一種新型煙氣余熱深度綜合利用技術

河南華潤電力首陽山有限公司 金瑞峰 周文森 李 峰 吳澤沛 郭 亮 王芳振 孔 亮 翟向紀

引言

由《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》（發改能源[2014]2 093號）要求，到2020年現役600MW及以上機組(除空冷機組外)改造后平均供電煤耗要低于300g/kWh。國家節能調度政策的實施及更多大容量高效燃煤發電機組的投產，使得首陽山項目1、2號機組只有通過節能改造，才能提高機組運營的經濟性和競爭力。

目前兩臺機組運行正常，一級低溫省煤器投運工況下，夏季機組高負荷（630MW）時引風機后煙氣溫度在122～125℃左右，低負荷(310MW)時引風機后煙氣溫度在92～96℃左右；冬季機組高負荷（621MW）時引風機后煙氣溫度在108～113℃左右，低負荷(305MW)時引風機后煙氣溫度在85～90℃左右。一級低溫省煤器停運工況下，冬季機組低負荷(305MW)時引風機后煙氣溫度約95℃。另外，一級低省存在大面積泄漏，排煙溫度個別時段高于設計值，對電除塵除塵效率有負面影響，同時鍋爐排煙損失增加，經濟性下降，余熱利用還有較大空間。

空預器在機組超低排放改造后，空預器煙氣側差壓逐漸增大，空預器煙氣側差壓大于1.5kPa。空預器檢修期間，內部檢查發現空預器冷端存在不同程度的積鹽，有少量硫酸氫銨形成，尤其是送風機葉片在熱風再循環投運情況下磨損嚴重，嚴重威脅設備安全運行。

1 技術路線介紹

2013年電除塵節能提效改造中在空預器后、電除塵前安裝有一級低溫省煤器，降低煙溫增加飛灰比電阻，提高電除塵收塵效率，同時利用排煙余熱加熱凝結水，減少#6低加抽汽量提高汽輪機效率，取得了一定效果。受煤質變化、煙溫偏差不均勻、磨損泄漏等影響，夏季機組高負荷（630MW）時吸風機后煙氣溫度122～125℃左右，還有大量煙氣余熱損失，有進一步利用的空間。

本工程在引風機出口增設二級低溫省煤器，利用凝結水作為循環介質回收排煙余熱，控制二級低溫省煤器出口煙溫為85℃，在一次風機、送風機出口風道設置暖風器，利用一二級低省出口凝結水加熱一次風機、送風機出口的冷風，提高空預器冷端溫度，減少硫酸氫銨形成，預留了凝結水回水加熱熱網回水接口（圖1、2）。

2 技術原理

煙氣余熱利用系統配置兩級低溫省煤器及一、二次風暖風器。低溫省煤器、二級低溫省煤器串聯布置回收利用煙氣余熱，并在一次風機、送風機出口至空預器之間的風道內分別布置一、二次風暖風器，利用低溫省煤器出口熱水加熱冷一、二次風，提高空預器入口冷一、二次風溫度，有效解決空預器冷端因溫度低造成的堵塞、腐蝕問題。

低溫省煤器采用管式換熱器，布置在電除塵入口水平煙道內，每臺機組布置四臺低溫省煤器，采用H型翅片管，雙管圈、順列、逆流布置，每臺低溫省煤器分三層換熱面，為方便更換低溫腐蝕管束，每層換熱面分低溫側、中間側與高溫側管組。每層管組設進出口集箱，通過鋼管將低溫側、中間側與高溫側管組相連；每層換熱面的進出水集箱通過閥門與進出水匯集箱相連，方便單層換熱面泄漏時切除。

二級低溫省煤器采用管式換熱器，布置在吸風機出口至脫硫吸收塔進口水平匯集煙道內。每臺機組布置兩臺二級低溫省煤器，采用H型翅片管，每臺二級低溫省煤器分為三層換熱面，每層換熱面分為高溫段、低溫段，高溫段換熱器管材為ND鋼，低溫段換熱器管材為316L，每套二級低溫省煤器垂直于煙氣方向分為3×2個模塊，每臺機組安裝2套，可實現在線運行時單回路切除。

一次風暖風器采用管式換熱器，布置在每臺一次風機出口的冷一次風道內，利用低溫省煤器出口熱水加熱冷一次風，提高空預器入口一次風溫至40℃以上；二次風暖風器采用管式換熱器，布置在每臺送風機出口的冷二次風道內，利用低溫省煤器出口熱水加熱冷二次風，提高空預器入口二次風溫至40℃以上；#1、#2爐一、二次風暖風器之間設聯絡管道，以方便機組啟動初期或冬季極端寒冷、極端低負荷、切高加等特殊工況時，可依靠高負荷機組的高溫凝結水對低負荷機組的一、二次風進行加熱；在二級低溫省煤器入口設置三臺變頻低省增壓泵，兩運一備，調整煙氣余熱利用系統進水流量。

