330 MW機(jī)組鍋爐余熱利用節(jié)能效果分析

李彥慶，程衛(wèi)國，武曉俊

（1.國電榆次熱電有限公司，山西 榆次 030600；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

330 MW機(jī)組鍋爐余熱利用節(jié)能效果分析

李彥慶1，程衛(wèi)國1，武曉俊2

（1.國電榆次熱電有限公司，山西 榆次 030600；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

通過對國電榆次熱電有限公司2號(hào)爐安裝余熱利用裝置前后參數(shù)的對比分析，得出安裝余熱利用裝置有很好的節(jié)能效果，并對該裝置存在的夏季加熱風(fēng)造成送風(fēng)機(jī)軸溫升高、復(fù)合相變換熱器只能部分工作或者停止工作的問題進(jìn)行了分析和改造，將相變換熱器上段的蒸汽放熱分為兩條途徑，通過閥門進(jìn)行切換，在冬季時(shí)將余熱用來加熱二次風(fēng)，替代暖風(fēng)器；夏季時(shí)用來加熱低加凝結(jié)水，節(jié)省汽輪機(jī)抽汽量，以達(dá)到充分利用煙氣余熱的目的。

余熱利用；排煙溫度；加熱風(fēng)；加熱凝結(jié)水；節(jié)能

0 引言

鍋爐排煙溫度通常是按照經(jīng)典的控制酸露腐蝕條件的設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)條件下的排煙溫度高于酸露點(diǎn)溫度的15～18℃，并且隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，排煙溫度會(huì)逐漸升高。

排煙溫度高于正常燃料酸露點(diǎn)以上的部分，在目前的傳統(tǒng)鍋爐設(shè)計(jì)和改造中，設(shè)計(jì)規(guī)范是無法利用這部分低溫?zé)嵩吹?。如進(jìn)一步降低鍋爐的排煙溫度并保證目前空預(yù)器的管壁溫度不低于煙氣露點(diǎn)，采用傳統(tǒng)技術(shù)是無法做到的。

面對日益嚴(yán)峻的節(jié)能減排形勢及節(jié)約成本要求，突破傳統(tǒng)技術(shù)，采用新型的設(shè)計(jì)理念，進(jìn)一步降低排煙溫度，并應(yīng)用到低溫余熱回收，已經(jīng)成為了耗能企業(yè)降耗的最重要技術(shù)措施之一。

1 復(fù)合相變換熱器技術(shù)

山西國電榆次熱電有限公司由中國國電集團(tuán)公司和山西晉緣網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司合作建設(shè)。一期工程建設(shè)規(guī)模為660MW，安裝2×330MW直接空冷燃煤供熱機(jī)組。鍋爐型號(hào)為DG1164/17.5-Ⅱ型，由東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司生產(chǎn)。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 164 t/h，制粉系統(tǒng)形式為雙進(jìn)雙出鋼球磨正壓冷一次風(fēng)機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配置3臺(tái)磨煤機(jī)?？諝忸A(yù)熱器型式為三分倉容克式空氣預(yù)熱器，除塵器型式為靜電除塵器。

為了充分利用鍋爐排煙余熱，提高鍋爐的熱效率，2010年1月，在2號(hào)鍋爐上加裝了深圳中興科揚(yáng)節(jié)能環(huán)保股份有限公司生產(chǎn)的“復(fù)合相變換熱器”，用尾部煙道中回收的低品位熱量加熱風(fēng)，節(jié)省一部分暖風(fēng)器消耗蒸汽，還可減少空氣預(yù)熱器積灰、減輕空預(yù)器冷段腐蝕、降低脫硫水耗。

復(fù)合相變換熱器即煙氣余熱利用裝置，是用于鍋爐排煙溫度下的余熱回收和利用裝置。該裝置技術(shù)是上海交通大學(xué)發(fā)明專利，已經(jīng)在國內(nèi)電力、石油、化工、鋼鐵等數(shù)十家企業(yè)的中小鍋爐上安裝應(yīng)用多年，具有大幅度回收余熱的能力，同時(shí)保證鍋爐不受低溫腐蝕，使鍋爐節(jié)能1.5%～10%。

