燃煤電站煙氣余熱利用系統(tǒng)研究

吳成軍,馮展管,孫英文（國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院,北京　100095）

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燃煤電站煙氣余熱利用系統(tǒng)研究

吳成軍,馮展管,孫英文
（國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院,北京100095）

摘 要:在燃煤電站系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化中，合理利用鍋爐排煙余熱是節(jié)能的主要措施之一。煙氣余熱利用方式縱多，本文著重分析研究了加熱熱網(wǎng)循環(huán)水和凝結(jié)水的余熱利用方式。研究結(jié)果表明，加設(shè)煙氣余熱利用裝置后，煤耗降低，發(fā)電量增加，全廠熱效率有所提高，頗具一定社會效益和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：煙氣余熱利用；熱效率；煤耗；凝結(jié)水；熱網(wǎng)循環(huán)水；節(jié)能

0　引言

排煙熱損失占鍋爐整體熱損失的60%～70%，是各項熱損失中最大的一項。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度。因此，降低鍋爐排煙溫度對于節(jié)能減排具有重要的實際意義[1～2]。

1　工程概況

本文依托工程為某超臨界2×350MW燃煤間接空冷供熱機組。

鍋爐為一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封閉布置、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型直流爐。BMCR工況主要參數(shù)：最大連續(xù)蒸發(fā)量1200t/h，過熱蒸汽參數(shù)為25.4MPa/571℃，空氣預(yù)熱器出口煙溫為120℃，引風(fēng)機進口煙溫約為110.7℃。

汽輪機為超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式間接空冷汽輪機。TMCR工況主要參數(shù)：額定功率為383MW，主汽閥前參數(shù)為24.2MPa/566℃，設(shè)計背壓為12kPa(a)，給水加熱級數(shù)為7級。

2　煙氣余熱利用

2.1系統(tǒng)擬定

針對本工程，煙氣余熱利用的方式如下：在冬季供熱期間，回收煙氣余熱用于加熱熱網(wǎng)循環(huán)水；非采暖期，回收煙氣余熱用于加熱凝結(jié)水，系統(tǒng)流程圖如圖1。

圖1　煙氣余熱利用系統(tǒng)流程圖

2.2煙氣余熱利用裝置的設(shè)計及布置

煙氣余熱利用裝置采用表面換熱，其受熱面需考慮防磨和防腐；換熱組件和密封件等易于拆卸；換熱管材質(zhì)采用耐腐蝕的ND鋼，使用壽命≥50000小時。

煙氣余熱利用換熱器視其設(shè)置位置不同，大致可分為以下兩種情況：

（a）煙氣余熱利用裝置布置于除塵器與空預(yù)器之間的煙道上。對應(yīng)此種布置方案，回收煙氣余熱、降低排煙溫度的同時，除塵器效率提高，煙氣體積流量大為減小，引風(fēng)機負(fù)荷降低；但同時也將帶來了較為嚴(yán)重的負(fù)面影響，如增加了除塵器低溫防腐的難度和堵灰的幾率。因國內(nèi)除塵器低溫防腐技術(shù)尚未成熟，若因腐蝕或堵灰問題檢修停運除塵器，則會嚴(yán)重影響整體機組的安全運行。因此本工程不采用此布置方案。

（b）煙氣余熱利用裝置布置于引風(fēng)機與脫硫塔之間的煙道上。凝結(jié)水或熱網(wǎng)循環(huán)水吸收了煙氣中的熱量而溫度升高，同時降低了進入脫硫塔的煙氣溫度，既減少煙氣蒸發(fā)水耗量，又保護了脫硫塔的防腐內(nèi)襯；余熱利用裝置安裝于除塵器之后，煙氣中絕大部分顆粒物已被去除，大大減小了換熱裝置的磨損程度，同時堵灰?guī)茁蚀鬄榻档?。綜上，對于整個機組安全運行和檢修維護，此布置方案均優(yōu)于a方案。因此，本工程采用b方案。

2.3煙氣可利用的熱量

當(dāng)換熱裝置換熱面的金屬壁溫低于煙氣酸露點溫度時，換熱管束將不可避免的產(chǎn)生低溫腐蝕，嚴(yán)重時可導(dǎo)致設(shè)備損壞；但出口煙溫太高時，將無法充分利用煙氣余熱，節(jié)能效益無法最大化。本工程引風(fēng)機出口煙氣溫度為110.7℃，擬定換熱器煙氣出口溫度為87℃（酸露點+5℃裕量）。經(jīng)熱平衡計算得出，最終可以利用的煙氣熱量為41.6GJ/h(煙氣比熱取1.068 kJ/(kg.K)，換熱效率取95%)。