煙氣余熱利用系統采用部分流量取水方式，一路取自#7、#8低加出口凝結水母管，另一路取自氧器上水調門后，兩路混合后溫度控制在65℃，經低省增壓泵依次進入二級低溫省煤器和低溫省煤器吸熱，將二級低溫省煤器后煙溫降至85℃。低溫省煤器出口熱水，一部分輸送至一、二次風暖風器加熱冷一、二次風，另一部分回水至#6低加入口。一、二次風暖風器出水回至低省增壓泵入口。

3 技術亮點

本工程采用了機爐串聯、爐爐串聯、機熱（網）串聯等方式，提高了多套系統設備的性能如：電除塵系統、脫硫系統、空預器設備、送風機系統設備得到了有效發揮，該系統在經濟、安全、環保上進行了全面考量優化。

一級低省采用整體軋制螺旋翅片管。由于一級低省位于電除塵器前高粉塵、粗顆粒區域，受熱面管易磨損泄漏，此次受換熱管采用一體式整體軋制螺旋翅片管，該管道為14mm厚壁管道，通過中頻加熱用專用刀具輥扎而成，硬度比原基材提高80%，耐磨性大大提高，同時翅片與基材為一體式零熱阻直接傳導，換熱效果比H型翅片提高40%，換熱面積可大大減少，另外，翅片根部為梯形氣流沿管道旋轉時，可將根部積灰自行清理干凈，該管型具有自清灰功能，這種整體軋制螺旋翅片管在國內首次運用到一級低溫省煤器系統上。

#1、#2爐暖風器串為互聯，相互備用。原送、一次風機出口未加裝暖風器設備，靠熱風再循環提高空預器冷端溫度、但溫升有限，冬季空預器冷端溫度低，存在硫酸氫銨聚集造成空預器差壓大堵塞，同時送風機葉片受再循環熱風沖刷磨損嚴重，易造成設備損壞。為了進一步節能挖潛，提高設備安全可靠性，在送、一次風機出口加裝暖風器，采用二級低省回水作為暖風器加熱水源、水水換熱，提高空預器入口風溫。

暖風器采用二級低省回水作為加熱水源，水水換熱。將#1、#2爐暖風器互為串聯，相互備用，在機組啟動階段可采用鄰機一級低溫省煤器回水加熱冷一二次風溫，改善機組啟動初期鍋爐燃燒，縮短投油時間，減少啟動油耗，同時改善投煤后的燃燒，避免未燃盡尾部自然風險。

利用二級低省回水加熱熱網回水，提供采暖供熱。冬季城市采暖供熱靠中壓缸排汽進行加熱熱網回水，為了節約能耗，設計時一、二級低省串聯，利用一級低省回水來加熱熱網回水，提供采暖供熱，減少四抽抽汽量，經過核算能夠降低煤耗約3.82g/kWh，但由于目前供熱面積小，投資相對較大，暫先預留接口和出具施工圖紙，待條件成熟實施。

煙氣余熱回水成功消除白色煙雨，滿足環保排放要求。2016年以來上海、天津、唐山、徐州等相繼發布關于消除石膏雨、有色煙羽治理的要求。首陽山項目立項初期就緊盯環保政策和行業發展趨勢，針對多種技術路線，采取深度余熱回收，利用冷凝來降低吸收塔出口煙溫產生廢熱的技術路線，通過大量的數據計算及理論分析，結合我公司采用的煤質含水低優勢，確定將煙氣余熱利用出口邊界條件設定為85℃，以滿足2018年11月洛陽政府剛發布《洛陽市人民政府關于深化燃煤電廠污染綜合治理的通知》（洛政明電〔2018〕2號）石膏雨、有色煙羽綜合治理中吸收塔出口煙溫的要求。供電煤耗降低1.62g/kWh，同時達到機組煙氣消白目標，節省煙氣消白投資費用約7000萬元。降低常規煙氣消白技術路線的運行成本約2000萬/年。

4 經濟及社會效益

節能收益。單臺機組進行煙氣余熱深度利用及暖分器改造后，年節省標煤4645噸，年節水10.87萬噸，且降低發電煤耗約1.62g/kWh。單臺機組投資為2250萬元。

環保收益。實施煙氣余熱深度利用及暖風器改造可減少大量排煙余熱，降低機組供電煤耗率，減小脫硫系統耗水量，每年節省標煤量4645噸，脫硫系統每年節省水量10.87萬噸，具有明顯的環境效益。提前實現了洛陽市政府要求的石膏雨、有色煙羽治理目標要求，不僅節省投資費用4000～7000萬，也成為區域內首個煙氣消白完成的機組。

煙氣余熱系統改造不單單減低了鍋爐排煙溫度至85℃，提高了鍋爐效率，同時還提高了電除塵收塵效率以及遏制了石膏雨、有色煙羽的形成，提高了環保指標。是一個可推廣應用的系統。