降低鍋爐的排煙溫度，是提高鍋爐效率的重要途徑。而鍋爐的排煙溫度降低受到空預(yù)器低溫腐蝕的制約，通常大型鍋爐的排煙溫度幾乎不可能進(jìn)一步降低。復(fù)合相變換熱器技術(shù)巧妙破解了鍋爐排煙溫度難以降低的難題。其創(chuàng)新之處在于用一種新的設(shè)計(jì)理念，將換熱器壁面溫度與排煙溫度的“差”從“倍數(shù)”關(guān)系變?yōu)椤凹訙p”關(guān)系，大大縮小兩者之間的溫度差。也就是說，就算排煙溫度不高，也能避免結(jié)露腐蝕，延長換熱器使用壽命。其設(shè)計(jì)理念以最低壁面溫度作為第一設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)現(xiàn)了壁溫的設(shè)定和有效控制（即可控可調(diào)），這樣設(shè)計(jì)可以使排煙溫度降低20℃，并提高電站鍋爐的熱效率1%以上。由此可見，該技術(shù)能充分發(fā)揮自身的核心優(yōu)勢，與現(xiàn)代大型鍋爐的一些特殊工藝要求互相補(bǔ)充，同步實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保。

同時(shí)，作為相關(guān)“設(shè)計(jì)理念”的一次突破，復(fù)合相變換熱器系列節(jié)能技術(shù)除了保持熱管換熱器“高效緊湊”的優(yōu)點(diǎn)以外，其技術(shù)核心如下。

a）以換熱器的最低壁面溫度作為第一設(shè)計(jì)參數(shù)。

b）改變鍋爐尾部低溫受熱面溫度與鍋爐煙氣排放溫度之間的函數(shù)關(guān)系，在保證低溫受熱面溫度處于較高水平不至于發(fā)生低溫腐蝕和灰堵結(jié)垢的同時(shí)，能較大幅度地降低排煙溫度。

c）低溫受熱面的溫度始終處于可控可調(diào)狀態(tài)。通過“相變段”水量的調(diào)節(jié)，可以對受熱面最低壁面溫度實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了壁面溫度的恒定和調(diào)高調(diào)低。

d）保留了熱管換熱器所具有的高效傳熱特性的同時(shí)，可通過排除不凝氣體有效解決老化問題，大大延長了設(shè)備的使用壽命。

在實(shí)現(xiàn)回收鍋爐中低溫?zé)崮艿倪^程中，復(fù)合相變換熱器金屬受熱面最低壁面溫度處于可控可調(diào)狀態(tài)，使復(fù)合相變換熱器能夠在相當(dāng)大幅度內(nèi)，適應(yīng)鍋爐的各種傳熱負(fù)荷工況的變化，使排煙溫度和壁溫保持相對穩(wěn)定。保持金屬受熱面壁面溫度處于較高的溫度水平，遠(yuǎn)離酸露點(diǎn)的腐蝕區(qū)域，從根本上避免了結(jié)露腐蝕和堵灰現(xiàn)象的出現(xiàn)，復(fù)合相變換熱器的最低壁溫不僅是設(shè)計(jì)時(shí)可以選取，且在鍋爐運(yùn)行時(shí)可通過自動(dòng)控制設(shè)備保持在一個(gè)不變的數(shù)值。與傳統(tǒng)節(jié)能方法相比是基本設(shè)計(jì)理念的變化，該技術(shù)在世界上首次提出并實(shí)現(xiàn)了換熱器局部“整體意義上壁溫可控可調(diào)”，將制約有效利用余熱的“壁面溫度與排煙溫度的差”從以往的“倍數(shù)”關(guān)系變?yōu)椤凹訙p”關(guān)系，從而在有效避免“低溫腐蝕和灰堵”的同時(shí)，使“節(jié)能幅度”出現(xiàn)了“量級”意義的變化。

2 節(jié)能效果評價(jià)試驗(yàn)

2010年5月29日—6月2日，深圳中興科揚(yáng)節(jié)能環(huán)保股份有限公司委托山西電力科學(xué)研究院對該機(jī)組進(jìn)行節(jié)能效果評價(jià)試驗(yàn)，通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析整理，得出機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性非常好，節(jié)能效果明顯。

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過試驗(yàn)得出復(fù)合相變換熱器在不同負(fù)荷工況下的效率、電耗及節(jié)能量，為機(jī)組節(jié)能指標(biāo)達(dá)標(biāo)驗(yàn)收提供依據(jù)。

