發(fā)電廠濕法脫硫系統(tǒng)煙氣擋板門(mén)密封風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能改造

李忠猛

(天津陳塘熱電有限公司，天津 300222)

0 引言

目前我國(guó)燃煤電站鍋爐煙氣脫硫采用的主流技術(shù)是石灰石－石膏濕法脫硫工藝，投運(yùn)、在建的火電廠煙氣脫硫項(xiàng)目中這一工藝所占的比重達(dá)90%以上［1］。石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)的進(jìn)出口煙氣擋板門(mén)和旁路擋板門(mén)需要持續(xù)通入密封風(fēng)以防止煙氣腐蝕。

密封風(fēng)一般由獨(dú)立設(shè)置的風(fēng)機(jī)提供，壓力至少比煙氣最高壓力高50 Pa，溫度應(yīng)在80℃以上，通常利用電加熱器來(lái)加熱，需要消耗大量的電能。能量、電量和功量三者相比，功量具有最高品質(zhì)，電量與功量基本是等價(jià)的［2］。電能是高品質(zhì)的能源，如果能用低品質(zhì)的發(fā)電廠輔助蒸汽熱能來(lái)代替電能，將會(huì)收到良好的節(jié)能效果［3］。

1 原有電加熱密封風(fēng)系統(tǒng)概況及存在的問(wèn)題

300 MW機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)的擋板門(mén)密封空氣系統(tǒng)包括密封風(fēng)機(jī)(每爐兩臺(tái)，2×100%容量，一運(yùn)一備)及其密封空氣站。擋板門(mén)密封風(fēng)機(jī)主要參數(shù):流量Q=4 500 Nm3/h壓力P=4 500 Pa，電機(jī)功率N=11 kW。

擋板門(mén)密封風(fēng)加熱器采用電加熱器，加熱器的型號(hào)為:DYK－150型，加熱功率N=200 kW，電壓380 V。加熱元件為高錳鋁合金絲外套不銹鋼管。根據(jù)機(jī)組的實(shí)際系統(tǒng)，脫硫煙道擋板門(mén)密封風(fēng)所要求的主要運(yùn)行參數(shù)為:溫度80～120℃、壓力4 kPa、風(fēng)量4 500 m3/h左右。

雖然電加熱器的加熱元件已按較高等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)選用高錳鋁合金絲外套不銹鋼管，但實(shí)際運(yùn)行中還是經(jīng)常發(fā)生加熱器的電加熱管腐蝕燒損，造成加熱效果下降，出口風(fēng)溫達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。而密封風(fēng)溫度低，會(huì)造成擋板門(mén)葉片兩側(cè)溫差變大，熱應(yīng)力增大，加大了脫硫擋板葉片變形和腐蝕損壞的風(fēng)險(xiǎn)。由于密封風(fēng)系統(tǒng)的擋板門(mén)嚴(yán)密性較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與煙氣系統(tǒng)的嚴(yán)密隔離，當(dāng)加熱管損壞時(shí)需在機(jī)組停運(yùn)檢修期間才能更換，對(duì)脫硫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響。

2 改造方法研究

2.1 改造方案概述

電廠中有多種熱源可以滿足密封風(fēng)加熱的要求，但考慮到簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、節(jié)能效益等綜合因素，選用冷一次風(fēng)蒸汽加熱器系統(tǒng)，即選擇鍋爐的冷一次風(fēng)作為密封風(fēng)風(fēng)源，冷一次風(fēng)取自一次風(fēng)機(jī)出口去制粉系統(tǒng)的冷一次風(fēng)管，壓力一般在8 kPa以上，經(jīng)加熱器加熱后引入脫硫系統(tǒng)密封風(fēng)母管。蒸汽型空氣加熱器采用交叉流布置，空氣從管外側(cè)流過(guò)換熱器，管外側(cè)采用肋片以擴(kuò)展換熱面積，蒸汽從管內(nèi)流過(guò)，將熱量傳給空氣后，經(jīng)冷凝疏水進(jìn)入鍋爐暖風(fēng)器疏水箱中，經(jīng)疏水泵將疏水回收到除氧器。系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖如圖1、圖2所示。

圖1 密封風(fēng)系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

圖2 蒸汽加熱系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

換熱器加熱蒸汽來(lái)自廠用輔助蒸汽系統(tǒng)，其參數(shù)一般為壓力0.8 MPa ～0.9 MPa，溫度為280 ℃左右，通過(guò)翅片管冷凝換熱，把空氣加熱到90℃ ～110℃，滿足密封風(fēng)所需的空氣溫度要求。通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽或疏水的流量，使空氣溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值。

由于蒸汽或熱水在翅片管內(nèi)流動(dòng)，管外為空氣，換熱器箱體會(huì)形成壓力容器。制作時(shí)加熱器都應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的壓力試驗(yàn)，保有足夠的安全系數(shù)，可以保證其安全運(yùn)行。

2.2 改造方案的優(yōu)點(diǎn)

可以同時(shí)停用脫硫密封風(fēng)電加熱器和密封風(fēng)機(jī)，不但可以省去電熱器150 kW的用電，也可以節(jié)省密封風(fēng)機(jī)15 kW的用電，節(jié)能效果好;加熱熱源幾乎不受機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷影響;加熱器熱負(fù)荷容易控制;系統(tǒng)投資不大，經(jīng)濟(jì)性較好。

2.3 蒸汽加熱密封風(fēng)系統(tǒng)控制方式

脫硫密封風(fēng)加熱器出口風(fēng)溫度通過(guò)調(diào)整進(jìn)入加熱器的輔助蒸汽流量大小來(lái)控制，而進(jìn)入加熱器的蒸汽流量通過(guò)蒸汽調(diào)節(jié)電動(dòng)閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。蒸汽調(diào)節(jié)閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)送入單元機(jī)組主控制室DCS相關(guān)畫(huà)面，正常工作狀態(tài)下，加熱器風(fēng)溫是通過(guò)控制室運(yùn)行人員對(duì)進(jìn)入加熱器的蒸汽流量調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。

