燃煤電廠常規低溫省煤器與熱管低溫省煤器綜合對比

謝慶亮，謝山樣，王正陽

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

2010 年以來，低溫省煤器技術廣泛應用于燃煤電廠的煙氣余熱利用，但有超過50%的項目在投運不足3 年的時間內就出現了冷卻水泄漏情況，從而影響到低低溫電除塵器的安全穩定運行，甚至影響到超低排放效果的穩定性。張志中[1]等針對某2×600MW機組低溫省煤器的腐蝕和堵塞問題進行了分析與技術改造，并計算和對比了節能效益。劉舫辰[2]等采用數值模擬方法，通過在煙道內添加導流板來優化流場，提高低溫省煤器的抗磨性。由于常規低溫省煤器多以在煙道內布置翅片管換熱器進行汽水間壁式對流換熱為主，雖然采取的一些防磨措施能在一定程度上延長設備的使用壽命，但最終還是無法避免出現管束磨穿、冷卻水泄漏進入煙道內部的問題。

具有冷卻水零泄漏及易于檢修更換等特征的新一代熱管低溫省煤器煙氣余熱利用裝置的研制成功，將杜絕原煙氣換熱器由于煙塵顆粒沖刷導致的換熱管磨損泄漏問題。謝慶亮[3]從技術原理出發對新型熱管低溫省煤器的技術可行性進行了論證，并介紹了具體項目應用情況。黃元進[4]介紹了低低溫電除塵系統配套重力熱管煙氣余熱利用裝置后的性能情況，論證了基于重力熱管的煙氣余熱利用低低溫電除塵系統的可行性。段宏波[5]從項目應用的角度論證了熱管低溫省煤器的防泄漏和降溫效果。本文將以某燃煤電廠660MW 機組為例，從技術路線、運行經濟性、碳減排效果和設備使用壽命等多方面，對常規低溫省煤器和重力熱管低溫省煤器進行綜合比較分析。

1 技術路線原理

1.1 常規低溫省煤器

常規低溫省煤器采用管殼式的余熱利用換熱裝置，將其布置在除塵器入口前煙道，利用鍋爐空預器出口高溫煙氣加熱汽機的凝結水。常規低溫省煤器的冷卻水取自低加系統中的前級低加，經加熱后返回后級低加，通過低加吸熱減少排擠抽汽，從而實現了煙氣余熱回收和機組節煤的效果。

1.2 熱管低溫省煤器

熱管低溫省煤器是在現有常規管殼式低溫省煤器基礎上做出的變革，熱管低溫省煤器用真空熱管作為換熱元件，具有可實現冷卻水零泄漏的特點（見下圖）。

（1）進行熱交換的冷卻水和煙氣從換熱器的上、下部分分別流過，這兩種換熱介質在不同的密封結構里，而且由管板進行分隔，不會出現串漏。

（2）每根熱管都是獨立的換熱元件，不像常規的低溫省煤器那樣各換熱管之間直接連通在一起。即使熱管在煙氣側發生磨損或腐蝕導致管壁出現破孔情況，也只有此根熱管內的極少量工作介質泄漏進入煙道，而水側的冷卻水則無法進入煙道。由于熱管管內的工作介質的量極少，即使熱管被煙塵沖刷磨損發生工作介質泄漏，泄漏的工作介質也會被熱煙氣迅速蒸發。

熱管低溫省煤器零泄漏原理圖

因此，采用熱管低溫省煤器從機理上可杜絕現有管殼式換熱管破孔造成大量冷卻水泄漏到煙道及電除塵器中的問題，避免造成煙道堵塞、電除塵排放超標及灰斗堵灰等問題。

1.3 技術路線對比

兩種技術路線對比見表1。

2 運行效益對比

以該機組為例，對采用常規低溫省煤器和重力熱管低溫省煤器的兩種情況進行余熱利用方案設計。按年發電利用數4500h、廠用電價0.375 元/kW·h、標煤價格800 元/t、工業用水2 元/t 計算，具體運行效益對比分析見表2。

2.1 運行經濟性分析

（1）脫硫吸收塔入口煙溫降至95℃，可節約脫硫系統的耗水量，同時提高脫硫效率。

（2）常規低溫省煤器泄漏后導致設備本體堵塞，增加煙氣側阻力，引風機電流上升，進而增加了引風機電耗且無法及時檢修，應用熱管低溫省煤器可以實現冷卻水零泄漏和低阻穩定運行。

