煙氣余熱利用在火力發(fā)電廠的應(yīng)用與分析

孫海風(fēng) 李國棟

摘 要：該文介紹了火力發(fā)電廠煙氣余熱回收系統(tǒng)的原理和現(xiàn)狀，著重討論了某火力發(fā)電廠的煙氣余熱回收系統(tǒng)。通過對系統(tǒng)安裝位置、溫度控制和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面進(jìn)行分析，指出當(dāng)煙氣余熱回收裝置在系統(tǒng)不同安裝位置時(shí)，對系統(tǒng)設(shè)備安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響；通過對換熱裝置出口水溫控制策略的闡述，指出在防止系統(tǒng)低溫腐蝕的同時(shí)，最大程度提高煙氣余熱裝置換熱效率的措施；同時(shí)得出結(jié)論：在濕法脫硫系統(tǒng)的機(jī)組中，設(shè)置煙氣余熱回收系統(tǒng)能夠有效的提升機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電 煙氣 余熱利用 火電廠

中圖分類號(hào)：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（a）-0097-02

近年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，全國火電裝機(jī)容量也不斷攀升。一些大容量、高參數(shù)、低排放、調(diào)峰性能好的燃煤機(jī)組相繼投運(yùn)，同時(shí)國家對于新投產(chǎn)機(jī)組在提高效率、節(jié)能環(huán)保、降低成本等方面也提出了更高的要求。

縱觀幾十年來火力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，提升機(jī)組效率的主要途徑是提高蒸汽參數(shù)。這是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電廠利用的是水蒸氣熱力循環(huán)，而對于熱力循環(huán)來說，提高初始?jí)毫驕囟饶軌蜃钪苯?，也最有效地提高循環(huán)熱效率[1-2]。從表1可以看出，20世紀(jì)50年代時(shí)，蒸汽參數(shù)為亞臨界，蒸汽溫度僅為538℃，而到90年代時(shí)，蒸汽參數(shù)已經(jīng)提升到超超臨界，蒸汽溫度達(dá)到了600℃，目前國際上甚至已經(jīng)有30MPa，700℃的超超超臨界實(shí)驗(yàn)機(jī)組正在運(yùn)行了。然而，靠提高蒸汽參數(shù)的方式提高火力發(fā)電機(jī)組的效率，對水冷壁、汽輪機(jī)葉片等等的材料性能提出了更高的要求，而且對于在運(yùn)機(jī)組來說不具有立即應(yīng)用的可能性。

為了能夠在短期內(nèi)提高在運(yùn)機(jī)組的效率，許多行之有效的技術(shù)改造被提出并付諸實(shí)踐。其中，煙氣余熱利用系統(tǒng)就是一種切實(shí)可行的方案。在火力發(fā)電廠中，鍋爐的排煙熱損失占鍋爐熱損失的70%～80%。在我國一些投運(yùn)時(shí)間較長的火電機(jī)組，鍋爐排煙溫度最高可達(dá)200℃左右，新投機(jī)組的鍋爐排煙溫度也在120～140℃左右[3]。如果能利用新的技術(shù)和工藝降低鍋爐排煙溫度，回收利用煙氣余熱，將有效降低火力發(fā)電廠的煤耗，節(jié)約能源，減少排放[4]。本文將以某電廠的煙氣余熱利用裝置為例，分析煙氣余熱利用系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用，并對其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行簡要的分析。

1 煙氣余熱利用系統(tǒng)

1.1 煙氣余熱換熱器的放置

煙氣余熱利用換熱器視其放置位置不同，可以分為兩種情況。

（1）煙氣余熱換熱器放置于空氣預(yù)熱器出口、靜電除塵器入口前的煙道上。這種放置方式在顯著降低鍋爐排煙溫度的同時(shí)，可使煙氣體積流量減小，降低引風(fēng)機(jī)電流，同時(shí)提高除塵器的效率。

飛灰的比電阻隨溫度的降低而升高，因此電除塵器的效率隨之升高。但是煙氣溫度的降低增加了電除塵器防腐蝕的難度，同時(shí)增加了除塵器內(nèi)堵灰的可能性。目前，國內(nèi)電除塵器的低溫防腐蝕技術(shù)還不成熟，一旦除塵器因堵灰或腐蝕嚴(yán)重需要檢修，就會(huì)影響到整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行。而且余熱換熱器內(nèi)的煙氣含有大量飛灰，換熱器低溫側(cè)將會(huì)面臨較嚴(yán)重的磨損。因此，這種放置方案不適宜采用。

