燃煤電廠低壓省煤器的余熱利用研究

張 鏑

（遼寧大唐國(guó)際錦州熱電有限責(zé)任公司，遼寧 錦州 121000）

0 前言

節(jié)能減排是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針，也是一項(xiàng)極為緊迫的任務(wù)。電廠的節(jié)能改造可以從以下三方面來(lái)進(jìn)行：提高熱端溫度、降低冷端溫度和余熱利用。提高熱端溫度的主要方法就是通過(guò)改進(jìn)燃燒方式，提高燃燒溫度，提升蒸汽參數(shù)，降低燃燒過(guò)程的熱損失，但這一部分受限于鍋爐和汽機(jī)材料的承受能力，目前采用的超臨界以及正在研制的超超臨界機(jī)組就是通過(guò)這類(lèi)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電廠熱效率的提升。冷端溫度主要是由燃煤電廠中的凝汽器來(lái)控制的，在水冷機(jī)組中一般通過(guò)優(yōu)化冷卻水的循環(huán)倍率來(lái)優(yōu)化冷端的溫度。回收余熱降低能耗對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，余熱利用在對(duì)改善勞動(dòng)條件、節(jié)約能源、增加生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本等方面起著越來(lái)越大的作用，有的已成為工業(yè)生產(chǎn)中不可分割的組成部分。自20世紀(jì)六、七十年代以來(lái),世界各國(guó)余熱利用技術(shù)發(fā)展很快。目前，我國(guó)的余熱利用技術(shù)也得到了長(zhǎng)足進(jìn)步，但是與世界先進(jìn)水平還有一定的差距，有一部分余熱尚未被充分利用，有一部分余熱在利用中還存在不少問(wèn)題。

1 燃煤電廠余熱利用方案分類(lèi)

1.1 應(yīng)用吹灰器改善受熱面的換熱性能

鍋爐受熱面在投入運(yùn)行一段時(shí)間后就開(kāi)始有灰污累計(jì)，受熱面上的這些結(jié)渣就會(huì)不斷的增大傳熱熱阻，逐漸降低受熱面的傳熱效率。在電場(chǎng)中采用吹灰器技術(shù)可以有效提高各個(gè)受熱面的換熱性能。水冷壁的除灰可以使其有效系數(shù)明顯增大，從而使?fàn)t膛出口煙溫降低。在過(guò)熱器區(qū)域除灰，可以提高過(guò)熱器的性能。

1.2 前置式空氣預(yù)熱器

電廠采用前置式熱管空氣預(yù)熱器，鍋爐受熱面換熱分布將會(huì)重新分配，使得多處的煙氣溫度都會(huì)有所變化。所以，在設(shè)計(jì)前置式空氣預(yù)熱器時(shí)不能把它當(dāng)作獨(dú)立的換熱器來(lái)設(shè)計(jì)，而要把它看成鍋爐尾部煙道的換熱器之一。由于熱管空預(yù)器回收的熱量全部被帶入鍋爐內(nèi)，從而會(huì)使鍋爐各個(gè)受熱面的傳熱分布發(fā)生變化，這對(duì)于鍋爐的運(yùn)行是很不利的。特別是對(duì)于小型鍋爐，運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)技術(shù)性能指標(biāo)逐步變差的現(xiàn)象。通過(guò)以上分析可以看出，熱管空預(yù)器所回收的熱量其中有很大一部分是沒(méi)有用的。

1.3 省煤器采用擴(kuò)展表面

電站鍋爐尾部受熱面采用擴(kuò)展表面技術(shù)來(lái)增大換熱面積，強(qiáng)化傳熱，不僅可以減少承壓管的總長(zhǎng)度、彎頭總數(shù)數(shù)和焊口總數(shù)，還可以適當(dāng)降低煙溫，從而使機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性得到提升。隨著熱管技術(shù)研究的不斷進(jìn)行，肋片管的應(yīng)用范圍不斷的擴(kuò)大。因?yàn)槔咂芸梢源蠓葦U(kuò)展受熱面積，強(qiáng)化傳熱，所以單位體積內(nèi)能夠布置的受熱面積就被增大了。

1.4 低壓省煤器技術(shù)

在電廠中，鍋爐排煙溫度過(guò)高暨鍋爐余熱問(wèn)題一直是困擾著人們的一個(gè)難題。鍋爐余熱是電廠生產(chǎn)過(guò)程中由燃料燃燒及熱能換熟設(shè)備、用能設(shè)備和化學(xué)反應(yīng)設(shè)備中產(chǎn)生而未被用盡的能量資源，其中也造成了電力用煤的浪費(fèi)，而且其數(shù)量極其可觀。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在火力發(fā)電廠中，鍋爐的排煙熱損失占鍋爐熱損失的80%左右。受熱面污染程度隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間而加劇，排煙溫度要比設(shè)計(jì)溫度高20℃～30℃。計(jì)算表明，一臺(tái)400t／h超高壓鍋爐排煙溫度每上升15℃～20℃，鍋爐效率就下降1%，標(biāo)準(zhǔn)煤耗上升3～4g／kW·h，每年浪費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)煤3000多噸。我國(guó)大批設(shè)計(jì)溫度較高，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的鍋爐運(yùn)行機(jī)組，排煙溫度最高可達(dá)200℃左右。因此采用各種不同的降低排煙損失技術(shù)，力求降低排煙溫度，盡可能的回收排煙廢熱是一項(xiàng)很迫切的工作。低壓省煤器可以回收電廠尾部高溫?zé)煔庵械臒崃浚?/p>

