新型尾部煙氣熱能集合高效系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

郭建強(qiáng)

（內(nèi)蒙古京能錫林發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特 026000)

新型尾部煙氣熱能集合高效系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

郭建強(qiáng)

（內(nèi)蒙古京能錫林發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特 026000)

我國現(xiàn)役火電發(fā)電機(jī)組中鍋爐排煙溫度一般在125～150℃，褐煤鍋爐的排煙溫度一般在原煤水分40%時排煙溫度能達(dá)到160℃，排煙熱損失嚴(yán)重。集合高效熱能回收系統(tǒng)是將鍋爐尾部煙道的熱能進(jìn)行綜合梯階回收，此技術(shù)已在京能五間房2×660MW機(jī)組工程中不斷取得創(chuàng)新和突破，有效地降低了鍋爐排煙溫度，實(shí)現(xiàn)了熱能的深度回收和利用，降低了機(jī)組發(fā)電能耗。并且降低了污染物的排放，達(dá)到接近零排放的目的。

煙氣熱能；煙氣余熱；煙冷器；排煙溫度

1 技術(shù)成果的主要用途和技術(shù)原理

1.1 技術(shù)成果的主要用途

一般褐煤鍋爐的效率在90%～93%，排煙熱損失影響鍋爐效率大約在5%～8%，占總熱損失的80%。而影響排煙熱損失的重要原因是鍋爐排煙溫度，排煙溫度一般每升高10℃，排煙熱損失將會增加0.6%～1.0%。

京能五間房電廠2×660MW工程燃用內(nèi)蒙古錫林郭勒地區(qū)的高水分褐煤，原煤水分在35%～40%，為了使煤粉得到干燥、燃燒穩(wěn)定，空預(yù)器出口一次風(fēng)溫能達(dá)到380℃以上，同時空預(yù)器入口煙溫必須要高于410℃，因而導(dǎo)致空預(yù)器出口排煙溫度高于150℃以上，排煙熱損失很大。針對此問題，本項目論證、實(shí)踐了空預(yù)器旁路換熱器、凝結(jié)水煙冷器、熱媒水交換器的鍋爐尾部煙氣熱能綜合梯階利用技術(shù)，機(jī)組煤耗可降低6～8g/（kW·h）[1]。

1.2 技術(shù)原理

新型尾部煙氣熱能集合高效應(yīng)用系統(tǒng)充分利用復(fù)合相變換熱技術(shù)，核心是“熱平衡原理”，即將原來熱管換熱器中相互獨(dú)立的設(shè)計部分構(gòu)造成一個相互聯(lián)系的整體。通過調(diào)節(jié)換熱量，實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)不同工況及煤種水分變化的閉環(huán)控制，保證制粉系統(tǒng)干燥通風(fēng)出力的前提下，達(dá)到大幅回收煙氣熱能的目的。同時，進(jìn)入空預(yù)器的冷一、二次風(fēng)用熱媒水換熱器來加熱，提高空預(yù)器入口風(fēng)溫，保證整個設(shè)備免受低溫腐蝕。

1.2.1 空預(yù)器旁路

空預(yù)器旁路系統(tǒng)是將鍋爐一部分煙氣直接引入空預(yù)器旁路煙道換熱器中，而不經(jīng)過空預(yù)器，分別通過給水換熱器和凝結(jié)水換熱器與給水和凝結(jié)水進(jìn)行熱交換，加熱給水和凝結(jié)水[2]。

1.2.2 熱媒水換熱器

在空預(yù)器出口煙氣系統(tǒng)上設(shè)置一級復(fù)合相變熱媒水換熱器，通過加熱煙道換熱器中的閉式循環(huán)水將熱量傳遞給一、二次冷風(fēng)，實(shí)現(xiàn)空氣與煙氣熱量交換，并將空預(yù)器出口煙溫降至90℃。同時，為了維持整個系統(tǒng)的能量平衡，在低溫省煤器前設(shè)置一級煙冷器加熱凝結(jié)水，實(shí)現(xiàn)工況改變及環(huán)境溫度大幅變化時系統(tǒng)能量的平衡。

2 關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

（1）本項目采用的原創(chuàng)性節(jié)能技術(shù)，在設(shè)計原理上實(shí)現(xiàn)了大膽的創(chuàng)新。即通過熱媒水換熱器將空預(yù)器入口一次風(fēng)溫提高，保證了褐煤制粉系統(tǒng)干燥處理的前提下減少空預(yù)器與一次風(fēng)的熱交換，最大限度提高旁路份額，將熱量轉(zhuǎn)移至旁路省煤器實(shí)現(xiàn)大幅降低排煙溫度，使系統(tǒng)達(dá)到最高的經(jīng)濟(jì)性能。