3　經(jīng)濟收益和投資回收

3.1經(jīng)濟收益

本文按照以下兩種方式計算煙氣余熱利用的收益：

（1）保證燃煤量不變。

（2）保證供電量不變。

下文將按照上述兩種方式分別進行經(jīng)濟和收益計算。兩種方式的邊界條件如下：

（a）機組銘牌功率350MW；

（b）所有系統(tǒng)和設(shè)備年利用小時：5700小時；

（c）采暖期：150天（3600小時）；

（d）夏季純凝發(fā)電時間按照工況出力折算為2643小時；

（e）煙氣阻力增加約650Pa(因煙氣余熱利用換熱器)，引風(fēng)機能耗的增加

（f）低壓缸排汽量增加導(dǎo)致循環(huán)水泵的能耗增加

（g）煙氣換熱循環(huán)水泵的能耗等

設(shè)置煙氣余熱換熱器后，單臺機組年供電增加收益見表1，單臺機組年供熱和節(jié)煤收益見表2，單臺機組年脫硫節(jié)水收益見表3。

方案一：未設(shè)置煙氣余熱利用換熱器，方案二：設(shè)置煙氣余熱利用換熱器。

表1　單臺機組年供電增加收益

表2　單臺機組年供熱和節(jié)煤收益

表3　單臺機組年脫硫節(jié)水收益

3.2投資回收

單臺機組初始投資比較見表4。

對于整體系統(tǒng)和設(shè)備投資回收年限，本文按如下公式進行核算：

A=P·I (1+I)n/((1+I)n-1)+R

A—年費用，P—初投資，R—年運行費

I—基準(zhǔn)收益率取7.05% n—計算年限

當(dāng)采用煙氣余熱利用的年費用與年收益持平時，設(shè)備的投資收回。經(jīng)計算得出：

（1）保證燃煤量不變，機組出力增加，按可增加上網(wǎng)電量的方式計算，需6.6年即可收回所有系統(tǒng)和設(shè)備的初投資。

（2）保證供電量不變，按采暖期多供熱的供熱收益和非采暖期純凝工況節(jié)煤收益方式計算，需5.8年即可收回所有系統(tǒng)和設(shè)備的初投資。

上述計算均未考慮設(shè)備的年檢費用和使用壽命（因國內(nèi)煙氣余熱利用起步較晚，尚無長期安全運行經(jīng)驗）。

表4　單臺機組初始投資比較（單位：萬元）

4　結(jié)論

本文分析研究了利用鍋爐排煙余熱加熱熱網(wǎng)循環(huán)水和凝結(jié)水的余熱利用方式，經(jīng)多方面比選，最終確定將煙氣余熱利用裝置布置于引風(fēng)機和脫硫塔之間的煙道上的布置方案，經(jīng)進一步計算得出，設(shè)置煙氣余熱利用系統(tǒng)后，單臺機組年節(jié)約約11.5萬噸水，節(jié)水效果較為明顯，尤其對于空冷機組；單臺機組增加年供電收益約156萬元（保證燃煤量不變）；單臺機組增加年供熱和節(jié)煤綜合收益172.8萬元（保證供電量不變），約6～7年可收回所有系統(tǒng)和設(shè)備的初始投資。

經(jīng)研究表明，設(shè)置煙氣余熱利用系統(tǒng)后，整個電廠熱效率得以提高，煤耗降低，供電量增加，但回收鍋爐排煙余熱并非越多越好，熱量利用程度存在一定限制，即排煙溫度不能降的太低，當(dāng)排煙溫度低于煙氣露點溫度時，換熱管束將不可避免地發(fā)生酸腐蝕，嚴(yán)重時可導(dǎo)致機組停機，影響機組的安全運行，這一點應(yīng)引起足夠重視，亦是日后研究重點之一。

參考文獻：

[1]張方煒.鍋爐煙氣余熱利用研究[J].電力勘測設(shè)計,2010,08(04): 48-52.

[2]趙恩嬋,張方煒,趙永紅.火力發(fā)電廠煙氣余熱利用系統(tǒng)的研究設(shè)計[J].熱力發(fā)電,2008,37(10):66-70.

作者簡介：吳成軍（1984-），男，江蘇灌云人，碩士，工程師，主要從事：火力發(fā)電廠熱機專業(yè)設(shè)計。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.062