新建660 MW 機(jī)組煙氣余熱利用方案及經(jīng)濟(jì)性分析

王光磊，高緒棟，王宗群，紀(jì)興林

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南 250013）

0 引言

降低排煙熱損失是提高燃煤電廠機(jī)組運(yùn)行效率的重要措施之一，而排煙熱損失的主要影響因素是排煙溫度［1］，研究表明，排煙溫度每降低10 ℃，排煙熱損失降低0.6%～1.0%左右。因此，降低排煙溫度對(duì)提高機(jī)組運(yùn)行效率具有重要意義。

在鍋爐尾部煙道中增設(shè)低溫省煤器系統(tǒng)是應(yīng)用最為廣泛、節(jié)能效果最為明顯的煙氣余熱利用措施之一。德國(guó)和日本是較早采用煙氣余熱回收利用的國(guó)家。德國(guó)的黑泵電廠在靜電除塵器和煙氣脫硫塔之間加裝了煙氣冷卻器，利用煙氣加熱凝結(jié)水；日本常陸那柯電廠利用水媒方式的管式煙氣加熱器（Gas Gas Heater，GGH）對(duì)煙氣余熱進(jìn)行有效利用，均帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益［2-3］。

在國(guó)內(nèi)，山東大學(xué)等高校及研究機(jī)構(gòu)對(duì)煙氣余熱利用進(jìn)行了研究［3-4］。近些年，隨著我國(guó)對(duì)機(jī)組能耗的高標(biāo)準(zhǔn)要求，新建及現(xiàn)役機(jī)組一般直接設(shè)計(jì)或者加裝余熱利用系統(tǒng)。如山東能源盛魯2×1 000 MW 機(jī)組、外高橋三期2×1 000 MW 機(jī)組等均設(shè)置了低溫省煤器系統(tǒng)［5］。

1 煙氣余熱利用技術(shù)方案

低溫省煤器的設(shè)置方案有多種，最常見(jiàn)的方案就是在空氣預(yù)熱器之后的煙道上設(shè)置一級(jí)或二級(jí)低溫省煤器直接加熱凝結(jié)水回收余熱。此外，還有一些深度利用煙氣余熱的技術(shù)方案，如帶空氣預(yù)熱器旁路的三級(jí)或四級(jí)高低壓換熱器方案等，深度余熱利用由于系統(tǒng)復(fù)雜，投資高，通常應(yīng)用于高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的百萬(wàn)機(jī)組。

以處在“一帶一路”國(guó)家中的2×660 MW 燃煤坑口電站工程為例，受限于工程初投資，該工程不考慮煙氣余熱深度利用。

1.1 方案Ⅰ：一級(jí)省煤器方案

將低溫省煤器布置在除塵器前的4 根水平煙道內(nèi)，每根煙道布置1 臺(tái)，一臺(tái)鍋爐共布置4 臺(tái)。空氣預(yù)熱器出口煙氣經(jīng)過(guò)低溫省煤器后煙氣溫度由132.6 ℃降至105 ℃。低溫省煤器水側(cè)按照汽機(jī)廠提供的熱平衡圖分析將分別從8 號(hào)低壓加熱器進(jìn)口和7 號(hào)低壓加熱器出口取部分凝結(jié)水混合至75 ℃（可調(diào)），經(jīng)低溫省煤器加熱后，回至6 號(hào)低壓加熱器進(jìn)口。系統(tǒng)設(shè)有熱水再循環(huán)泵用于控制低溫省煤器的取水量，控制低溫省煤器入口水溫在80 ℃以上。系統(tǒng)設(shè)置如圖1 所示。

圖1 一級(jí)省煤器方案系統(tǒng)流程

1.2 方案Ⅱ：二級(jí)省煤器方案

低溫省煤器設(shè)計(jì)分兩級(jí)布置，將一級(jí)低溫省煤器布置在除塵器前的4 根水平煙道內(nèi)，每根煙道布置1 臺(tái)，一臺(tái)鍋爐共布置4 臺(tái)。二級(jí)低溫省煤器設(shè)計(jì)布置在引風(fēng)機(jī)出口后的2 根垂直煙道內(nèi)，每根煙道布置1 臺(tái)，一臺(tái)鍋爐共布置2 臺(tái)。空氣預(yù)熱器出口煙氣經(jīng)一級(jí)低溫省煤器后煙氣溫度由132.6 ℃降至105 ℃。引風(fēng)機(jī)后煙氣經(jīng)二級(jí)低溫省煤器后煙氣溫度由110 ℃降至85 ℃。低溫省煤器水側(cè)從8 號(hào)低壓加熱器進(jìn)口和7 號(hào)低壓加熱器出口取部分凝結(jié)水混合至65 ℃，經(jīng)低溫省煤器加熱后，回至6 號(hào)低壓加熱器進(jìn)口。系統(tǒng)設(shè)置如圖2 所示。

