而不經過空預器，分別通過給水換熱器和凝結水換熱器與給水和凝結水進行熱交換，加熱給水和凝結水[2]。

1.2.2 熱媒水換熱器

在空預器出口煙氣系統上設置一級復合相變熱媒水換熱器，通過加熱煙道換熱器中的閉式循環水將熱量傳遞給一、二次冷風，實現空氣與煙氣熱量交換，并將空預器出口煙溫降至90℃。同時，為了維持整個系統的能量平衡，在低溫省煤器前設置一級煙冷器加熱凝結水，實現工況改變及環境溫度大幅變化時系統能量的平衡。

2 關鍵技術和創新點

2.1 關鍵技術

（1）本項目采用的原創性節能技術，在設計原理上實現了大膽的創新。即通過熱媒水換熱器將空預器入口一次風溫提高，保證了褐煤制粉系統干燥處理的前提下減少空預器與一次風的熱交換，最大限度提高旁路份額，將熱量轉移至旁路省煤器實現大幅降低排煙溫度，使系統達到最高的經濟性能。

（2）在降低鍋爐排煙溫度的同時，利用熱媒水換熱來提高器空預器入口一、二次風溫，保持空預器冷端受熱面溫度處于較高的溫度水平，遠離酸露點的腐蝕區域，從根本上避免了空預器冷端受熱面結露腐蝕和由此發生的堵灰[3]。

2.2 創新點

（1）鍋爐尾部煙道集合高效換熱器在熱力系統中的連接方式，直接影響到它的經濟效果和分析計算的方法以及運行的安全、可靠性。簡單的低溫省煤器是將#7低加入口的凝結水引出加熱后再進入#6低加出口，排擠六段抽汽量來提高蒸汽做功能力，此方案對于提高機組經濟性而言，效果甚微，降低鍋爐煤耗約2g/（kW·h）。而本工程是首先利用煙氣余熱加熱來提高冷一、二次風溫，通過提高空預器入口一、二次風溫減少煙氣在空預器中的換熱，而將這部分熱量用于加熱高加和#5低加的旁路給水和凝結水，通過排擠汽輪機一、二、三、五次高品級的回熱抽汽從而獲得更高的經濟效益，可降低煤耗約7g/（kW·h）。

（2）通過提高空預器入口一、二次熱風溫度，將空預器出口煙氣溫度提高到161.3℃，有效地避免脫硝機組空預器堵塞問題，大大提高空預器運行的可靠性[4]。

（3）集合高效的創新布置方式（見圖1）

圖1 集空預器煙氣旁路、煙冷器、熱媒水暖風器于一體的高效熱能利用系統

3 查新與同類技術比較

查新現有空預器旁路系統如下圖2：

圖2 空預器旁路加熱凝結水系統

本工程高效集合熱能應用系統如圖1所示，比較二者關鍵技術的不同點可以發現：

（1）現有的空預器煙氣旁路系統只用于加熱#5低加入口的凝結水，排擠低品質抽汽降低煤耗為1.5～2g/（kW·h）；而本工程除加熱#5低加入口的凝結水外同時還加熱高加入口的給水，排擠高品質抽汽可降低煤耗6～8g/（kW·h）。

（2）本工程增加一級加熱#6低加旁路凝結水的煙冷器，用于調節系統由于工況變化導致的能量的不平衡。

4 推廣應用情況及前景

4.1 推廣應用情況

京能五間房電廠一期2×660MW工程是國內首次在大型褐煤火電機組的鍋爐尾部將空預器煙氣旁路、凝結水煙冷器和熱媒水換熱器集中應用的范例。打破了常規低溫省煤器的設計理念及結構布局。鍋爐尾部煙氣熱能集合高效應用技術的成功應用于國內大型高含水褐煤火電機組煙氣余熱深度綜合利用方面，起到了廣泛的示范效應。

4.2 應用前景

根據調查，在電力行業中，燃煤機組的過剩熱能約占燃料消耗總量的17%～67%，可回收利用的煙氣熱能約在60%左右。尾部煙氣熱能集合高效回收裝置降低了排煙溫度，減少了熱量排放損失，有效地解決了高水分褐煤鍋爐效率低的問題，同時減少污染物的排放[1]。對于在建和改擴建的大型褐煤火電機組提供了典型的設計方案，應用前景廣闊。

