二次再熱1 000MW機組低溫省煤器技術(shù)方案論證

馬千里

（江蘇省電力設(shè)計院，江蘇 南京211102）

0 引言

1 000MW燃煤機組鍋爐空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度約118℃，進入脫硫塔需對煙氣噴水減溫至約80℃，耗水量較大且損失大量煙氣熱量。

在當(dāng)前節(jié)能減排的形式下，燃煤機組二次再熱技術(shù)和煙氣近零排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運而生，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定煙塵排放濃度應(yīng)小于5～10mg／Nm3，為達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)，需采用低溫電除塵技術(shù)，即在電除塵器前設(shè)置低溫省煤器，將煙氣溫度降到接近酸露點溫度，可降低飛灰比電阻和反電暈，提高除塵效率。

目前對一次再熱機組在除塵器或脫硫塔入口設(shè)置低溫省煤器回收熱量的技術(shù)已日漸成熟。低溫省煤器回收的熱量進入凝結(jié)水系統(tǒng)，除了煙氣側(cè)參數(shù)外，凝結(jié)水參數(shù)也是低溫省煤器方案的輸入條件。由于二次再熱機組的回?zé)峒墧?shù)由一次再熱的8級增加到10級，凝結(jié)水參數(shù)也相應(yīng)變化，因此需結(jié)合二次再熱機組的汽輪機熱平衡圖制定相應(yīng)的低溫省煤器方案。

1 煙氣系統(tǒng)布置方案

（1）方案1：將低溫省煤器布置在空氣預(yù)熱器出口至除塵器入口煙道之間。煙氣在空氣預(yù)熱器出口之后就降溫，煙氣體積流量也相應(yīng)減少，這可以減少除塵器的集塵面積、占地面積和用材，并大幅提高電除塵器的除塵效率。根據(jù)相關(guān)研究，飛灰比電阻隨溫度降低而降低，電除塵器的除塵效率隨之增高。另外，經(jīng)低溫省煤器降溫后煙氣體積流量降低，煙氣阻力也相應(yīng)有部分降低，可相應(yīng)降低引風(fēng)機電耗?？紤]到電除塵器的防腐要求，低溫省煤器煙氣出口溫度通常選取約90℃。（2）方案2：將低溫省煤器布置在引風(fēng)機出口煙道之后，脫硫塔入口煙道之前。煙氣中的絕大部分飛灰已被除塵器除去，低溫省煤器磨損和堵灰問題大大減輕。與第一種方案相比，此方案可將換熱器出口煙氣溫度降至更低（約80℃），從而回收更多的熱量。（3）方案3：該方案將方案1與方案2相結(jié)合，采用兩級低溫省煤器，分別布置在空氣預(yù)熱器至除塵器的煙道和引風(fēng)機出口至脫硫塔入口的煙道上。這樣既獲得了方案1煙氣溫度降低對于電除塵器提效和引風(fēng)機降電耗的作用，又可達(dá)到方案2深度降低煙氣溫度、吸收煙氣熱量、進一步節(jié)能降耗的目的。本文采取此方案。

圖1 兩級煙氣余熱換熱器及凝結(jié)水系統(tǒng)

2 換熱器材料和型式選擇

由于煙氣余熱換熱器在酸腐蝕的工況下運行，所以選用合適、性價比高的耐腐蝕材料是非常重要的。根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計經(jīng)驗，可以考慮采用的材料主要有不銹鋼、耐腐蝕的低合金碳鋼、復(fù)合鋼管及表面搪瓷處理的碳鋼等。參考已投入使用的低溫省煤器運行狀況，選用奧氏體不銹鋼TP316L、TP304L、考登鋼或ND鋼（09CrCuSb鋼）作為換熱器材料。

低溫省煤器受熱面管可以采用光管、螺旋肋片管和H型翅片管。與普通光管相比，螺旋肋片管和H型翅片管傳熱性能更好。在滿足同樣換熱性能時，螺旋肋片管和H型翅片管的肋片和翅片間距較大，其換熱面積也比同規(guī)格的光管要小。因此，采用螺旋肋片管或H型翅片管可有效減小煙氣余熱換熱器的外形尺寸和管排數(shù)，降低煙氣流動阻力。對于除塵器之前的換熱器，由于煙氣含灰量較大，而螺旋肋片管相對更容易積灰，因此采用H型翅片管；對于引風(fēng)機出口的換熱器，由于經(jīng)過除塵器后煙氣已基本無積灰問題，采用換熱效率更高的螺旋肋片管。

