火力發(fā)電廠煙氣余熱利用技術(shù)研究

葛長(zhǎng)虎

摘 要：本文對(duì)低溫省煤器煙氣余熱利用方案進(jìn)行探討，對(duì)煙氣余熱利用方案的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究和分析。通過(guò)設(shè)置四級(jí)低溫省煤器，可以將利用空預(yù)器后的低品位煙氣熱能轉(zhuǎn)換為利用空預(yù)器前的高品位煙氣熱能，達(dá)到煙氣余熱梯級(jí)利用的最佳效果。

關(guān)鍵詞：煙氣;余熱;利用

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）03-0162-02

0 引言

排煙損失是鍋爐運(yùn)行中最重要的一項(xiàng)熱損失。減少排煙損失，降低排煙溫度，最大限度利用煙氣余熱是節(jié)約能源，提高電廠經(jīng)濟(jì)性的有效手段。

目前煙氣余熱利用途徑主要有二種。一種是以歐洲德國(guó)為主的技術(shù)路線，采用低溫省煤器方案，利用凝結(jié)水降低煙溫;另一種則是日本技術(shù)路線，采用以水為傳熱媒介的分體煙氣—煙氣加熱器（簡(jiǎn)稱MGGH）。由于MGGH技術(shù)在發(fā)電廠應(yīng)用較少，本文主要探討低溫省煤器技術(shù)方案。

1 低溫省煤器應(yīng)用情況

低溫省煤器在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有許多運(yùn)用業(yè)績(jī)。國(guó)內(nèi)近年建設(shè)的許多機(jī)組已經(jīng)進(jìn)行了低溫省煤器的安裝和改造工作。在國(guó)外，低溫省煤器較早就得到了應(yīng)用。從1990年代起，歐洲的褐煤鍋爐系統(tǒng)，普遍安裝低溫預(yù)熱回收系統(tǒng)，將排煙溫度從160～170℃，降低到100℃左右，提高電廠熱效率。日本近十年內(nèi)新建的1000MW以上機(jī)組，很多機(jī)組同時(shí)也配備了煙氣余熱回收系統(tǒng)，采用其新一代電除塵系統(tǒng)，依靠在空氣預(yù)熱器和電除塵之間加裝煙溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，將除塵器入口煙溫低到100℃以下，從而改變煙氣比電阻，將除塵效果控制到30mg/Nm3。

采用低溫省煤器系統(tǒng)具有降低機(jī)組熱耗，提高機(jī)組熱效率的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)配合低低溫除塵技術(shù)，可提高除塵效率，降低引風(fēng)機(jī)入口煙氣流量;如果在脫硫塔前設(shè)置低溫省煤器，能降低進(jìn)入脫硫塔的煙氣溫度，節(jié)約脫硫耗水量。另一方面低溫省煤器系統(tǒng)較為復(fù)雜，需增設(shè)備投資，增加了煙氣側(cè)系統(tǒng)阻力;還存在換熱面磨損，低溫腐蝕等問(wèn)題，增加了維護(hù)、檢修的工作量。

2 低溫省煤器設(shè)置方案

低溫省煤器的設(shè)置方案有多種，一般在空預(yù)器之后的煙道上設(shè)置一級(jí)或二級(jí)低溫省煤器直接加熱凝結(jié)水，這是較為常規(guī)的做法。為進(jìn)一步利用鍋爐尾部煙氣余熱，提高煙氣熱量的品質(zhì)，也可以設(shè)置四級(jí)低溫省煤器，各種方案具體設(shè)置如下：

方案一：設(shè)置一級(jí)低溫省煤器。低溫省煤器布置在空預(yù)器后、靜電除塵器前，利用煙氣余熱加熱凝結(jié)水。

方案二：設(shè)置二級(jí)低溫省煤器。第一級(jí)低溫省煤器布置在空預(yù)器后、靜電除塵器前;第二級(jí)布置在脫硫塔前，引風(fēng)機(jī)后，兩級(jí)串聯(lián)加熱凝結(jié)水。

