1 000 MW鍋爐煙氣余熱回收利用技術(shù)

徐　榮， 馬旭光， 潘建強

(華電江蘇能源有限公司句容電廠， 江蘇句容 212400)

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1 000 MW鍋爐煙氣余熱回收利用技術(shù)

徐榮， 馬旭光， 潘建強

(華電江蘇能源有限公司句容電廠， 江蘇句容 212400)

摘要：論述了某1 000 MW火電機(jī)組鍋爐增設(shè)低溫省煤器的煙氣余熱利用技術(shù)及低溫省煤器選型過程，以達(dá)到回收煙氣余熱，提高機(jī)組的整體運行效率；并在節(jié)煤節(jié)水的同時，相應(yīng)減少CO2和SO2的排放，具有較好的環(huán)保效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：煙氣余熱； 低溫省煤器； 節(jié)能

燃煤鍋爐的熱損失主要反映在排煙方面，目前鍋爐效率幾乎都在94%左右，而排煙熱損失占到5%左右。鍋爐的傳統(tǒng)設(shè)計思路中，大型電站燃煤鍋爐的空氣預(yù)熱器排煙溫度一般在120～130 ℃。隨著環(huán)保要求的日益提高，煙氣脫硫已成為火電廠的環(huán)保強制要求，其中最常用的方式是濕式石灰石-石膏煙氣脫硫工藝。煙氣以約80 ℃的溫度進(jìn)入脫硫塔，而鍋爐空氣預(yù)熱器的出口煙氣溫度一般為130 ℃，這一過程通常經(jīng)過GGH的熱量交換或噴淋減溫來實現(xiàn)。但GGH在國內(nèi)電廠的實際使用效果并不理想，特別是堵灰現(xiàn)象非常嚴(yán)重。

為解決上述問題，同時有效回收部分排煙損失，筆者在脫硫島不設(shè)置GGH，改為在脫硫塔之前的煙道上設(shè)置煙氣余熱回收裝置。

1應(yīng)用現(xiàn)狀

在國外，德國黑泵(Schwaree Pumpe)電廠是使用煙氣余熱換熱器較早的應(yīng)用廠家。在電除塵器和脫硫裝置之間布置煙氣冷卻器，其設(shè)置類似省煤器，通過冷卻器煙氣溫度從170 ℃降到130 ℃，回收的煙氣熱量用來加熱給水，煙氣冷卻后進(jìn)入脫硫裝置。日本常陸那柯電廠配合低低溫電除塵器則是采用了水媒方式的管式GGH。GGH的煙氣換熱器分降溫和升溫二級，降溫段布置在電除塵器前面的煙道上，升溫段布置在煙囪入口，在降溫段由熱媒循環(huán)水吸熱將煙氣降溫(煙氣溫度在90～100 ℃)，在升溫段由熱媒水加熱脫硫后的凈煙氣，凈煙氣經(jīng)升溫后進(jìn)入煙囪排入大氣。

在國內(nèi)，龍口電廠(2臺100 MW)為第一臺設(shè)置煙氣余熱換熱器的電廠，將鍋爐煙氣溫度降低到了120 ℃；目前外高橋電廠三期設(shè)置煙氣余熱換熱器，將煙氣溫度降低到了85 ℃[1]；國內(nèi)較早設(shè)置煙氣余熱換熱器還有營口、布連等電廠，目前系統(tǒng)已經(jīng)安全運行多年。

2煙氣系統(tǒng)布置

某電廠工程設(shè)置的煙氣余熱換熱器布置于脫硫塔入口和引風(fēng)機(jī)出口之間的煙道上，換熱介質(zhì)為汽輪機(jī)凝結(jié)水。由于除塵器已經(jīng)除去煙氣中99%的飛灰，所以換熱器的磨損和堵灰問題可以不用過多考慮，并且換熱器的換熱管可以使用多種形式的翅片管以強化傳熱。同時，煙氣余熱回收換熱器置于引風(fēng)機(jī)之后，可以有效回收引風(fēng)機(jī)發(fā)熱使煙氣溫度升高帶來的熱量，提高節(jié)煤效益。

3低溫腐蝕和材料選擇

導(dǎo)致鍋爐受熱面腐蝕一般有兩種情況：一是氧化腐蝕，一般是在高溫環(huán)境下發(fā)生的；二是低溫腐蝕，一般是由于煙氣溫度較低結(jié)露造成的。對于煙氣余熱回收換熱器來說，主要考慮的是低溫腐蝕。換熱器發(fā)生低溫腐蝕的重要依據(jù)是煙氣露點溫度的計算結(jié)果。