表1 兩種技術路線對比

表2 運行經濟性對比

（3）熱管低溫省煤器運行穩定，保證了低低溫電除塵器的排放效果，節約了除塵器電耗。

（4）對于機組在常規低溫省煤器運行條件下因堵塞嚴重，可能會導致不得不降低機組運行負荷，進而對發電量造成負面影響的問題，這里暫未考慮和計算。

由表2 可知，應用熱管低溫省煤器比常規低溫省煤器每年增加運行經濟效益167.5 萬元。

2.2 碳減排分析

2.2.1 通過回收熱量減少二氧化碳（CO2）排放量

機組在660MW 工況下，按設計參數的煙氣流量、進出口溫度，計算回收煙氣熱量為40 249kW。根據設計參數，結合機組抽氣回熱系統，經等效焓降法計算設計工況下常規低溫省煤器和熱管低溫省煤器，分別可降低標煤耗量約2.25g/kW·h 和1.9g/kW·h，換算到年節約標煤量為6683t 和5643t，可減少CO2排放量為19 265t/年和16 267t/年。

2.2.2 通過減少引風機電耗降低CO2排放量

由于重力熱管低溫省煤器替換了原堵塞嚴重的常規低溫省煤器，以及對煙道進行流線型改造，滿負荷煙氣阻力約降低1000Pa，降低引風機能耗1210kW·h，按照設備堵塞嚴重時間為年有效利用時間4500h 的80%（即3600h），年降低電耗435.6 萬kW·h，按照供電煤耗295g/kW·h 計，可實現年減少標煤耗1285t，相應的可以減少CO2排放量3705t/年。

2.2.3 通過減少除塵器電耗降低CO2排放量

常規低溫省煤器由于泄漏問題，導致電除塵器的故障率較高，影響其高效穩定運行。而熱管低溫省煤器電除塵器的除塵效率穩定，可降低除塵器能耗282.5kW·h，按設備年有效運行4500h 計算，每年可節約電耗約127 萬kW·h，每年可節約用電成本47.7 萬元，每年相應可減少CO2排放約1115t。

2.3 設備使用壽命

通過對已投運的161 臺常規低溫省煤器進行跟蹤，發現有超過40%的項目在投運2—3 年后就出現冷卻水泄漏問題[6]。常規低溫省煤器的冷卻水泄漏具有隱蔽性，極難發現，一旦被發現，說明已經影響到了下游電除塵設備的安全穩定運行。常規低溫省煤器設備采用自上而下的模塊堆疊方式進行安裝，如果泄漏點發生在中間模塊，檢修困難，只能采用簡單的封堵模式，關聯部位未泄漏的換熱面也不得不退出運行。

目前，江西景德鎮電廠已投入使用的660MW 大型燃煤機組熱管低溫省煤器已安全穩定運行近2 年，未發生凝結水泄漏進入煙道的事故。其冷卻水（凝結水）系統設置在煙道外，通過基于逆流順排布置的“迷宮形水套管排+中隔板組件”的雙重物理隔離結構，在實現常規翅片管低溫省煤器的所有功能的同時，具有換熱管即使被煙塵顆粒沖刷磨損后凝結水也不會泄漏到煙道內的關鍵屬性，可保證換熱裝置的使用壽命在10 年以上。

2.4 綜合對比

經過實際測算，在達到同等性能參數下，1 臺660MW 機組常規低溫省煤器靜態投資為1150 萬元左右，而熱管低溫省煤器靜態投資為1500 萬元左右，后者比前者高30%左右，原因在于后者采用新工藝、新技術，生產環節流程多，質量控制要求高，生產復雜程度大于前者。結合運行效益數據，熱管低溫省煤器靜態投資回收期為3.7 年，常規低溫省煤器靜態投資回收期為4.8 年。以10 年期為例，假設傳統低溫省煤器壽命為5 年，熱管低溫省煤器使用壽命為10 年，兩者的綜合運行效益分別為1210 萬元、4094 萬元，差異明顯。

綜上，不論是投資回收期還是綜合運行效益，與傳統低溫省煤器相比，熱管低溫省煤器都具有明顯優勢。

3 結語

本文對常規低溫省煤器和熱管低溫省煤器進行了多角度對比。在技術路線方面，熱管低溫省煤器冷卻水零泄漏的結構屬性可以使換熱裝置和電除塵設備安全高效運行，這是常規低溫省煤器不具備的；在運行經濟性方面，常規低溫省煤器由于冷卻水泄漏導致了一系列的運行問題，增加了運行檢修費用，熱管低溫省煤器的應用可以避免這些問題；在節能減碳和使用壽命方面，熱管低溫省煤器也有一定的優勢；在綜合投資回收期和運行效益方面，熱管低溫省煤器明顯優于傳統低溫省煤器。

熱管低溫省煤器與低低溫電除塵器作為一個組合，協同用于煙氣余熱回收和煙氣高效除塵，為原有低溫省煤器和低低溫電除塵器提供了一個安全可靠的替代技術升級改造方案。