方案三：設(shè)置四級(jí)低溫省煤器。在除塵器前設(shè)置低溫省煤器I，同時(shí)在送風(fēng)機(jī)后冷二次風(fēng)道上設(shè)置一級(jí)暖風(fēng)器;在低溫省煤器I與一級(jí)暖風(fēng)器之間設(shè)置閉式水循環(huán)，利用閉式循環(huán)水作為介質(zhì)將低溫省煤器I中的熱量傳遞至冷風(fēng)，提升進(jìn)入空預(yù)器的冷二次風(fēng)溫度;

在脫硫塔前設(shè)置低溫省煤器II，加熱低溫的凝結(jié)水;

空預(yù)器設(shè)置旁路煙道，由于冷二次風(fēng)溫提高，空預(yù)器所需的煙氣量減少;減少的煙氣通過(guò)旁路煙道接至空預(yù)器后;這部分煙氣溫度較高，可在旁路煙道上依次設(shè)置低溫省煤器III和低溫省煤器IV，其中低溫省煤器III用來(lái)加熱給水，低溫省煤器IV繼續(xù)加熱經(jīng)低溫省煤器II加熱后的凝結(jié)水。

被脫硫塔前低溫省煤器II加熱后的凝結(jié)水，再經(jīng)過(guò)通過(guò)低溫省煤器IV，可將低溫省煤器I的低品質(zhì)熱能，轉(zhuǎn)化為旁路煙道中的高品質(zhì)熱能，用以加熱給水和較高等級(jí)的凝結(jié)水，從而排擠更高等級(jí)的抽汽回汽輪機(jī)做功，實(shí)現(xiàn)了熱能利用等級(jí)的提升。

3 低溫省煤器各方案的優(yōu)缺點(diǎn)

設(shè)置一、二級(jí)低溫省煤器優(yōu)點(diǎn)是煙溫降低，可降低引風(fēng)機(jī)煙氣體積流量，降低廠用電;同時(shí)煙氣溫度降低可以降低粉塵比電阻，除塵器電場(chǎng)擊穿電壓提高，可以有效防止除塵器發(fā)生電暈，減少二次揚(yáng)塵，對(duì)提高除塵效率有利。其中設(shè)置二級(jí)低溫省煤器方案對(duì)煙氣余熱的回收更為充分，對(duì)降低機(jī)組煤耗的效果更為明顯。但由于增設(shè)了低溫省煤器II，設(shè)備投資和檢修維護(hù)工作量增加。

設(shè)置四級(jí)低溫省煤器對(duì)煙氣余熱的利用更為充分，通過(guò)加熱冷二次風(fēng)以及設(shè)置旁路煙道，將低溫省煤器I中回收的低品熱能轉(zhuǎn)化為低溫省煤器III、IV中的高品質(zhì)熱能，從而實(shí)現(xiàn)加熱給水和更高等級(jí)的凝結(jié)水，從系統(tǒng)上看，排擠了更多較高等級(jí)的抽汽，這部分高等級(jí)的抽汽返回汽輪機(jī)做功，得到的熱耗收益高于一、二級(jí)省煤器方案。其缺點(diǎn)是，增加了暖風(fēng)器、閉式水系統(tǒng)，系統(tǒng)更為復(fù)雜，使得工程初投資進(jìn)一步加大。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

由于一、二級(jí)低溫省煤器方案經(jīng)濟(jì)性相近，故以下對(duì)一級(jí)和四級(jí)低溫省煤器方案經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較。

（1）初投資。以不設(shè)低溫省煤器為基準(zhǔn)，按設(shè)備廠家報(bào)價(jià)估算，設(shè)置一級(jí)低溫省煤器設(shè)備初投資費(fèi)用增加835萬(wàn)元，設(shè)置四級(jí)低溫省煤器方案設(shè)備初投資增加3105萬(wàn)元。

（2）年運(yùn)行費(fèi)用。年運(yùn)行費(fèi)用由節(jié)約燃料費(fèi)、運(yùn)行電費(fèi)、節(jié)水費(fèi)用、檢修和維護(hù)費(fèi)用四個(gè)方面組成。

