自動設定煙氣出口溫度改善余熱回收效率的方法

任李斌

浙江浙能嘉華發電有限公司

0 引言

我國現役燃煤機組排煙溫度普遍偏高，有關數據顯示一般維持在125～150 ℃之間，占鍋爐各項熱損失的50% 以上。鍋爐排煙熱損失相當于鍋爐熱量的5%～8%，并且隨著排煙溫度每升高20 ℃，排煙熱損失增加0.6%～1.0%［1］。因此，鍋爐排煙溫度每降低15 ℃，可以提高鍋爐效率1%，這里面蘊含著巨大的節能空間。

嘉華發電有限公司7 號機組通過改造，采取了利用煙氣余熱回收加熱凝結水的方法，實現了余熱回收的初步節能效果。

余熱回收改造后煙囪的排煙溫度一般控制在80～90 ℃左右，但是控制的溫度值需要操作員根據當天的天氣和溫度情況進行手動設定，存在一定的滯后和難以判斷的情況。為了更好地根據實時環境溫度、濕度、風向等條件的變化，控制排煙溫度并能達到控白煙的效果，設計了一個出口煙溫自動設定的邏輯，并經過一段時間的運行觀察達到了預期的效果。

1 余熱回收系統的主要設備

1.1 煙冷器

煙冷器又稱低溫省煤器，為實現深度降低排煙溫度，利用煙冷器通過進口煙氣和水相互換熱的方式來加熱管式GGH中的熱媒水。煙冷器另一個目的是為了讓煙氣溫度降低到靜電除塵器的要求，使得電除塵提高除塵效率，煙氣中的PM2.5降低到符合排放的指標。

1.2 余熱回收水水換熱器

熱媒水通過管式GGH 熱媒水泵打循環，一方面經過余熱回收水水換熱器讓管式GGH的熱媒水和8 號低加入口的凝結水進行換熱，從而加熱凝結水，回收熱量，另一方面則可以減少低加蒸汽的抽氣量，從而提高燃煤鍋爐的熱效率。

1.3 管式GGH熱媒水蒸汽加熱器

管式GGH 熱媒水溫度直接影響出口凈煙氣溫度，為了保證煙氣出口溫度不能太低，還增加了一路管式GGH熱媒水蒸汽加熱器。

管式GGH 熱媒水蒸汽加熱器是通過輔助蒸汽和管式GGH的熱媒水進行換熱從而達到加熱熱媒水的效果。

管式GGH 熱媒水加熱蒸汽調閥通過控制輔助蒸汽和管式GGH 熱媒水換熱的流量，從而保證凈煙氣的出口溫度。

1.4 管式GGH煙氣加熱器

如果出口煙溫過低，一是會造成煙氣抬升擴散能力低，會在煙囪附近形成水霧污染環境，即煙流下洗；二是由于煙氣在霧點以下，會有酸滴從煙氣中凝結出來，即所謂的下雨，既污染環境，又會對設備造成低溫腐蝕。

管式GGH 煙氣加熱器通過熱媒水對出口煙氣進行加熱，保證出口煙氣溫度在設定值以上，從而提高凈煙氣的抬升高度和擴散能力，降低SO2、粉塵和NOX等污染物的落地濃度，減輕濕煙氣的冷凝現象，緩解對后續煙道的腐蝕，并消除凈煙氣煙囪冒白煙的現象。

1.5 各主要設備的流程

管式GGH 熱媒水通過熱媒水泵打循環，首先經過煙冷器和對煙氣換熱，將煙氣溫度降低，再經過余熱回收水水換熱器，對8 號低加出口的凝結水進行加熱，達到余熱回收的目的，然后經過管式GGH 熱媒水蒸汽加熱器（這是為了最后出口溫度太低，裝的保護回路），最后經過煙氣加熱器，讓管式GGH 熱媒水加熱出口的煙氣溫度達到排放的要求。