2.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

熱力試驗(yàn)方法、測試儀表的選擇、測試數(shù)據(jù)的計(jì)算方法參照《電站鍋爐熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，煙氣流速計(jì)算方法參考《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法（第四版增補(bǔ)版）》 （中國環(huán)境科學(xué)出版社出版）進(jìn)行。

2.3 試驗(yàn)內(nèi)容

摸底試驗(yàn)：摸底試驗(yàn)在260MW負(fù)荷下進(jìn)行，此時(shí)復(fù)合相變換熱器未投入運(yùn)行。用于對比相同負(fù)荷下復(fù)合相變換熱器投運(yùn)前后機(jī)組性能的變化。熱力試驗(yàn)：試驗(yàn)工況分別在260MW、300MW負(fù)荷兩種工況下進(jìn)行。此時(shí)復(fù)合相變換熱器100%投入運(yùn)行。

2.4 試驗(yàn)方法及要求

試驗(yàn)方法：試驗(yàn)共做2個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，100%額定負(fù)荷試驗(yàn)、80%負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)期間要求每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行8 h以上。電廠負(fù)責(zé)試驗(yàn)所需參數(shù)記錄（隨時(shí)調(diào)取試驗(yàn)所需DCS自動(dòng)參數(shù)報(bào)表）。

試驗(yàn)測點(diǎn)要求：為了測試的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)測點(diǎn)按要求采用網(wǎng)格法布置，并應(yīng)盡可能接近復(fù)合相變換熱器吸熱段和放熱段的出入口，且測點(diǎn)附近不應(yīng)有干擾系統(tǒng)。測點(diǎn)布置如表1所示。

表1 測點(diǎn)布置情況

試驗(yàn)工況開始后直至結(jié)束時(shí)，鍋爐燃燒工況、燃料量、主汽流量、再熱器流量、給水流量、汽包水位、過?？諝庀禂?shù)、配風(fēng)情況、以及所有試驗(yàn)需控制的溫度壓力流量等參數(shù)應(yīng)盡可能保持一致和穩(wěn)定。

各主要參數(shù)的允許波動(dòng)范圍：煤質(zhì)∶全水分Mt為±2%；灰分∶Aar為±2%；低位發(fā)熱量∶Qnetar為± 629 kJ/kg；鍋爐負(fù)荷為±3%；汽壓為±0.3 MPa；汽溫為±5℃。

試驗(yàn)期間不得進(jìn)行鍋爐排污及吹灰操作。各測試儀表、取樣設(shè)備現(xiàn)場安裝就緒并經(jīng)過調(diào)整。試驗(yàn)期間不允許進(jìn)行任何有可能干擾試驗(yàn)工況的操作。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算

a）數(shù)據(jù)處理。本次試驗(yàn)中溫度和壓力參數(shù)多重測點(diǎn)的測量值取算術(shù)平均值,本次試驗(yàn)中動(dòng)壓的測量值取多重測點(diǎn)的平方根均值。

b）試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算。

煙氣流速計(jì)算為

式中，Va為煙氣流速，m/s；Kp為靠背管修正系數(shù)，這里取0.8；Pd為排氣動(dòng)壓，Pa；ts為排氣溫度，℃。

復(fù)合相變換熱器總吸收熱量Q1計(jì)算。

式中，Vg為煙氣流量，m3/h；ρg為煙氣密度，kg/m3，根據(jù)排煙溫度查表；Cρg為煙氣比熱，kJ/（kg·℃），根據(jù)排煙溫度查表；ΔT為復(fù)合相變換熱器前、后排煙溫度溫差，℃；φ為系統(tǒng)熱損失系數(shù)，取0.98；Q1為復(fù)合相變換熱器回收熱量，kW。

復(fù)合相變換熱器總吸放熱量為

式中，Vkg為空氣流量（二次風(fēng)流量），Nm3/h；ρkg為空氣平均密度，kg/Nm3根據(jù)空氣溫度查表；Ckg為空氣平均比熱，kJ/（kg·℃），根據(jù)空氣溫度查表；ΔT為換熱器前、后進(jìn)風(fēng)溫度溫差，℃；φ為系統(tǒng)熱損失系數(shù)，取0.98。