5 經濟和社會效益情況

“煙氣熱能集合高效應用系統”可以使煙氣溫度降低60～70℃，降低煤耗6～8g/（kW·h），機組效率提高0.7%～1.5%。

1）等效標煤量

本工程鍋爐蒸發量為2 117t/h，以原空預器出口煙氣溫度161.3℃計，使用復合相變換熱器后尾部排煙溫度為90℃，此區間煙氣溫度降幅為71.3℃。

式中：Vg為煙氣流量，單位：m3/h；

ρg為煙氣密度，取1.295 kg/m3；

Cpg為煙氣比熱，取1.12 kJ/（kg·℃）；

ΔT為復合相變換熱器前排煙溫度與復合相變換熱器后排煙溫度差值，單位：℃；

φ為設備保熱系數，取0.98；

Q為復合相變換熱器回收熱量，單位：kW。等效標煤量：

式中：Q為復合相變換熱器回收熱量，單位：kW；

HR為全年設備運行小時數，取5 500小時；

Qp為標煤的發熱量，單位：kCal/kg；

ηk為鍋爐效率，取93.02%；

860為“大卡”和“千瓦時”單位轉換系數。

使用新型尾部煙氣集合高效熱能回收技術后，回收煙氣中的熱量71 308kW，差不多年節約標煤51 799t（按年運行5 500h計）。

2）引風機增加的能耗

（1） 煙氣系統阻力增加950Pa，引風機能耗Py增加：

式中：Δhy為增加的煙氣阻力，單位：Pa；

Vg為煙氣流量，單位：m3/h；

ηk為引風機效率，取85%。

引風機耗電量將增加786.397kW，占總節能量71 308kW的1.1%。

增加的年總耗電量E為：

式中：Py為引風機增加的能耗；

HR為全年設備運行小時數，取5 500h。

（2） 煙氣流量變化對風機電耗的影響

煙氣溫度降低的同時，煙氣流量會大大降低，風機處理煙氣流量減少會使風機電耗大幅下降。

（3） 實際運行表明：系統阻力增加導致風機電耗增加與煙氣量減少引起的電耗降低基本相當。

6 結束語

大型褐煤鍋爐通過對鍋爐尾部煙氣熱能集合高效系統的綜合利用，機組可實現降低煤耗約7.7g/（kW·h）。每噸標煤按260元/t計算，全年節約燃料成本約1 346萬元。

同時由于除塵器入口處煙溫可減低至90℃，實現了低溫除塵器對SO3和Hg部分脫除，也大幅降低了脫硫系統的水耗，社會效益及環保效益顯著，為火電機組的可持續發展創造了條件。

[1] 劉新建.工業鍋爐尾部煙氣余熱綜合利用技術的應用[J].價值工程，2013.

[2] 周武，向朝晟，李鍵.火力發電廠鍋爐尾部煙氣余熱利用技術[J].東方電氣評論，2012.

[3] 劉賀佳.燃氣鍋爐尾部煙氣凝結換熱及余熱回收利用研究[D].天津：河北工業大學，2015.

[4] 馬有福，楊麗娟，呂俊復.電站鍋爐尾部煙氣余熱利用系統技術經濟性比較[J].動力工程學報，2017.

Research and Application of High Energy System for Heat Generation of New Tail Flue Gas

Guo Jian-qiang

The exhaust gas temperature of boilers in China is about 125～150℃.The exhaust gas temperature of lignite boilers is generally 160℃ when the raw coal water is 40%，and the heat loss is serious.The combination of efficient heat recovery system is the boiler tail flue heat energy integrated ladder recovery，this technology has been in Beijing to five room 2 × 660MW unit project in continuous innovation and breakthrough，effectively reducing the boiler exhaust temperature，The depth of heat recovery and utilization，reducing the unit power generation.And reduce the emissions of pollutants，to achieve the purpose of close to zero emissions.

flue gas heat；flue gas waste heat；smoke cooler；exhaust gas temperature

TP273.5

B

1003–6490（2017）11–0235–02

2017–09–07

郭建強（1984—），男，內蒙古烏蘭察布人，助理工程師，主要研究方向鍋爐節能。