（2）煙氣余熱換熱器放置于引風(fēng)機(jī)出口，脫硫塔入口前。這樣放置不僅使凝結(jié)水吸收煙氣中的熱量，還降低進(jìn)入脫硫塔的煙氣溫度，既減少了煙氣蒸發(fā)水耗量，又保護(hù)塔的防腐內(nèi)襯。

與前一種放置方式不同，此處煙氣中的絕大部分飛灰已被除塵器除去，對換熱器來說基本不存在磨損和堵灰的問題。對于采用濕式石灰石—石膏煙氣脫硫工藝的機(jī)組，需采用噴淋減溫或GGH降低進(jìn)入脫硫塔煙溫約80℃。以某1000MW機(jī)組為例，該工程將煙氣余熱利用系統(tǒng)放置在引風(fēng)機(jī)后脫硫塔前，有效降低脫硫塔入口煙氣溫度的同時(shí)，減少了噴水減溫耗水量，并且回收余熱加熱凝結(jié)水，使機(jī)組效率得到有效提高。

1.2 煙氣余熱利用系統(tǒng)的溫度控制

煙氣余熱換熱器從根本上說是一套煙氣—水換熱器，用煙氣的熱量加熱水介質(zhì)，與鍋爐本體設(shè)計(jì)中省煤器設(shè)計(jì)是類似的。煙氣余熱換熱器煙氣側(cè)位于引風(fēng)機(jī)出口和脫硫塔入口前，水側(cè)的位置如圖1所示。8號(hào)低加出口的凝結(jié)水分為兩路，一路經(jīng)過7號(hào)低加，另外一路經(jīng)過煙氣余熱換熱器，兩路凝結(jié)水在6號(hào)低加前匯合進(jìn)入6號(hào)低加。

考慮到換熱器中放置于脫硫塔前，煙氣中的二氧化硫等腐蝕性氣體會(huì)對換熱器造成損害。因此出于防止低溫腐蝕的目的，需要對換熱器入口的溫度進(jìn)行良好的控制。同時(shí)，為了提高系統(tǒng)整體效率，需要控制煙氣余熱換熱器出口的溫度與7號(hào)低加出口的溫度一致。為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目標(biāo)，該機(jī)組采用了一系列的溫度控制措施。

1.2.1 凝結(jié)水再循環(huán)

目前，國內(nèi)火電機(jī)組承擔(dān)著電網(wǎng)調(diào)峰的任務(wù)，機(jī)組有大量的時(shí)間工作在非滿負(fù)荷工況下。在低負(fù)荷下，煙氣溫度較低，容易在煙氣余熱換熱器中結(jié)露，造成低溫腐蝕。為了解決此問題，該機(jī)組添加了凝結(jié)水再循環(huán)系統(tǒng)：在煙氣回?zé)峒訜崞鞯某隹谝徊糠炙良訜崞魅肟?，與較低溫度的凝結(jié)水混合，從而提高換熱器入口水溫（冷側(cè)溫度），使其高于結(jié)露最低溫度，從而降低低溫腐蝕的影響。

在實(shí)際使用中，當(dāng)機(jī)組處于30%負(fù)荷以下時(shí)，由于煙氣溫度過低，不投入煙氣余熱利用系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)荷為30%～75%時(shí)，煙氣余熱利用系統(tǒng)投入，同時(shí)啟動(dòng)凝結(jié)水再循環(huán)系統(tǒng)，控制換熱器入口水溫，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于75%時(shí)，不再投入凝結(jié)水再循環(huán)系統(tǒng)。

1.2.2 入口溫度控制

如圖1所示，該機(jī)組還在煙氣余熱換熱器前設(shè)置了一路減溫水。從軸加出口直接引至煙氣余熱換熱器入口，與8號(hào)低加出口水混合。設(shè)置這一路的目的在于提高換熱器的換熱效率。雖然換熱器入口水溫高有利于減少低溫腐蝕的危害，但是水溫高會(huì)導(dǎo)致氣水兩側(cè)溫差減小，換熱效果下降，達(dá)不到回收熱量的目的。所以，通過減溫水能夠使換熱器入口水溫不至于過高。