在空氣進(jìn)入加熱器前的風(fēng)管上安裝密封風(fēng)風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板，在密封風(fēng)熱風(fēng)管道接入密封風(fēng)母管側(cè)安裝壓力、溫度測(cè)點(diǎn)。這些控制設(shè)備和測(cè)點(diǎn)接入脫硫控制室DCS相關(guān)畫(huà)面。運(yùn)行中，可以通過(guò)控制密封風(fēng)風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度，調(diào)節(jié)密封風(fēng)壓力的大小。

2.4 改造后蒸汽加熱密封風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

密封風(fēng)設(shè)計(jì)流量為6 000 Nm3/h，密封風(fēng)工作流量為4 500 Nm3/h，蒸汽－空氣加熱器熱負(fù)荷為235 kW，設(shè)計(jì)入口冷風(fēng)溫度按照－10℃計(jì)算，設(shè)計(jì)出口熱風(fēng)溫度為100℃，計(jì)算換熱器風(fēng)側(cè)阻力≤600 Pa，空氣加熱溫度90℃ ～110℃。

3 改造經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 電加熱密封風(fēng)系統(tǒng)

按照機(jī)組平均每年因檢修等原因停運(yùn)1個(gè)月，其余約8 040小時(shí)均處于運(yùn)行狀態(tài)的模式，以當(dāng)?shù)爻Ｄ昶骄鶜鉁?2.3℃，電加熱器出口熱風(fēng)溫度為85℃，電加熱器平均運(yùn)行功率為157 KW，則電加熱器每年需要消耗電能126.3萬(wàn)kWh。當(dāng)?shù)孛摿蛏暇W(wǎng)電價(jià)為0.42元/kwh，電加熱器年耗電費(fèi)52.8萬(wàn)元。

3.2 蒸汽加熱密封風(fēng)系統(tǒng)

機(jī)組運(yùn)行時(shí)間、外部環(huán)境溫度、密封風(fēng)的流量等參數(shù)與電加熱模式一致，考慮蒸汽加熱器與煙氣擋板門(mén)的距離增加了約90 m，蒸汽加熱器出口空氣溫度應(yīng)提高5℃，以抵消沿途散熱損失。蒸汽加熱器的疏水全部回收到除氧器，沒(méi)有疏水外排損失。

為簡(jiǎn)化計(jì)算，未考慮熱電聯(lián)產(chǎn)收益和停運(yùn)密封風(fēng)機(jī)的影響，蒸汽成本包含電耗成本和煤耗成本。電耗成本按照熱電廠對(duì)外供熱的電耗分擔(dān)，每年需耗電3.7萬(wàn)kWh。煤耗成本按照鍋爐效率92%，加熱器和管網(wǎng)效率95%計(jì)算，全年需要消耗標(biāo)煤189.7 t。蒸汽加熱方式全年運(yùn)行成本為17.9萬(wàn)元。主要參數(shù)見(jiàn)表1所示。

3.3 改造經(jīng)濟(jì)性分析

電加熱密封風(fēng)系統(tǒng)除了消耗電能以外，因電加熱元件腐蝕損壞更換、密封風(fēng)機(jī)檢修等，每年需要發(fā)生檢修費(fèi)用約5萬(wàn)元。而蒸汽加熱密封風(fēng)系統(tǒng)檢修維護(hù)工作量很少，僅需要對(duì)疏水泵進(jìn)行檢修，年度檢修費(fèi)用不超過(guò)0.5萬(wàn)元。因此，對(duì)密封風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造后每年節(jié)省的費(fèi)用為:

式中:M—節(jié)省費(fèi)用;E1—電加熱密封風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行成本，52.8萬(wàn)元/年;E2—電加熱密封風(fēng)系統(tǒng)檢修成本，5萬(wàn)元/年;S1—蒸汽加熱密封風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行成本，17.9萬(wàn)元/年;S2—蒸汽加熱密封風(fēng)系統(tǒng)檢修成本，0.5 萬(wàn)元/年。

表1 蒸汽加熱方式運(yùn)行能耗及成本統(tǒng)計(jì)表

每臺(tái)機(jī)組脫硫密封風(fēng)系統(tǒng)的改造費(fèi)用為30萬(wàn)元，不到1年即可收回全部投資，經(jīng)濟(jì)性良好。

4 結(jié)論

將脫硫擋板門(mén)電加熱密封風(fēng)系統(tǒng)改造為蒸汽加熱密封風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)兩年的運(yùn)行實(shí)踐證明，蒸汽加熱密封風(fēng)系統(tǒng)性能非?？煽浚毕萋实?，維護(hù)費(fèi)用省，提高了脫硫系統(tǒng)的安全可靠性。

使用低品位的電廠輔助蒸汽代替高品位的電能，改造后的蒸汽加熱密封風(fēng)系統(tǒng)每年可以節(jié)省運(yùn)行和檢修費(fèi)用共計(jì)39.4萬(wàn)元，不到1年即可收回該項(xiàng)改造工程的全部投資，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

［1］中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)鍋爐爐窯除塵脫硫委員會(huì).我國(guó)火電廠脫硫脫銷(xiāo)行業(yè)2010年發(fā)展綜述［A］.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011(7).

［2］周少祥，胡三高.總能系統(tǒng)與能源利用的統(tǒng)一性的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系［J］.動(dòng)力工程，2001，21(1):1059.

［3］李芝勇.對(duì)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸徑向密封片的改進(jìn)［J］.森林工程，2011(6):48－50.