2 出口煙氣溫度控制原理

2.1 余熱回收系統凝結水調閥

余熱回收系統凝結水調閥通過控制凝結水和管式GGH 熱媒水換熱的流量，從而控制凈煙氣的出口溫度。對排煙溫度控制是反作用，具體的控制邏輯如圖1所示。

圖1 余熱回收系統凝結水進水調閥邏輯

設定值邏輯一路來自自動設定，一路來自手動設定，兩者可以通過自動設定按鈕進行切換，其中被動對象為管式GGH 煙氣加熱器出口溫度選擇值。

2.2 管式GGH熱媒水加熱蒸汽調閥

管式GGH 熱媒水加熱蒸汽調閥通過控制輔助蒸汽和管式GGH 熱媒水換熱的流量，從而保證凈煙氣的出口溫度。對排煙溫度控制是正作用，具體的控制邏輯如圖2所示。

設定值邏輯也是一路來自自動設定，一路來自手動設定，兩者可以通過自動設定按鈕進行切換，其中被動對象為管式GGH煙氣加熱器出口溫度選擇值。

兩個調閥都是控制管式GGH 煙氣加熱器出口溫度，設定值和被控對象都相同，所以在運行過程中會出現調節耦合。

2.3 調節耦合

由于余熱回收系統凝結水調閥和管式GGH 熱媒水加熱蒸汽調閥的控制對象都是凈煙氣的出口溫度，在實際運行過程中會出現兩個調閥相互耦合的現象。

出口煙溫在設定值附近波動時，兩個調閥會互相造成擾動，從而影響調節品質。為了消除這種擾動，對兩個調閥進行解耦，將設定值進行修正。余熱回收系統凝結水調閥設定值為出口煙氣須控制的正常數值，管式GGH 熱媒水加熱蒸汽調閥的設定值為：

管式GGH 熱媒水加熱蒸汽調閥設定值=出口煙溫設定值-1

目前，從運行情況來看兩個調閥調節作用正常。

3 出口煙氣溫度設定值自動設定

3.1 出口煙氣溫度設定值的要求

為了增強余熱回收的效率，在不影響煙氣排放的前提下，達到煙囪控白煙的效果，操作員需要手動頻繁設定煙氣出口溫度。由于晝夜四季的溫度、濕度都不同，操作員很難對設定值進行精確的設定，因而有時煙囪排放的溫度和效果達不到預期。

為了能夠精確地隨著環境變化設定出口煙氣溫度，本文設計了一個根據不同季節、不同時間來具體調節它的出口溫度的邏輯，從而進一步加強余熱回收效率。

3.2 出口煙氣溫度計算公式

具體的7 號爐煙氣加熱器出口煙溫設定值自動計算公式為：

其中

1）T_70、T_63、t_40、t_0 均為可設值，可由操作員設定，默認值分別為70、63、40、0。

WS為風力檢測值，由風力檢測儀處直接讀取，單位：m/s。

3.3 出口煙氣溫度自動設定邏輯

具體的OVTION邏輯搭建如圖3所示。

自動溫度設定和手動設定做了一個切換按鈕，以防在自動設定邏輯出問題了保留手動設定回路。自動設定邏輯到目前為止運行正常。

4 自動設定運行效果對比

4.1 2019年運行效果

出口煙溫自動設定改造前，7 號機組的排煙溫度平均，如表1。

圖3 出口煙氣溫度自動設定邏輯

表1 2019年出口煙氣溫度記錄情況

從2019 年全年運行情況看，出口煙氣排放的平均溫度在81.2 ℃左右，總體的排煙溫度控制還算比較合理，每個季節的控制溫度有所差異，實際觀察的總體的白煙控制情況較為一般。

4.2 2020年優化后的運行效果

出口煙溫自動設定改造后7號機組的排煙溫度平均，如表2。

表2 2020年1-6月出口煙氣溫度記錄情況

從2020 年1-6月的運行情況看，出口煙氣排放的平均溫度為77 ℃左右，在投入自動設定出口煙氣溫度的情況下，控制的排煙溫度更低，實際觀察出口白煙控制效果也有明顯的改善。

從改造前后的兩張表中可以看出，改造后投入排煙溫度自動設定的實際排煙溫度明顯比改造前的低。從煙囪的白煙控制情況看，也基本達到了排放的要求。

5 結語

本文對嘉華發電有限公司7號機組的出口煙溫自動設定改造進行了分析，一方面充分利用了煙氣的余熱進行加熱凝結水，達到了節能的目的；另一方面有效實時地控制煙囪的白煙排放，使煙氣的排放更為順暢，對設備的保護也起到了一定的作用，最終達到了節能環保的目的。