換熱器的熱利用率為

吸熱段增加阻力為

ΔPy=吸熱段煙氣進(jìn)口靜壓—吸熱段煙氣出口靜壓

吸熱段功耗計(jì)算（兩側(cè)煙道合計(jì)）為

式中，Vy為總煙氣流量，Nm3/h；t為吸風(fēng)機(jī)進(jìn)口煙溫，℃；ΔPy為復(fù)合相變換熱器煙氣側(cè)增加阻力，Pa。

放熱段增加阻力為

ΔPk=放熱段空氣出口靜壓—放熱段空氣進(jìn)口靜壓

放熱段功耗 （兩側(cè)風(fēng)道合計(jì)）為

式中，Vk為總空氣流量，Nm3/h；t為送風(fēng)機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫，℃；ΔPk為復(fù)合相變換熱器空氣側(cè)增加阻力，Pa。

取送風(fēng)機(jī)效率為80%，則增加電耗為

復(fù)合相變換熱器總電耗計(jì)算

總功耗=Qxd+Qsd

煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算如下。

表2列出了在通常的運(yùn)行工況下該爐型、典型煤種的煙氣酸露點(diǎn)值。表3為本次試驗(yàn)各工況煤質(zhì)特性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。由表2及表3計(jì)算得：工況1酸露點(diǎn)溫度為108.6℃,工況2酸露點(diǎn)溫度為98.4℃。根據(jù)復(fù)合相變換熱器設(shè)計(jì)資料，推薦壁溫設(shè)定值應(yīng)高于煙氣酸露點(diǎn)值10℃；故當(dāng)該爐燃用工況1煤種時(shí)，復(fù)合相變換熱器吸熱段最低壁溫值宜設(shè)定為120℃，燃用工況2煤種時(shí)，復(fù)合相變換熱器吸熱段最低壁溫宜設(shè)定為110℃。根據(jù)測試換熱器吸熱段后的煙溫全高于酸露點(diǎn)溫度10℃以上，符合設(shè)計(jì)要求。

表2 鍋爐尾部煙道酸露點(diǎn)計(jì)算表 ℃

表3 煤質(zhì)特性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.6 試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)

a）260MW負(fù)荷，復(fù)合相變換熱器未投運(yùn)工況下，煙氣和空氣經(jīng)復(fù)合相變換熱器后溫度基本無變化。單側(cè)煙道平均阻力增加249 Pa，單側(cè)風(fēng)道平均阻力增加248 Pa。

b）260MW負(fù)荷，復(fù)合相變換熱器100%投運(yùn)工況下，復(fù)合相變換熱器吸熱段入口煙溫150.3℃，出口煙溫125.1℃，煙氣溫度降低25.2℃；復(fù)合相變換熱器放熱段入口空氣溫度26.1℃，出口空氣溫度52.9℃，空氣溫度升高26.8℃。該工況下，單側(cè)煙道平均阻力增加291Pa，單側(cè)風(fēng)道平均阻力增加237Pa；換熱器效率72.4%，電耗增加204.2 kW，以年運(yùn)行5 500 h、發(fā)電煤耗340 g/（kW·h）計(jì)算，扣除電耗增量后，年節(jié)約標(biāo)煤4 193.7 t。

c）300MW負(fù)荷，復(fù)合相變換熱器100%投運(yùn)工況下，復(fù)合相變換熱器吸熱段入口煙溫147.2℃，出口煙溫122.8℃，煙氣溫度降低24.4℃；復(fù)合相變換熱器放熱段入口空氣溫度20.6℃，出口空氣溫度49.7℃，空氣溫度升高29.3℃。該工況下，單側(cè)煙道平均阻力增加348Pa，單側(cè)風(fēng)道平均阻力增加286Pa；換熱器效率78.7%，電耗增加259.6 kW，以年運(yùn)行5 500 h、發(fā)電煤耗340 g/（kW·h）計(jì)算，扣除電耗增量后，年節(jié)約標(biāo)煤4 702.3 t。

d）通過復(fù)合相變換熱器加熱風(fēng)溫，除了節(jié)能效益，還能夠有效地防止對空預(yù)器的低溫腐蝕，延長空預(yù)器的使用壽命，降低了設(shè)備使用成本。