對于煙氣-水余熱回收換熱器，傳熱管壁面溫度最低點基本等于或略高于換熱器凝結(jié)水進(jìn)口溫度，只要保證該溫度高于經(jīng)上述計算得到的煙氣露點溫度就能保證換熱器的安全。根據(jù)該電廠煤種特點，設(shè)計和校核給出的3個煤種的水蒸氣露點分別為43.29 ℃、40.97 ℃、41.81 ℃，煙氣露點溫度基本都在62 ℃，理論上滿足要求的設(shè)計進(jìn)水溫度應(yīng)不低于62 ℃[2-3]。為確保安全，最后確定煙氣余熱回收換熱器進(jìn)水溫度為不低于65 ℃。

材料選擇既要考慮設(shè)備成本，又要考慮設(shè)備的安全運行。由于存在酸腐蝕的危險，所以換熱器選用合適的耐腐蝕材料作為換熱管材料，同時還要考慮價格成本。綜合國內(nèi)外的設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合目前國內(nèi)已經(jīng)投入使用的煙氣余熱換熱器運行狀況，選用ND鋼作為換熱管材料，可保證煙氣換熱器的長期安全使用。

4換熱器的選型

煙氣余熱回收換熱器的結(jié)構(gòu)形式采用管式換熱器，管外為煙氣，管內(nèi)介質(zhì)為凝結(jié)水，和鍋爐內(nèi)的省煤器工作特性類似。管式換熱器的優(yōu)點是制造技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡單，方便維修，可靠性高，而且容易清理堵灰。光管和翅片管是管式換熱器常用的兩種形式?？鼓p、堵灰性能較好、加上制造工藝簡單是采用光管的主要優(yōu)勢；但為了提高換熱器換熱效率，同時減少換熱器用材料，降低換熱器設(shè)備成本，通常采用翅片管。有關(guān)研究表明，在換熱條件相同的條件下，翅片管有比光管更高的管壁溫度，也就是比光管有更強的抗腐蝕能力。另外引風(fēng)機(jī)后的煙氣已經(jīng)過除塵器除塵，含塵量很低，磨損和堵灰的程度輕。

經(jīng)綜合考慮，該電廠最初選用螺旋型翅片管式煙氣換熱器。

5進(jìn)水側(cè)設(shè)計及熱平衡計算

根據(jù)燃料熱平衡計算書和汽輪機(jī)熱平衡圖，分析確定煙氣余熱回收換熱器的出口煙氣溫度為95 ℃。

換熱器水側(cè)進(jìn)口溫度需考慮低溫腐蝕對換熱器的影響，解決低溫腐蝕的原則確定在控制傳熱管金屬壁溫上[3]。依據(jù)換熱原理和模型，傳熱管金屬壁面溫度與管外的煙氣溫度關(guān)系不大，與管內(nèi)水側(cè)溫度接近，如果溫度過低的凝結(jié)水進(jìn)入管內(nèi)，就會導(dǎo)致傳熱管金屬壁面溫度降低，從而在管壁表面形成酸液并產(chǎn)生腐蝕。根據(jù)鍋爐煤種煙氣露點溫度計算結(jié)果，確定換熱器進(jìn)口水溫按不低于65 ℃考慮。因此，換熱器進(jìn)水從7號低壓加熱器出口凝結(jié)水接出符合要求。

考慮到煙氣余熱回收換熱器的特點是小溫差傳熱，所以傳熱管的布置采用逆流模式。由于余熱回收是通過加熱凝結(jié)水而減少抽汽來實現(xiàn)的，而抽汽的做功能力和抽汽的品位相關(guān)，所以為了盡量提高煙氣余熱的節(jié)能效果，凝結(jié)水盡可能從高一級抽出，這樣降低煤耗的效果就越好。6號低加出口在THA工況時凝結(jié)水溫度為122.5 ℃，與煙氣進(jìn)口溫度125 ℃相差較小，若要換熱器出口水溫達(dá)到6號低加出口THA工況的凝結(jié)水溫度，換熱器面積需大大增加，熱經(jīng)濟(jì)性也差。因此考慮換熱器與6號低加采取串聯(lián)方式，將凝結(jié)水從7號低加出口引出加熱，再回到6號低加進(jìn)口前。這樣提高了6號低加進(jìn)口的凝結(jié)水溫度，從而達(dá)到減少6號低加抽汽，增加機(jī)組做功能力的要求。

