電廠煙氣余熱利用方案設(shè)計(jì)

崔超，沈煜暉

(1.華北電力大學(xué)，北京 102206;2.中國(guó)華電工程(集團(tuán))有限公司，北京 100035)

0 引言

某電廠2臺(tái)200 MW機(jī)組配套鍋爐為超高壓一次中間再熱自然循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐排煙溫度設(shè)計(jì)為142℃，在實(shí)際運(yùn)行中，由于入爐煤偏離設(shè)計(jì)煤種較大，導(dǎo)致鍋爐排煙溫度偏高，年均達(dá)到160℃，夏季最高超過(guò)165℃，會(huì)影響鍋爐效率1.0% ～2.2%，嚴(yán)重影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。由于排煙溫度過(guò)高影響除塵器的運(yùn)行安全和除塵效率，所以，降低排煙溫度，增設(shè)鍋爐尾部煙氣余熱利用系統(tǒng)勢(shì)在必行。

1 設(shè)計(jì)原始資料

1.1 煤質(zhì)資料

該電廠燃燒煤種為長(zhǎng)焰煤和褐煤，煤質(zhì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 煤質(zhì)數(shù)據(jù)

1.2 煙氣參數(shù)

該電廠每臺(tái)鍋爐配1臺(tái)雙室一電場(chǎng)三袋區(qū)電-袋除塵器，空氣預(yù)熱器出口煙氣年平均溫度為160℃，煙氣流量為851128 m3/h。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 方案介紹

該項(xiàng)目應(yīng)用低溫省煤器技術(shù)對(duì)某電廠鍋爐進(jìn)行煙氣余熱利用改造，將鍋爐尾部煙氣余熱回收用于加熱凝結(jié)水。

在空氣預(yù)熱器出口至原靜電除塵器煙氣入口的煙道范圍內(nèi)布置低溫省煤器，低溫省煤器布置在除塵器進(jìn)口豎直煙道上。

低溫省煤器的介質(zhì)引自凝結(jié)水系統(tǒng)，采用了低壓加熱器回?zé)嵯到y(tǒng)和低壓省煤器并聯(lián)的方式。低溫省煤器采用順列管排逆流布置，根據(jù)低溫省煤器結(jié)構(gòu)對(duì)原煙道進(jìn)行了改造，采取相應(yīng)措施減少煙氣流阻，使煙氣流阻控制在引風(fēng)機(jī)要求允許范圍內(nèi)(＜300Pa)，不會(huì)影響引風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。對(duì)原煙道承載系統(tǒng)增加低壓省煤器后的承載能力進(jìn)行計(jì)算，采取加固措施。

采用耐磨、耐腐蝕材料制造低溫省煤器，可滿足低溫省煤器抗磨損、抗腐蝕的需求，以保障低溫省煤器的使用壽命。采取可靠的低溫省煤器自吹灰措施，保障低溫省煤器換熱效果，設(shè)有氣脈沖吹灰器。

設(shè)置低溫省煤器介質(zhì)流量控制系統(tǒng)，運(yùn)行中可根據(jù)機(jī)組負(fù)荷和排煙溫度情況調(diào)節(jié)流量，合理控制排煙溫度。受熱面設(shè)計(jì)有一定裕量，設(shè)置多組回路，保證在低溫省煤器意外泄漏時(shí)，能及時(shí)隔離漏泄部分的低溫省煤器管束，保證其他受熱面的正常運(yùn)行，以保證排煙溫度在設(shè)計(jì)值的范圍內(nèi)。

2.2 露點(diǎn)計(jì)算

采用馮凱所著《鍋爐原理及計(jì)算》推薦的經(jīng)驗(yàn)公式，煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算如下:

式中:t1d為煙氣的露點(diǎn)溫度，℃為煙氣的水蒸氣露點(diǎn)溫度，℃;β為常數(shù)，當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)α=1.4～1.5時(shí)，取β=129，當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)α=1.2時(shí)，取β=121;和為收到基的折算硫分及灰分，g/MJ;αfh為飛灰系數(shù)，取0.7。

2.3 系統(tǒng)擬定

單臺(tái)鍋爐擬設(shè)置2臺(tái)換熱器，布置在布袋除塵器入口垂直煙道。煙氣溫度從160℃降到135℃。低溫省煤器的介質(zhì)引自凝結(jié)水系統(tǒng)，采用了低壓加熱器回?zé)嵯到y(tǒng)和低溫省煤器并聯(lián)的方式。凝結(jié)水的出水口引自#1低壓加熱器凝結(jié)水出口，回水口接至#2低壓加熱器的出口。在汽輪機(jī)熱耗保證工況THA(Turbine Heat Acceptance)下，#1低壓加熱器凝結(jié)水出口水溫為73℃，#2低壓加熱器出口凝結(jié)水水溫為108℃。主要工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2.4 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