圖2 二級(jí)省煤器方案系統(tǒng)流程

兩種方案低溫省煤器的換熱面管束的設(shè)計(jì)壽命均為10 年。

2 經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 初投資比較

增設(shè)低溫省煤器系統(tǒng)以后，一方面會(huì)增加投資，包括低溫省煤器本體系統(tǒng)，土建及安裝費(fèi)用等；另一方面，由于煙氣經(jīng)低溫省煤器降溫后進(jìn)入除塵器，煙氣體積減小，飛灰比電阻降低，可大大提高除塵器的收塵性，可采用較小的除塵器規(guī)格及能耗、較低的占地，會(huì)降低除塵器部分的初投資。初投資比較詳見(jiàn)表1。

表1 投資比較（一臺(tái)鍋爐） 萬(wàn)元

2.2 燃料成本比較

根據(jù)計(jì)算結(jié)果得知，加裝低溫省煤器系統(tǒng)之后，機(jī)組可以降低發(fā)電煤耗，每年節(jié)約的燃料量可以通過(guò)式（1）計(jì)算。燃料成本比較，見(jiàn)表2。

式中：ΔB 為全年節(jié)約燃煤量，t；W 為計(jì)算期發(fā)電量，kWh；Δb 為降低發(fā)電煤耗量，g／kWh；t 為機(jī)組發(fā)電年利用小時(shí)，h。

2.3 運(yùn)行維護(hù)成本

機(jī)組尾部煙道安裝低溫省煤器后，煙氣阻力和工質(zhì)阻力增加，會(huì)引起引風(fēng)機(jī)電耗耗增加；但同時(shí)，煙溫降低導(dǎo)致煙氣體積減小，會(huì)減小引風(fēng)機(jī)電耗。此外，系統(tǒng)新增設(shè)的水泵也會(huì)相應(yīng)地增加電耗。綜合計(jì)算得出，方案Ⅰ與方案Ⅱ較不增設(shè)低溫省煤器方案，運(yùn)行電耗分別增加225 kW 與552.5 kW，當(dāng)?shù)氐碾妰r(jià)為0.197 元／kWh，年運(yùn)行電耗增加成本分別增加31.05 萬(wàn)元與76.26 萬(wàn)元。

表2 燃料成本比較（單臺(tái)鍋爐）

系統(tǒng)越復(fù)雜，檢修維護(hù)費(fèi)用也越高。方案Ⅰ與方案Ⅱ較不增設(shè)低溫省煤器方案，經(jīng)咨詢同類電廠的運(yùn)行及檢修人員，年檢修維護(hù)費(fèi)用分別增加約10 萬(wàn)元與20 萬(wàn)元。

2.4 年節(jié)省費(fèi)用比較

通過(guò)上述計(jì)算，可以得到年節(jié)省費(fèi)用的差額表，見(jiàn)表3。

表3 費(fèi)用差額比較（單臺(tái)爐） 萬(wàn)元

2.5 經(jīng)濟(jì)性分析

采用凈現(xiàn)值法對(duì)兩種方案進(jìn)行可行性分析

式中：A 為年節(jié)省費(fèi)用；P 為年節(jié)省費(fèi)用現(xiàn)值；i 為表示貸款利率，取5.2%；n 為節(jié)省費(fèi)用年限。

在低溫省煤器10 年壽期內(nèi)，利用式（2）計(jì)算得到方案Ⅰ的凈現(xiàn)值P=1177 萬(wàn)元，大于初投資570 萬(wàn)元，方案Ⅱ的凈現(xiàn)值P=1686 萬(wàn)元，小于初投資1 706 萬(wàn)元，從凈現(xiàn)值的角度看，方案Ⅱ不可行。

從動(dòng)態(tài)投資回收期的角度看，經(jīng)過(guò)計(jì)算方案Ⅰ的動(dòng)態(tài)投資回收期為4.3 年，經(jīng)濟(jì)效果較好。

由此可以看出，上述兩種低溫省煤器設(shè)置方案，均能起到節(jié)約煤耗、節(jié)能的作用，經(jīng)過(guò)比較，方案Ⅰ的經(jīng)濟(jì)性較好，且系統(tǒng)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)靈活，本工程采用在除塵器前設(shè)置一級(jí)低溫省煤器的煙氣余熱利用方案。

3 結(jié)語(yǔ)

以國(guó)外新建660 MW 機(jī)組為工程應(yīng)用背景，提出了兩種煙氣余熱利用方案，技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果表明：采用低溫省煤器方案能夠有效地降低排煙溫度，回收煙氣余熱，設(shè)置一級(jí)低溫省煤器經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于設(shè)置二級(jí)低溫省煤器。