1）節(jié)煤。根據(jù)等效焓降法計(jì)算出各方案下機(jī)組節(jié)省的發(fā)電熱耗量。在同等邊界條件下，以不設(shè)低溫省煤器為基準(zhǔn)，設(shè)置一級(jí)低溫省煤器可降低機(jī)組熱耗26kJ/kW.h，設(shè)置四級(jí)低溫省煤器可降低機(jī)組熱耗82kJ/kW.h。按照年利用小時(shí)5500，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)387元/t計(jì)算，一級(jí)低溫省煤器可節(jié)省標(biāo)煤5788t/年，節(jié)煤費(fèi)用318萬(wàn)元/年;四級(jí)低溫省煤器可節(jié)省標(biāo)煤18253t/年，節(jié)煤費(fèi)用1004萬(wàn)元/年。2）節(jié)電。采用低溫省煤器后，可減少耗電量，按照年利用5500小時(shí)，上網(wǎng)電價(jià)0.2987元/kw.h，一級(jí)低溫省煤器方案節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)90萬(wàn)元/年，四級(jí)低溫省煤器方案節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)36萬(wàn)元/年。3）節(jié)水。由于經(jīng)低溫省煤器后的煙氣溫度降低，脫硫塔出口煙溫隨之也會(huì)有所降低，這將減少機(jī)組的耗水量。經(jīng)計(jì)算，安裝一級(jí)低溫省煤器后，1臺(tái)機(jī)組可節(jié)水約16t/h，按年利用小時(shí)5500h計(jì)，一臺(tái)機(jī)組全年可節(jié)水8.8萬(wàn)噸。按水價(jià)0.5元/t計(jì)，全年可節(jié)省水費(fèi)4.4萬(wàn)元。安裝四級(jí)低溫省煤器，1臺(tái)機(jī)組可節(jié)水約20t/h，按年利用小時(shí)5500h計(jì)，一臺(tái)機(jī)組全年可節(jié)水10萬(wàn)噸。按水價(jià)0.5元/t計(jì)，全年可節(jié)省水費(fèi)5萬(wàn)元。4）檢修和維護(hù)費(fèi)用根據(jù)廠家資料，按初投資的1.5%考慮每年的日常檢修維護(hù)費(fèi)用以及每8年更換一次低溫省煤器冷端受熱面。一級(jí)省煤器增加檢修維護(hù)費(fèi)用41萬(wàn)元/年，四級(jí)低溫省煤器增加檢修維護(hù)費(fèi)用105萬(wàn)元/年。

（3）年差額收益計(jì)算。年差額收益由節(jié)約燃料費(fèi)、運(yùn)行電費(fèi)、節(jié)水費(fèi)用、檢修和維護(hù)費(fèi)用四個(gè)方面匯總，一級(jí)省煤器年差額收益371萬(wàn)元/年，四級(jí)低溫省煤器年差額收益940萬(wàn)元/年。

（4）差額回收年限及現(xiàn)值計(jì)算。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知：設(shè)置一級(jí)低溫省煤器的技術(shù)方案，比不設(shè)置低溫省煤器的方案，每臺(tái)機(jī)組綜合年費(fèi)用降低371萬(wàn)元，在3年內(nèi)可收回投資。設(shè)置四級(jí)低溫省煤器的技術(shù)方案，比不設(shè)置低溫省煤器的方案，每臺(tái)機(jī)組綜合年費(fèi)用降低940萬(wàn)元，在4年內(nèi)可收回投資。設(shè)置一級(jí)低溫省煤器和設(shè)置四級(jí)低溫省煤器均可達(dá)到節(jié)能、節(jié)水、減排的目的，但設(shè)置四級(jí)低溫省煤器的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

5 加裝低溫省煤器需要考慮的問(wèn)題

5.1 煙道省煤器的低溫腐蝕

為防止發(fā)生低溫腐蝕，需要選用合適的耐腐蝕材料。選擇合適的、性價(jià)比高的材料是非常重要的。目前可供考慮采用的材料主要有：不銹鋼材料、耐腐蝕的低合金碳鋼、復(fù)合鋼管及碳鋼表面搪瓷處理等。

