新建660 MW 機組煙氣余熱利用方案及經濟性分析

王光磊，高緒棟，王宗群，紀興林

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

降低排煙熱損失是提高燃煤電廠機組運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，降低排煙溫度對提高機組運行效率具有重要意義。

在鍋爐尾部煙道中增設低溫省煤器系統是應用最為廣泛、節能效果最為明顯的煙氣余熱利用措施之一。德國和日本是較早采用煙氣余熱回收利用的國家。德國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）對煙氣余熱進行有效利用，均帶來了顯著的經濟效益［2-3］。

在國內，山東大學等高校及研究機構對煙氣余熱利用進行了研究［3-4］。近些年，隨著我國對機組能耗的高標準要求，新建及現役機組一般直接設計或者加裝余熱利用系統。如山東能源盛魯2×1 000 MW 機組、外高橋三期2×1 000 MW 機組等均設置了低溫省煤器系統［5］。

1 煙氣余熱利用技術方案

低溫省煤器的設置方案有多種，最常見的方案就是在空氣預熱器之后的煙道上設置一級或二級低溫省煤器直接加熱凝結水回收余熱。此外，還有一些深度利用煙氣余熱的技術方案，如帶空氣預熱器旁路的三級或四級高低壓換熱器方案等，深度余熱利用由于系統復雜，投資高，通常應用于高標準建設的百萬機組。

以處在“一帶一路”國家中的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，每根煙道布置1 臺，一臺鍋爐共布置4 臺。空氣預熱器出口煙氣經過低溫省煤器后煙氣溫度由132.6 ℃降至105 ℃。低溫省煤器水側按照汽機廠提供的熱平衡圖分析將分別從8 號低壓加熱器進口和7 號低壓加熱器出口取部分凝結水混合至75 ℃（可調），經低溫省煤器加熱后，回至6 號低壓加熱器進口。系統設有熱水再循環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。系統設置如圖1 所示。

圖1 一級省煤器方案系統流程

1.2 方案Ⅱ：二級省煤器方案

低溫省煤器設計分兩級布置，將一級低溫省煤器布置在除塵器前的4 根水平煙道內，每根煙道布置1 臺，一臺鍋爐共布置4 臺。二級低溫省煤器設計布置在引風機出口后的2 根垂直煙道內，每根煙道布置1 臺，一臺鍋爐共布置2 臺。空氣預熱器出口煙氣經一級低溫省煤器后煙氣溫度由132.6 ℃降至105 ℃。引風機后煙氣經二級低溫省煤器后煙氣溫度由110 ℃降至85 ℃。低溫省煤器水側從8 號低壓加熱器進口和7 號低壓加熱器出口取部分凝結水混合至65 ℃，經低溫省煤器加熱后，回至6 號低壓加熱器進口。系統設置如圖2 所示。

圖2 二級省煤器方案系統流程

兩種方案低溫省煤器的換熱面管束的設計壽命均為10 年。

2 經濟性分析

2.1 初投資比較

增設低溫省煤器系統以后，一方面會增加投資，包括低溫省煤器本體系統，土建及安裝費用等；另一方面，由于煙氣經低溫省煤器降溫后進入除塵器，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格及能耗、較低的占地，會降低除塵器部分的初投資。初投資比較詳見表1。

表1 投資比較（一臺鍋爐） 萬元

2.2 燃料成本比較

根據計算結果得知，加裝低溫省煤器系統之后，機組可以降低發電煤耗，每年節約的燃料量可以通過式（1）計算。燃料成本比較，見表2。

式中：ΔB 為全年節約燃煤量，t；W 為計算期發電量，kWh；Δb 為降低發電煤耗量，g／kWh；t 為機組發電年利用小時，h。

2.3 運行維護成本

機組尾部煙道安裝低溫省煤器后，煙氣阻力和工質阻力增加，會引起引風機電耗耗增加；但同時，煙溫降低導致煙氣體積減小，會減小引風機電耗。此外，系統新增設的水泵也會相應地增加電耗。綜合計算得出，方案Ⅰ與方案Ⅱ較不增設低溫省煤器方案，運行電耗分別增加225 kW 與552.5 kW，當地的電價為0.197 元／kWh，年運行電耗增加成本分別增加31.05 萬元與76.26 萬元。

表2 燃料成本比較（單臺鍋爐）

系統越復雜，檢修維護費用也越高。方案Ⅰ與方案Ⅱ較不增設低溫省煤器方案，經咨詢同類電廠的運行及檢修人員，年檢修維護費用分別增加約10 萬元與20 萬元。

2.4 年節省費用比較

通過上述計算，可以得到年節省費用的差額表，見表3。

表3 費用差額比較（單臺爐） 萬元

2.5 經濟性分析

采用凈現值法對兩種方案進行可行性分析

式中：A 為年節省費用；P 為年節省費用現值；i 為表示貸款利率，取5.2%；n 為節省費用年限。

在低溫省煤器10 年壽期內，利用式（2）計算得到方案Ⅰ的凈現值P=1177 萬元，大于初投資570 萬元，方案Ⅱ的凈現值P=1686 萬元，小于初投資1 706 萬元，從凈現值的角度看，方案Ⅱ不可行。

從動態投資回收期的角度看，經過計算方案Ⅰ的動態投資回收期為4.3 年，經濟效果較好。

由此可以看出，上述兩種低溫省煤器設置方案，均能起到節約煤耗、節能的作用，經過比較，方案Ⅰ的經濟性較好，且系統簡單，調節靈活，本工程采用在除塵器前設置一級低溫省煤器的煙氣余熱利用方案。

3 結語

以國外新建660 MW 機組為工程應用背景，提出了兩種煙氣余熱利用方案，技術經濟比較結果表明：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，設置一級低溫省煤器經濟性優于設置二級低溫省煤器。