（2）在降低鍋爐排煙溫度的同時，利用熱媒水換熱來提高器空預(yù)器入口一、二次風(fēng)溫，保持空預(yù)器冷端受熱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，從根本上避免了空預(yù)器冷端受熱面結(jié)露腐蝕和由此發(fā)生的堵灰[3]。

2.2 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）鍋爐尾部煙道集合高效換熱器在熱力系統(tǒng)中的連接方式，直接影響到它的經(jīng)濟(jì)效果和分析計算的方法以及運(yùn)行的安全、可靠性。簡單的低溫省煤器是將#7低加入口的凝結(jié)水引出加熱后再進(jìn)入#6低加出口，排擠六段抽汽量來提高蒸汽做功能力，此方案對于提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性而言，效果甚微，降低鍋爐煤耗約2g/（kW·h）。而本工程是首先利用煙氣余熱加熱來提高冷一、二次風(fēng)溫，通過提高空預(yù)器入口一、二次風(fēng)溫減少煙氣在空預(yù)器中的換熱，而將這部分熱量用于加熱高加和#5低加的旁路給水和凝結(jié)水，通過排擠汽輪機(jī)一、二、三、五次高品級的回?zé)岢槠麖亩@得更高的經(jīng)濟(jì)效益，可降低煤耗約7g/（kW·h）。

（2）通過提高空預(yù)器入口一、二次熱風(fēng)溫度，將空預(yù)器出口煙氣溫度提高到161.3℃，有效地避免脫硝機(jī)組空預(yù)器堵塞問題，大大提高空預(yù)器運(yùn)行的可靠性[4]。

（3）集合高效的創(chuàng)新布置方式（見圖1）

圖1 集空預(yù)器煙氣旁路、煙冷器、熱媒水暖風(fēng)器于一體的高效熱能利用系統(tǒng)

3 查新與同類技術(shù)比較

查新現(xiàn)有空預(yù)器旁路系統(tǒng)如下圖2：

圖2 空預(yù)器旁路加熱凝結(jié)水系統(tǒng)

本工程高效集合熱能應(yīng)用系統(tǒng)如圖1所示，比較二者關(guān)鍵技術(shù)的不同點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)：

（1）現(xiàn)有的空預(yù)器煙氣旁路系統(tǒng)只用于加熱#5低加入口的凝結(jié)水，排擠低品質(zhì)抽汽降低煤耗為1.5～2g/（kW·h）；而本工程除加熱#5低加入口的凝結(jié)水外同時還加熱高加入口的給水，排擠高品質(zhì)抽汽可降低煤耗6～8g/（kW·h）。

（2）本工程增加一級加熱#6低加旁路凝結(jié)水的煙冷器，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于工況變化導(dǎo)致的能量的不平衡。

4 推廣應(yīng)用情況及前景

4.1 推廣應(yīng)用情況

京能五間房電廠一期2×660MW工程是國內(nèi)首次在大型褐煤火電機(jī)組的鍋爐尾部將空預(yù)器煙氣旁路、凝結(jié)水煙冷器和熱媒水換熱器集中應(yīng)用的范例。打破了常規(guī)低溫省煤器的設(shè)計理念及結(jié)構(gòu)布局。鍋爐尾部煙氣熱能集合高效應(yīng)用技術(shù)的成功應(yīng)用于國內(nèi)大型高含水褐煤火電機(jī)組煙氣余熱深度綜合利用方面，起到了廣泛的示范效應(yīng)。

4.2 應(yīng)用前景

根據(jù)調(diào)查，在電力行業(yè)中，燃煤機(jī)組的過剩熱能約占燃料消耗總量的17%～67%，可回收利用的煙氣熱能約在60%左右。尾部煙氣熱能集合高效回收裝置降低了排煙溫度，減少了熱量排放損失，有效地解決了高水分褐煤鍋爐效率低的問題，同時減少污染物的排放[1]。對于在建和改擴(kuò)建的大型褐煤火電機(jī)組提供了典型的設(shè)計方案，應(yīng)用前景廣闊。

5 經(jīng)濟(jì)和社會效益情況

“煙氣熱能集合高效應(yīng)用系統(tǒng)”可以使煙氣溫度降低60～70℃，降低煤耗6～8g/（kW·h），機(jī)組效率提高0.7%～1.5%。

1）等效標(biāo)煤量

本工程鍋爐蒸發(fā)量為2 117t/h，以原空預(yù)器出口煙氣溫度161.3℃計，使用復(fù)合相變換熱器后尾部排煙溫度為90℃，此區(qū)間煙氣溫度降幅為71.3℃。