2 低壓省煤器主要特點(diǎn)

低壓省煤器與高壓省煤器相比較，雖然在能源利用的能級(jí)上稍遜后者，但因以下獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，受到國(guó)內(nèi)電廠的普遍歡迎：（1）安裝低壓省煤器不會(huì)影響空預(yù)器出口的風(fēng)溫。尤其是鍋爐燃用差煤時(shí)，不能使用高壓省煤器。（2）使用低壓省煤器可以靈活地調(diào)節(jié)鍋爐排煙溫度，夏季可以使排煙溫度稍微低一些，冬季則可以稍微高一些，防止低溫腐蝕。（3）在同樣的余熱回收量下，安裝低壓省煤器的費(fèi)用較安裝高壓省煤器要小得多。

3 低壓省煤器在電廠的實(shí)施和節(jié)能原理

在電廠鍋爐煙氣濕法脫硫工藝中需要把鍋爐的排煙降到50℃左右才可以進(jìn)入脫硫塔，否則會(huì)使脫硫效率降低。而脫硫后煙氣又需要加熱到80℃以上才可以進(jìn)行排放。為節(jié)約能源，電廠一般使用GGH以達(dá)到使用原煙氣熱量加熱凈煙氣的目的，使凈煙氣達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)。若吸收塔前的煙氣溫度為125℃，則在電廠中80～125℃這一區(qū)間的熱量沒(méi)有得到充分的利用?？梢酝ㄟ^(guò)低壓省煤器吸收這部分熱量來(lái)加熱給水，將熱部分余熱返回到回?zé)嵯到y(tǒng)中，低壓省煤器方案的主要特點(diǎn)：在尾部煙道安裝低壓省煤器，利用汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)低壓加熱器水側(cè)的冷凝水而非高壓給水來(lái)冷卻煙氣，其換熱條件類(lèi)似于省煤器，但水側(cè)的壓力卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于省煤器的壓力，故稱(chēng)其為低壓省煤器。低壓省煤器的安裝使得汽輪機(jī)換熱系統(tǒng)得到一份外來(lái)熱量，節(jié)省了一部分抽汽，很好的回收排煙熱損失，提高了全廠的熱效率。分析指出煙氣進(jìn)入脫硫塔前的煙氣余熱可通過(guò)低壓省煤器來(lái)加熱凝結(jié)水，然后讓加熱后的凝結(jié)水再并入某級(jí)加熱器，從而回收余熱、提高機(jī)組效率的效率。根據(jù)溫度對(duì)口、按質(zhì)用能、梯級(jí)利用的原則，提出了低壓省煤器在熱力系統(tǒng)中的耦合方案。

本文以某600MW超臨界機(jī)組為研究對(duì)象，研究了低壓省煤器在燃煤電廠的布置方式，一種典型的布置方式如下：低壓省煤器與8號(hào)低壓加熱器出口串聯(lián)，加熱8號(hào)低壓加熱器出口的給水，低壓省煤器(LPE)出口與6號(hào)低壓加熱器入口相連,此種方式排擠了機(jī)組的7段抽汽，被排擠的抽汽返回汽輪機(jī)做功。通過(guò)這種方式的耦合，燃煤機(jī)組末端的煙氣余熱得到回收利用，機(jī)組的運(yùn)行性能得到顯著提高。根據(jù)等效焓降法的分析結(jié)果，該種耦合方案下鍋爐的煤耗降低了2.192g/kW·h，全年節(jié)省標(biāo)煤7891.34t，減少CO2排放2.009t/h。

4 結(jié)論和結(jié)果

本文從燃煤電廠節(jié)能減排方案出發(fā)，分析了燃煤電廠可行的節(jié)能方法和部位，并且提出了切實(shí)可行的方案：低壓省煤器與8號(hào)低壓加熱器出口串聯(lián)，加熱8號(hào)低壓加熱器出口的給水，低壓省煤器(LPE)出口與6號(hào)低壓加熱器入口相連。然后著重討論了在燃煤電廠中添加低壓省煤器的可行性。低壓省煤器系統(tǒng)獨(dú)立于主給水系統(tǒng)之外，利用排煙余熱代替汽輪機(jī)的抽汽加熱溫度較低的凝結(jié)水，從而使抽汽被排擠回汽輪機(jī)繼續(xù)膨脹做功，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。增設(shè)低壓省煤器后，大量煙氣余熱進(jìn)入回?zé)嵯到y(tǒng)，這是在沒(méi)有增加鍋爐燃料量的前提下，獲得的額外熱量，必以一定的效率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽Α＿@個(gè)新增功量要遠(yuǎn)大于汽機(jī)真空微降所引起的功量損失，所以機(jī)組經(jīng)濟(jì)性無(wú)例外都相應(yīng)的提高了一些。

[1]黃新元.龍口電廠1號(hào)爐低壓省煤器優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].鍋爐技術(shù),1998,8.

[2]張建福,趙欽新,王海超,張知翔,周津煒.煙氣余熱回收裝置的參數(shù)優(yōu)化分析[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào),2010,9,30(9).

[3]張紅方,王勇,田松峰,房林鐵.基于等效焓降法的低壓省煤器系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析[J].節(jié)能技術(shù),2011,9,29(5).