電廠鍋爐兩級串聯(lián)低溫省煤器改造方案

崔元媛

（內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 027200）

0 引言

對于高寒缺水地區(qū)高參數(shù)大容量火力發(fā)電機(jī)組來說，節(jié)能降耗一直是電力生產(chǎn)企業(yè)追求的課題。其中包括降低發(fā)電供電煤耗、降低污染物排放等運(yùn)行方式的及時(shí)調(diào)整，還包括最大限度優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通過系統(tǒng)改造來提升全廠熱效率。排煙損失是鍋爐排煙物理熱造成的損失，是鍋爐各項(xiàng)損失中最大項(xiàng)，通常占鍋爐熱損失的一半以上。目前，我國燃煤電站鍋爐排煙溫度大多在120～150 ℃，鍋爐效率約92%～94.5%。排煙溫度每降低10 ℃，鍋爐效率將提高0.7%～1.0%，供電煤耗將下降2.2～3.2 g/kW·h。因此，降低排煙損失是提高鍋爐效率的關(guān)鍵。

結(jié)合某燃煤電廠排煙溫度高的實(shí)際，在常規(guī)汽機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)和鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，提出鍋爐低溫省煤器兩級串聯(lián)改造的思路，通過設(shè)置煙氣余熱換熱器，回收鍋爐排煙熱量，提高電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

1 機(jī)組情況

本機(jī)組鍋爐燃料主要以褐煤為主，由于實(shí)際燃燒的褐煤水分高于設(shè)計(jì)水分6%以上，造成制粉系統(tǒng)熱風(fēng)量需求較多。實(shí)際運(yùn)行中制粉干燥風(fēng)溫低于設(shè)計(jì)風(fēng)溫40 ℃左右，在熱風(fēng)溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)水平情況下，制粉系統(tǒng)干燥出力受到限制，只能通過提高一次風(fēng)量來滿足磨煤機(jī)的制粉要求，機(jī)組運(yùn)行中大部分時(shí)間一次風(fēng)率高，煙氣量大，爐膛出口煙溫高，排煙溫度比設(shè)計(jì)值平均高10 ℃，造成排煙熱損失增加，從而使鍋爐效率始終低于設(shè)計(jì)效率。

2 改造方案預(yù)設(shè)

（1）當(dāng)鍋爐排煙溫度較高，且煙氣酸露點(diǎn)不高時(shí)，一些新建電廠或電廠改造項(xiàng)目采用除塵器前、脫硫吸收塔前均設(shè)置煙氣余熱利用裝置，即兩級煙氣余熱利用方案。在利用煙氣余熱的同時(shí)，降低了除塵器入口煙溫，從而降低粉塵比電阻，減小煙氣的容積流量，改善除塵器的工作狀況。低溫省煤器分兩級布置方案如圖1 所示。

圖1 低溫省煤器分兩級布置方案

兩級煙氣余熱利用方案，可以兩級均加熱凝結(jié)水，也可利用其中一級通過熱媒（水）加熱器冬季加熱冷風(fēng)，替代常規(guī)的蒸汽暖風(fēng)器，提高空預(yù)器入口風(fēng)溫至30 ℃以上，維持鍋爐排煙溫度不變；夏季需切換至加熱凝結(jié)水，以回收熱量。兩級均加熱凝結(jié)水時(shí)，由于兩級煙氣余熱利用的總換熱量與一級煙氣余熱利用的總熱量相同，總體煤耗通常降低約1.2～2.7 g/kW·h。由于本方案可以提高空預(yù)器前冷風(fēng)溫度，滿足本機(jī)組改造要求，故對于該機(jī)組情況較適用。

（2）本工程若采用兩級煙氣余熱利用系統(tǒng)擬定。第一級煙氣余熱利用換熱器設(shè)置于靜電除塵器前，煙氣由120 ℃降至105 ℃。回收的熱量通過中間熱媒水并聯(lián)加熱凝結(jié)水和入爐冷風(fēng)，替代常規(guī)蒸汽暖風(fēng)器。冬季時(shí)，水媒暖風(fēng)器投入運(yùn)行，使冷風(fēng)溫度由-8 ℃（該地區(qū)冬季采暖計(jì)算溫度）提升至34.5 ℃，較好實(shí)現(xiàn)空預(yù)器防腐所需溫度；夏季時(shí)，暖風(fēng)器不投運(yùn)，煙氣余熱通過熱媒水全部加熱凝結(jié)水。靜電除塵器入口煙溫的降低有利于靜電除塵器收塵。

第二級煙氣余熱利用換熱器設(shè)置于脫硫塔入口前，煙氣由115 ℃（考慮風(fēng)機(jī)溫升后）降至90 ℃。回收的熱量用于加熱機(jī)組凝結(jié)水。吸收塔入口煙溫的降低會(huì)減少脫硫塔煙氣蒸發(fā)水耗量，對北方缺水地區(qū)意義重大。