3 低溫省煤器的熱力系統(tǒng)

低溫省煤器換熱器壁面溫度最低點與水側(cè)進口溫度基本相等。有關(guān)研究結(jié)果表明，當(dāng)金屬壁溫低于酸露點而高于水蒸氣露點溫度20℃以上時，腐蝕速度約為0.1～0.25mm／a，即有限腐蝕理論。對于一般燃燒煙煤的鍋爐，煙氣水蒸氣露點約43℃，因此換熱器管壁水側(cè)進口溫度不應(yīng)低于65℃。

根據(jù)二次再熱1 000MW機組汽機熱平衡圖，THA工況#10低加出口凝結(jié)水溫度58.9℃，75%THA工況#10低加出口凝結(jié)水溫度更低至54℃，遠(yuǎn)低于65℃，因此#10低加出口凝結(jié)水不可直接進入煙氣換熱器進行換熱，否則會造成嚴(yán)重的低溫腐蝕。為使進入換熱器的水溫不低于65℃，有效控制換熱器的腐蝕速度，換熱器凝結(jié)水側(cè)從#10低加出口和#9低加出口分別接出，以適當(dāng)?shù)谋壤旌现?5℃后進入低溫省煤器。低溫省煤器和凝結(jié)水系統(tǒng)的熱力系統(tǒng)如圖1所示。

裝設(shè)兩級低溫省煤器后，流經(jīng)#9低加的凝結(jié)水流量減少和返回至#8低加入口的凝結(jié)水溫度升高，減少了凝結(jié)水在#9、#8低壓加熱器內(nèi)的吸熱，#9、#8級抽汽量相應(yīng)減少，減少的抽汽量將使低壓缸做功增加，起到節(jié)能的作用。低溫省煤器的計算數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 兩級煙氣余熱換熱器有關(guān)數(shù)據(jù)（THA工況）

4 經(jīng)濟性分析

根據(jù)低溫省煤器選型數(shù)據(jù)，煙氣換熱器經(jīng)濟性分析如表2所示。標(biāo)煤價按照950元／t計，水價按1.0元／t計，廠用電按成本電價0.29元／kW·h計，機組年利用小時按5 500h計。

5 結(jié)語

綜上所述，本文提出的1 000MW二次再熱機組采用兩級煙氣余熱換熱器，高溫級低溫省煤器布置在空預(yù)器出口至除塵器入口的煙道上，低溫級低溫省煤器布置在引風(fēng)機出口至脫硫吸收塔入口的煙道上。低溫省煤器有效降低了煙氣進入電除塵器和脫硫吸收塔的溫度，提高了電除塵器的除塵效率，降低了脫硫系統(tǒng)耗水量，并且回收了煙氣余熱，一定程度上還降低了引風(fēng)機的運行電耗。兩級煙氣余熱換熱器方案，充分考慮了尾部煙氣腐蝕、磨損、堵灰的問題，可以安全穩(wěn)定運行。煙氣換熱器投入運行后排入脫硫塔的煙氣溫度由原來的118℃降至80℃，每臺機組每年可節(jié)省燃料及脫硫島用水費用合計778.08萬元，扣除引風(fēng)機等輔機增加的耗電費用和運行維護檢修費用，每年凈收益666.13萬元，與不設(shè)置煙氣余熱利用裝置相比，設(shè)備投資靜態(tài)回收期約2.25年。減少機組標(biāo)煤耗1.43g／kW·h，每臺機組每年可節(jié)約標(biāo)煤7 865t，減少了CO2、SO2、NOx、煙塵等污染物排放，經(jīng)濟效益和社會效益十分明顯。

表2 煙氣換熱器經(jīng)濟性分析（單臺機組）

［1］王巖.660MW超超臨界機組低溫省煤器配置方案研究［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2013（7）：28～34