5.2 換熱面管的積灰

低溫省煤器的換熱面管采用高頻焊翅片管，與普通光管相比，翅片管傳熱性好，因此可減小低溫省煤器的外形尺寸和管排數(shù)，減少煙氣流動(dòng)阻力。但是高頻焊翅片管易于積灰。其積灰的程度與煤灰特性及煙氣流速有關(guān)。選擇合適間距的翅片管以減少省煤器管壁積灰。在低溫省煤器管排間將設(shè)置蒸汽吹灰器。對(duì)于低溫省煤器在布置上必須考慮可拆卸的形式，并在低溫省煤器上設(shè)置水清洗系統(tǒng)，利用機(jī)組停運(yùn)期間進(jìn)行水清洗。

5.3 煙道的防腐

由于煙氣運(yùn)行溫度較低，需要對(duì)設(shè)置在除塵器后低溫省煤器之后的煙道考慮防腐措施，煙道造價(jià)會(huì)提高約20%。

5.4 運(yùn)行可靠性

煙氣余熱回收利用系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性主要取決于低溫省煤器的運(yùn)行可靠性。從設(shè)備廠家和個(gè)別運(yùn)行電廠（如外高橋三期）反映的情況來(lái)看，主要問(wèn)題集中在低溫省煤器的腐蝕問(wèn)題。若低溫段傳熱管外壁溫度低于計(jì)算的硫酸結(jié)露的露點(diǎn)溫度，煙氣中的硫酸蒸汽將冷凝沉積在煙氣冷卻器的冷端受熱面上引起硫酸露點(diǎn)腐蝕，因此，解決傳熱管低溫腐蝕是首要難題，是必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。根據(jù)西安交通大學(xué)的理論研究成果，低溫腐蝕無(wú)法避免，在實(shí)際工程中，主要是通過(guò)高、低溫段凝結(jié)水的混溫，確保在各種運(yùn)行工況下，低溫省煤器前的凝結(jié)水溫度不低于65℃（根據(jù)低溫省煤器廠家推薦值），以控制金屬壁溫處于腐蝕速率最低的區(qū)域。

低溫省煤器安裝在除塵器進(jìn)口喇叭前端，可利用煙塵的沖刷作用清除換熱管上積灰，此時(shí)經(jīng)過(guò)換熱面的煙速宜設(shè)計(jì)控制在7～10m/s范圍內(nèi)以避免磨損。另外，在換熱面的合適位置加裝聲波或長(zhǎng)伸縮蒸汽吹灰器，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，吹灰器正常吹灰，不用水沖洗;當(dāng)?shù)蜏厥∶浩魍＿\(yùn)時(shí)，視換熱管的積灰情況，人工操作就地利用高壓水槍沖洗。

低溫省煤器是用來(lái)回收鍋爐排煙余熱的節(jié)能裝置，運(yùn)行時(shí)，其煙氣溫度、進(jìn)口水溫都較低，容易出現(xiàn)煙氣結(jié)露，存在著低溫腐蝕隱患，因此有必要對(duì)傳熱管進(jìn)行特殊處理，提高其表面的耐腐蝕能力，以減小低溫腐蝕對(duì)整個(gè)設(shè)備的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)設(shè)置低溫省煤器，可回收部分鍋爐煙氣排煙損失，降低機(jī)組發(fā)電標(biāo)煤耗。在除塵器之前設(shè)置低溫省煤器，可配合采用低低溫除塵技術(shù)，提高除塵效率除塵至99.93%。

設(shè)置一級(jí)低溫省煤器，可降低機(jī)組熱耗約26kJ/kW.h，降低發(fā)電標(biāo)煤耗約0.956g/kW.h，年收益約371萬(wàn)元，3年內(nèi)可收回投資，壽命期內(nèi)綜合收益約2807萬(wàn)元。設(shè)置四級(jí)低溫省煤器，以及在冷二次風(fēng)道上設(shè)置暖風(fēng)器，可降低機(jī)組熱耗約82kJ/kW.h，降低發(fā)電標(biāo)煤耗約3.017g/kW.h，年收益約940萬(wàn)元，在4年內(nèi)可收回投資，壽命期內(nèi)綜合收益為約7081萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。

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