式中：Vg為煙氣流量，單位：m3/h；

ρg為煙氣密度，取1.295 kg/m3；

Cpg為煙氣比熱，取1.12 kJ/（kg·℃）；

ΔT為復(fù)合相變換熱器前排煙溫度與復(fù)合相變換熱器后排煙溫度差值，單位：℃；

φ為設(shè)備保熱系數(shù)，取0.98；

Q為復(fù)合相變換熱器回收熱量，單位：kW。等效標(biāo)煤量：

式中：Q為復(fù)合相變換熱器回收熱量，單位：kW；

HR為全年設(shè)備運(yùn)行小時數(shù)，取5 500小時；

Qp為標(biāo)煤的發(fā)熱量，單位：kCal/kg；

ηk為鍋爐效率，取93.02%；

860為“大卡”和“千瓦時”單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

使用新型尾部煙氣集合高效熱能回收技術(shù)后，回收煙氣中的熱量71 308kW，差不多年節(jié)約標(biāo)煤51 799t（按年運(yùn)行5 500h計）。

2）引風(fēng)機(jī)增加的能耗

（1） 煙氣系統(tǒng)阻力增加950Pa，引風(fēng)機(jī)能耗Py增加：

式中：Δhy為增加的煙氣阻力，單位：Pa；

Vg為煙氣流量，單位：m3/h；

ηk為引風(fēng)機(jī)效率，取85%。

引風(fēng)機(jī)耗電量將增加786.397kW，占總節(jié)能量71 308kW的1.1%。

增加的年總耗電量E為：

式中：Py為引風(fēng)機(jī)增加的能耗；

HR為全年設(shè)備運(yùn)行小時數(shù)，取5 500h。

（2） 煙氣流量變化對風(fēng)機(jī)電耗的影響

煙氣溫度降低的同時，煙氣流量會大大降低，風(fēng)機(jī)處理煙氣流量減少會使風(fēng)機(jī)電耗大幅下降。

（3） 實(shí)際運(yùn)行表明：系統(tǒng)阻力增加導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電耗增加與煙氣量減少引起的電耗降低基本相當(dāng)。

6 結(jié)束語

大型褐煤鍋爐通過對鍋爐尾部煙氣熱能集合高效系統(tǒng)的綜合利用，機(jī)組可實(shí)現(xiàn)降低煤耗約7.7g/（kW·h）。每噸標(biāo)煤按260元/t計算，全年節(jié)約燃料成本約1 346萬元。

同時由于除塵器入口處煙溫可減低至90℃，實(shí)現(xiàn)了低溫除塵器對SO3和Hg部分脫除，也大幅降低了脫硫系統(tǒng)的水耗，社會效益及環(huán)保效益顯著，為火電機(jī)組的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件。

[1] 劉新建.工業(yè)鍋爐尾部煙氣余熱綜合利用技術(shù)的應(yīng)用[J].價值工程，2013.

[2] 周武，向朝晟，李鍵.火力發(fā)電廠鍋爐尾部煙氣余熱利用技術(shù)[J].東方電氣評論，2012.

[3] 劉賀佳.燃?xì)忮仩t尾部煙氣凝結(jié)換熱及余熱回收利用研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2015.

[4] 馬有福，楊麗娟，呂俊復(fù).電站鍋爐尾部煙氣余熱利用系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較[J].動力工程學(xué)報，2017.

Research and Application of High Energy System for Heat Generation of New Tail Flue Gas

Guo Jian-qiang

The exhaust gas temperature of boilers in China is about 125～150℃.The exhaust gas temperature of lignite boilers is generally 160℃ when the raw coal water is 40%，and the heat loss is serious.The combination of efficient heat recovery system is the boiler tail flue heat energy integrated ladder recovery，this technology has been in Beijing to five room 2 × 660MW unit project in continuous innovation and breakthrough，effectively reducing the boiler exhaust temperature，The depth of heat recovery and utilization，reducing the unit power generation.And reduce the emissions of pollutants，to achieve the purpose of close to zero emissions.

flue gas heat；flue gas waste heat；smoke cooler；exhaust gas temperature

TP273.5

B

1003–6490（2017）11–0235–02

2017–09–07

郭建強(qiáng)（1984—），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，助理工程師，主要研究方向鍋爐節(jié)能。