3 方案投資效益分析

3.1 節(jié)煤量計(jì)算

(1)#2低壓加熱器回收的功率

式中:qVw=137 t/h，為水流量;h2s1=454.609 kJ/kg，為108℃，2.5 MPa時(shí)的比焓;h2s2=302.563 kJ/kg，為72℃，2.5 MPa時(shí)的比焓。

(2)#2低壓加熱器抽汽減少量

表2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

式中:h2s=2 882.5 kJ/kg，為#2低壓加熱器抽汽的比焓;h2w=465.8 kJ/kg，為#2低壓加熱器抽汽疏水的比焓。

(3)#2低壓加熱器抽汽繼續(xù)做功的功率

式中:hs0=2414.8 kJ/kg，為汽輪機(jī)排汽比焓。

(4)#3低壓加熱器回收的功率

式中:qVw=137 t/h，為水流量;h3s1=454.609 kJ/kg，為108℃，2.5 MPa時(shí)的比焓;h3s2=505.38 kJ/kg，為120℃，2.5 MPa時(shí)的比焓。

(5)#3低壓加熱器抽汽減少量

式中:h3s=2980 kJ/kg，為#3低壓加加熱抽汽比焓;h3w=534.7 kJ/kg，為#3低壓加熱器抽汽疏水比焓。

(6)#3低壓加熱器抽汽繼續(xù)做功的功率

式中:hs0=2414.8 kJ/kg，為汽輪機(jī)排汽比焓。

(7)節(jié)約的總功率為

(8)降低發(fā)電煤耗量

式中:G=350 g/(kW·h)，為發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗;P=220000 kW，為發(fā)電機(jī)組功率。

(9)等效標(biāo)準(zhǔn)煤量

式中:n為機(jī)組個(gè)數(shù)，n=2;hr為設(shè)備每年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，按5000 h計(jì)算。

3.2 工藝系統(tǒng)投資分析

低溫?fù)Q熱器投資估算見(jiàn)表3。表中為2臺(tái)機(jī)組的投資數(shù)據(jù)，其中單臺(tái)機(jī)組設(shè)備總投資約200萬(wàn)元。

表3 投資估算

按照國(guó)家相關(guān)節(jié)能政策，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5 000 t以上的節(jié)能改造工程可以申請(qǐng)節(jié)能改造財(cái)政補(bǔ)貼，每噸標(biāo)準(zhǔn)煤補(bǔ)貼300元，該工程還可申請(qǐng)補(bǔ)助約164萬(wàn)元。

3.3 建議

由于該項(xiàng)目低溫省煤器安裝在布袋除塵器入口，含塵量大，磨損嚴(yán)重，為避免長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后局部換熱管泄漏，建議在換熱器設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)加大換熱管壁厚。為了確保換熱管意外泄漏，建議在布袋除塵器入口煙道增加濕度儀，及時(shí)進(jìn)行處理。

在安裝調(diào)試階段，需要用高壓水進(jìn)行管道沖洗，但是由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件有限，存在著清洗不干凈的可能性。如果管道內(nèi)遺留的雜物進(jìn)入電廠凝結(jié)水系統(tǒng)，有可能堵塞加熱器。為此，建議在加熱水進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)前加裝過(guò)濾器，防止管道內(nèi)殘余物進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)。

4 結(jié)論

通過(guò)上述論證分析可以看出，在布袋除塵器入口煙道加裝低溫?fù)Q熱器系統(tǒng)，可保護(hù)布袋除塵器的安全運(yùn)行并部分回收鍋爐排煙熱損失。經(jīng)初步計(jì)算，煤耗能夠降低2.49 g/(kW·h)，2臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5478 t，可在1年內(nèi)收回全部投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)由于節(jié)省了燃煤，有利于減少污染物的排放。

綜上所述，該工藝技術(shù)工程實(shí)施的可行性好，節(jié)能效果顯著，具有較好的環(huán)境效益、資源效益和企業(yè)效益，符合國(guó)家倡導(dǎo)的“節(jié)能減排、節(jié)約資源、環(huán)境友好、循環(huán)經(jīng)濟(jì)”能源國(guó)策的要求。

該工藝同時(shí)節(jié)約了煤炭資源，對(duì)于機(jī)組排煙溫度較高、煤價(jià)較高的全國(guó)火電廠，有著很好的借鑒意義。

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