（3）煙氣余熱利用換熱器進(jìn)出口參數(shù)的選取。除塵器前煙氣余熱利用換熱器初步數(shù)據(jù)見表1（THA）。空預(yù)器入口水媒暖風(fēng)器初步數(shù)據(jù)見表2。

凝結(jié)水換熱器初步數(shù)據(jù)見表3。凝結(jié)水換熱器的設(shè)計(jì)選型與方案一類似，換熱量不同，換熱量為34.78 MW，凝結(jié)水流量為614 t/h。

表1 除塵器前煙氣余熱利用換熱器初步數(shù)據(jù)

3 經(jīng)濟(jì)性分析

所回收的煙氣余熱為55.65 MW，方案二回收的熱量分兩部分，第一級設(shè)于除塵器前，夏季加熱凝結(jié)水，冬季并聯(lián)加熱冷風(fēng)，第二級設(shè)于脫硫吸收塔前，全年加熱凝結(jié)水，系統(tǒng)相對復(fù)雜，全年經(jīng)濟(jì)收益好。

從上述計(jì)算可以看出，每臺(tái)爐設(shè)置3 臺(tái)換熱器，夏季加熱凝結(jié)水時(shí)，標(biāo)煤耗可降低約1.75 g/kW·h；冬季加熱凝結(jié)水和入爐冷風(fēng)時(shí)，效益主要體現(xiàn)在加熱入爐冷風(fēng)節(jié)約了常規(guī)暖風(fēng)器的蒸汽耗量，同時(shí)，另一部分熱量回收至凝結(jié)水系統(tǒng)，降低了汽機(jī)熱耗，綜合二者效果，THA 工況可節(jié)約標(biāo)煤耗1.43 g/kW·h。綜合考慮冬季和夏季工況，該方案每臺(tái)機(jī)組全年節(jié)約標(biāo)煤約1.97 萬噸，全年節(jié)約標(biāo)煤費(fèi)用約828 萬元。

表2 空預(yù)器入口水媒暖風(fēng)器初步數(shù)據(jù)

另外，對于除塵器前、吸收塔前各設(shè)一級煙氣余熱利用換熱器，引風(fēng)機(jī)阻力增加800 Pa，每臺(tái)引風(fēng)機(jī)軸功率增加693 kW，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)共增加1386 kW，閉式水泵軸功率為180 kW，總計(jì)軸功率增加1566 kW。年利用小時(shí)數(shù)按5500 h 計(jì)算，上網(wǎng)電價(jià)按312.4 元/MW·h（含稅）計(jì)算，每臺(tái)機(jī)組每年增加的廠用電費(fèi)用為269 萬元。

表3 凝結(jié)水換熱器初步數(shù)據(jù)

采用煙氣余熱利用裝置后，THA 工況脫硫塔入口煙氣溫度從130 ℃降為90 ℃，每臺(tái)爐脫硫系統(tǒng)耗水量由200 t/h 減小到120 t/h，減少約80 t/h，按每噸水4.3 元計(jì)算，脫硫系統(tǒng)每臺(tái)爐年節(jié)約水費(fèi)約189 萬元。

初期投資包括換熱器投資2600 萬元（除塵器前700 萬元、吸收塔前1500 萬元、水媒暖風(fēng)器400 萬元）及附件、管道閥門等每臺(tái)爐初投資增加約3260 萬元，運(yùn)行費(fèi)每年節(jié)省約748 萬元，貸款利率按7.05%計(jì)算，約5 年可收回成本。

因此，采用方案二后，可減少該機(jī)組的脫硫耗水量，減少電廠對水資源的消耗，這對嚴(yán)重缺水的地區(qū)有著重大社會(huì)效益。

4 結(jié)論和建議

燃煤電廠的余熱利用是當(dāng)今生產(chǎn)、設(shè)計(jì)企業(yè)節(jié)能降耗的重要方向，本文對比了兩種電廠整體熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。對適合本機(jī)組的方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性、可行性分析，可以綜合提高機(jī)組熱效率，對其他電廠的低溫省煤器改造有一定借鑒作用。

推薦的方案二系統(tǒng)簡單，投資較小，運(yùn)行維護(hù)簡便，具體改造時(shí)使用何種方案，還需考慮投資、布置、運(yùn)行調(diào)節(jié)和維護(hù)，與主機(jī)廠的配合，以及換熱器系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)制造現(xiàn)狀。

最后，進(jìn)行各煙氣換熱器選型時(shí)，需與鍋爐廠、汽輪機(jī)廠及煙氣換熱器制造商、水媒暖風(fēng)器制造商進(jìn)行深入配合。以便擬定合理的冷卻水系統(tǒng)及冷卻水參數(shù)，并與汽輪機(jī)廠配合，進(jìn)行全廠熱平衡的計(jì)算，以便于經(jīng)濟(jì)合理地加熱凝結(jié)水和入爐冷風(fēng)，最大限度地回收熱量，保證換熱器運(yùn)行的安全性。