3 加裝余熱利用裝置效益分析

a）項(xiàng)目節(jié)能效益。應(yīng)用復(fù)合相變換熱器節(jié)能技術(shù)后，回收鍋爐排煙余熱，在保證尾部受熱面不發(fā)生腐蝕的情況下，鍋爐排煙溫度可由目前的128℃降至115℃，以年運(yùn)行5 500 h、發(fā)電煤耗340 g/（kW·h）計(jì)算，每年節(jié)約標(biāo)煤4 702.3 t。如按標(biāo)煤500元/t價(jià)格測算，年節(jié)約235余萬元。

b）國家獎(jiǎng)勵(lì)收益。國家發(fā)改委對于燃煤工業(yè)鍋爐（窯爐）改造、余熱余壓利用、節(jié)約和替代石油、電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能和能量系統(tǒng)優(yōu)化等項(xiàng)目財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)，中西部地區(qū)節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目根據(jù)節(jié)能量按250元/t標(biāo)準(zhǔn)煤獎(jiǎng)勵(lì)。國家開始實(shí)行節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目減免企業(yè)所得稅及節(jié)能環(huán)保專用設(shè)備投資抵免企業(yè)所得稅政策。對節(jié)能減排設(shè)備投資給予增值稅進(jìn)項(xiàng)稅抵扣。按照國家對中西部地區(qū)獎(jiǎng)勵(lì)政策計(jì)算，可獲得約100萬元節(jié)能獎(jiǎng)勵(lì)。

c）碳基金交易。按照節(jié)約的標(biāo)煤計(jì)算每年可減排二氧化碳約1.0萬t，如果能夠?qū)崿F(xiàn)碳基金交易，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益也頗為可觀。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

國電榆次熱電有限公司安裝的煙氣余熱利用裝置是余熱利用裝置在300MW機(jī)組的首次應(yīng)用，排煙溫度大大下降，節(jié)能效果非常明顯，但難免也出現(xiàn)了許多問題。比如夏季加熱風(fēng)造成送風(fēng)機(jī)軸溫升高，復(fù)合相變換熱器只能部分工作或者停止工作。2011年4月2號(hào)爐B級檢修時(shí)，對相變換熱器進(jìn)行了改造，將相變換熱器上段的蒸汽放熱分為兩條途徑，通過閥門進(jìn)行切換，在冬季時(shí)將余熱用來加熱二次風(fēng)，替代暖風(fēng)器；夏季時(shí)用來加熱低加凝結(jié)水，節(jié)省汽輪機(jī)抽汽量，以達(dá)到充分利用煙氣余熱的目的。

2號(hào)B級檢修中完成了相變換熱器大部分的改造工作，目前改造工作已經(jīng)結(jié)束，改造后能夠?qū)崿F(xiàn)無論冬季、夏季都能充分利用煙氣余熱的目的。

The Energy Conservation Effect of 330 MW Unit Boiler W aste Heat Utilization

LIYanqing1，CHENG Weiguo1，WU Xiaojun2
（1.Guodian Yuci Thermal Power Co.,Ltd.，Yuci，Shanxi 030600，China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institue，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

According to the comparative analysis of parameters of No.2 boiler before and after installing the waste heat utilization device,it is concluded that the installation of waste heat utilization device has good energy saving effect.The problems that the axial temperatureofblowergetshigher in summerand the heatexchangerworksonly partly oreven stopsworking are analyzed and eased.Steam heating of the heatexchanger can be divided into twoways,when inwinterwaste heatwillbe used to heat the secondary air to replace air heater,while in summerwillbeused toheatcondensedwatersoas tosavesteam turbineextraction amount,in order tomake fulluseof flue gaswaste heat.

waste heatutilization；exhaustgas temperature；heat thewind；heat the condensed water；energy conservation

TK115

A

1671-0320（2015）02-0054-04

2015-01-20，

2015-02-10

李彥慶（1970），男，山西襄汾人，1992年畢業(yè)于河海大學(xué)機(jī)械學(xué)院熱能動(dòng)力專業(yè)，工程師，從事電廠鍋爐專業(yè)生產(chǎn)管理、技術(shù)監(jiān)督和設(shè)備安全管理工作；

程衛(wèi)國（1970），男，山西孝義人，2013年畢業(yè)于太原電力高等專科學(xué)校，助理工程師，技師，從事電廠鍋爐制粉系統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備管理工作；

武曉俊（1984），男，山西文水人，2010年畢業(yè)于華北電力大學(xué)工程熱物理專業(yè)，碩士，工程師，從事鍋爐調(diào)試及優(yōu)化運(yùn)行工作。