低壓缸各級抽汽在增設(shè)余熱換熱器前后，除了流量有較大變化以外，溫度和壓力均無大的變化，流經(jīng)各級加熱器的凝結(jié)水進(jìn)出口溫度也變化不大。抽汽流量的確定則先根據(jù)換熱器煙氣側(cè)降溫所放熱量計算出換熱器的水側(cè)吸熱所需流量。后經(jīng)熱量平衡計算出各段低壓抽汽量的變化。

6煙氣余熱換熱器的整體布置

根據(jù)煙氣系統(tǒng)的設(shè)計特點、主廠房布置情況，采用了3個35%煙氣余熱換熱器方案，主要特點如下：

(1) 設(shè)置3個35%容量煙氣余熱換熱器，換熱器體積小，易于設(shè)計制造、安裝檢修，容易布置。

(2) 3個35%容量煙氣余熱換熱器和系統(tǒng)設(shè)置的3個35%風(fēng)機(jī)系統(tǒng)相對應(yīng)，可靠性高。在機(jī)組運行過程中如有一臺換熱器出現(xiàn)故障需停運時，只需將相應(yīng)煙氣支路切斷便可進(jìn)行維護(hù)檢修，從而不會對機(jī)組產(chǎn)生較大的負(fù)荷波動。

(3) 從爐后的實際布置情況來說，如采取1個100%方案，則換熱器布置的位置相當(dāng)緊張，而且換熱器需高位布置，檢修維護(hù)困難，并且由于換熱器重量較大，高位布置將大大增加土建支墩及基礎(chǔ)的工程量。3個35%方案換熱器置于地面，檢修維護(hù)方便，土建工程量小。

所以煙氣余熱換熱器最終采用3個35%容量的方案設(shè)計，從3臺引風(fēng)機(jī)出口后的煙氣分別進(jìn)入3臺各自獨立的煙氣余熱換熱器，經(jīng)過與凝結(jié)水換熱降溫后，再匯成一路進(jìn)入吸收塔再經(jīng)脫硫后排入煙囪。

在水側(cè)，煙氣余熱換熱器與6號低加串聯(lián)運行。凝結(jié)水從7號低加出口接出，經(jīng)升壓泵升壓后進(jìn)入煙氣余熱換熱器，經(jīng)煙氣余熱換熱器加熱升溫后再返回6號低加進(jìn)口。主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1　煙氣余熱換熱器設(shè)計數(shù)據(jù)表

7結(jié)語

采用煙氣余熱回收利用技術(shù)加熱凝結(jié)水，降低機(jī)組煤耗，提高機(jī)組效率，取得了預(yù)期的節(jié)煤節(jié)水減排效果。

煙氣余熱回收換熱器投運3年多來，沒有發(fā)生煙氣腐蝕、磨損、堵灰的問題，運行可靠，實踐證明在脫硫塔前設(shè)置煙氣余熱回收換熱器不存在固有的低溫腐蝕問題。

煙氣換熱器投入運行后經(jīng)濟(jì)效益和社會效益明顯，燃料費用單臺機(jī)組節(jié)省495.2萬元/年，脫硫島用水減少2.75×105t/年，CO2排放量減少15 000 t/年，SO2排放量減少51.9 t/年。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙之軍，馮偉忠，張嶺，等. 電站鍋爐排煙余熱回收的理論分析與工程實踐[J]. 動力工程，2009，29(11)：994-997.

[2] 賈明生，凌長明. 煙氣酸露點溫度的影響因素及其計算方法[J]. 工業(yè)鍋爐，2003(6)：31-35.

[3] 張基標(biāo)，郝衛(wèi),趙之軍，等. 鍋爐煙氣低溫腐蝕的理論研究和工程實踐[J]. 動力工程學(xué)報，2011，31(10)：730-733.

Flue Gas Heat Recovery Technology of a 1 000 MW Boiler

Xu Rong, Ma Xuguang, Pan Jianqiang

(Jurong Power Plant, Jiangsu Huadian Energy Co., Ltd., Jurong 212400, Jiangsu Province, China)

Abstract：The flue gas heat recovery technology by adding a low-temperature economizer to the 1 000 MW thermal power boiler was introduced, including the way of low-temperature economizer type selection, so as to improve the overall operation efficiency of the unit, and to achieve simultaneous coal-saving, water-saving, CO2/SO2 emission reduction purposes, thus obtaining good environmental protection effects.

Keywords：flue gas heat; low-temperature economizer; energy saving

中圖分類號：X701

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-086X(2016)02-0135-03

作者簡介：徐榮(1972—)，男，工程師，主要從事電廠物資、設(shè)備及工程管理工作。E-mail: xr_jrhd@126.com

收稿日期：2015-12-17