1.2.3 出口溫度控制

從換熱效率的角度考慮，由于7號(hào)低加和余熱換熱器是并聯(lián)的關(guān)系，因此在其出口水溫相等時(shí)，系統(tǒng)熱效率最高。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，7號(hào)低加出口處加裝了調(diào)節(jié)門，用以控制進(jìn)入7號(hào)低加和余熱換熱器的水量，從而實(shí)現(xiàn)兩者出口水溫相等的目的。在系統(tǒng)運(yùn)行中，當(dāng)熱量回收裝置出水溫度低于7號(hào)低加出水溫度時(shí)，開打調(diào)節(jié)門開度，增加7號(hào)低加進(jìn)入流量，減少熱量回收裝置進(jìn)水流量，直至熱量回收裝置出水溫度和7號(hào)低加出水溫度相等；當(dāng)熱量回收裝置出水溫度高于7號(hào)低加出水溫度時(shí)，減小調(diào)節(jié)門開度，減小7號(hào)低加進(jìn)水流量，增加熱量回收裝置進(jìn)水流量，直至熱量回收裝置出水溫度和7號(hào)低加出水溫度相等。

1.3 經(jīng)濟(jì)性分析

同樣以某1000MW機(jī)組為例，吸收塔的入口煙氣溫度為約120℃，經(jīng)過噴淋、脫硫，最終降低到50℃排出，在這個(gè)過程中浪費(fèi)了大量的水和熱量。而加裝了煙氣余熱回收裝置后，換熱器煙氣側(cè)入口溫度120℃，出口溫度90℃，水側(cè)入口溫度50℃，出口溫度100℃。一方面脫硫塔入口煙溫降低，在脫硫塔內(nèi)由于噴淋造成的熱損失和水損失大幅度減少；另外一方面，煙氣的余熱通過換熱器被凝結(jié)水回收，提高了機(jī)組的熱效率。

從圖1中還可以看出來，8號(hào)低加出口的凝結(jié)水只有部分進(jìn)入7號(hào)低加，因此7號(hào)低加用于加熱凝結(jié)水的蒸汽量就減少了，即減少了從低壓缸的抽汽。所以采用了煙氣余熱換熱系統(tǒng)后，機(jī)組整體的耗汽量會(huì)得到減少。

某1000MW機(jī)組在增加了煙氣余熱換熱系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)年節(jié)水30萬噸，煤耗從273g/kWh降低到272g/kWh，此兩項(xiàng)一年可節(jié)省190萬元。而煙氣余熱系統(tǒng)的改造費(fèi)用為750萬元，因此，4年后可收回成本并實(shí)現(xiàn)持續(xù)性的利潤。

2 結(jié)語

文章從煙氣余熱利用系統(tǒng)的放置、溫度控制和經(jīng)濟(jì)性分析三個(gè)方面進(jìn)行討論，研究了煙氣余熱利用系統(tǒng)在使用過程中的特點(diǎn)。主要結(jié)論如下。

（1）從國內(nèi)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀看，煙氣余熱利用系統(tǒng)適合放置于引風(fēng)機(jī)后、脫硫塔前。這樣放置主要是為了減少煙氣中粉塵對換熱器的磨損和堵塞。

（2）余熱換熱器實(shí)質(zhì)是一個(gè)煙氣—水換熱器，為了防止煙氣低溫腐蝕，需要對換熱器的入口溫度進(jìn)行控制。凝結(jié)水再循環(huán)是一種行之有效的控制方式。

（3）通過在7號(hào)低加出口添加調(diào)節(jié)門，可實(shí)現(xiàn)7號(hào)低加與煙氣余熱換熱器出口溫度的平衡，從而提高系統(tǒng)熱效率。

（4）煙氣余熱回收系統(tǒng)能夠減少系統(tǒng)的汽（水）用量，同時(shí)由于降低了機(jī)組熱損耗，從而降低了煤耗。以某機(jī)組為例，4年可回收煙氣余熱回收系統(tǒng)的改造成本。

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