火力發(fā)電廠煙氣余熱利用技術研究

葛長虎

摘 要：本文對低溫省煤器煙氣余熱利用方案進行探討，對煙氣余熱利用方案的技術可行性和經(jīng)濟性進行了研究和分析。通過設置四級低溫省煤器，可以將利用空預器后的低品位煙氣熱能轉換為利用空預器前的高品位煙氣熱能，達到煙氣余熱梯級利用的最佳效果。

關鍵詞：煙氣;余熱;利用

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0162-02

0 引言

排煙損失是鍋爐運行中最重要的一項熱損失。減少排煙損失，降低排煙溫度，最大限度利用煙氣余熱是節(jié)約能源，提高電廠經(jīng)濟性的有效手段。

目前煙氣余熱利用途徑主要有二種。一種是以歐洲德國為主的技術路線，采用低溫省煤器方案，利用凝結水降低煙溫;另一種則是日本技術路線，采用以水為傳熱媒介的分體煙氣—煙氣加熱器（簡稱MGGH）。由于MGGH技術在發(fā)電廠應用較少，本文主要探討低溫省煤器技術方案。

1 低溫省煤器應用情況

低溫省煤器在國內外已經(jīng)有許多運用業(yè)績。國內近年建設的許多機組已經(jīng)進行了低溫省煤器的安裝和改造工作。在國外，低溫省煤器較早就得到了應用。從1990年代起，歐洲的褐煤鍋爐系統(tǒng)，普遍安裝低溫預熱回收系統(tǒng)，將排煙溫度從160～170℃，降低到100℃左右，提高電廠熱效率。日本近十年內新建的1000MW以上機組，很多機組同時也配備了煙氣余熱回收系統(tǒng)，采用其新一代電除塵系統(tǒng)，依靠在空氣預熱器和電除塵之間加裝煙溫調節(jié)系統(tǒng)，將除塵器入口煙溫低到100℃以下，從而改變煙氣比電阻，將除塵效果控制到30mg/Nm3。

采用低溫省煤器系統(tǒng)具有降低機組熱耗，提高機組熱效率的優(yōu)點。同時配合低低溫除塵技術，可提高除塵效率，降低引風機入口煙氣流量;如果在脫硫塔前設置低溫省煤器，能降低進入脫硫塔的煙氣溫度，節(jié)約脫硫耗水量。另一方面低溫省煤器系統(tǒng)較為復雜，需增設備投資，增加了煙氣側系統(tǒng)阻力;還存在換熱面磨損，低溫腐蝕等問題，增加了維護、檢修的工作量。

2 低溫省煤器設置方案

低溫省煤器的設置方案有多種，一般在空預器之后的煙道上設置一級或二級低溫省煤器直接加熱凝結水，這是較為常規(guī)的做法。為進一步利用鍋爐尾部煙氣余熱，提高煙氣熱量的品質，也可以設置四級低溫省煤器，各種方案具體設置如下：

方案一：設置一級低溫省煤器。低溫省煤器布置在空預器后、靜電除塵器前，利用煙氣余熱加熱凝結水。

方案二：設置二級低溫省煤器。第一級低溫省煤器布置在空預器后、靜電除塵器前;第二級布置在脫硫塔前，引風機后，兩級串聯(lián)加熱凝結水。

方案三：設置四級低溫省煤器。在除塵器前設置低溫省煤器I，同時在送風機后冷二次風道上設置一級暖風器;在低溫省煤器I與一級暖風器之間設置閉式水循環(huán)，利用閉式循環(huán)水作為介質將低溫省煤器I中的熱量傳遞至冷風，提升進入空預器的冷二次風溫度;

在脫硫塔前設置低溫省煤器II，加熱低溫的凝結水;

空預器設置旁路煙道，由于冷二次風溫提高，空預器所需的煙氣量減少;減少的煙氣通過旁路煙道接至空預器后;這部分煙氣溫度較高，可在旁路煙道上依次設置低溫省煤器III和低溫省煤器IV，其中低溫省煤器III用來加熱給水，低溫省煤器IV繼續(xù)加熱經(jīng)低溫省煤器II加熱后的凝結水。

被脫硫塔前低溫省煤器II加熱后的凝結水，再經(jīng)過通過低溫省煤器IV，可將低溫省煤器I的低品質熱能，轉化為旁路煙道中的高品質熱能，用以加熱給水和較高等級的凝結水，從而排擠更高等級的抽汽回汽輪機做功，實現(xiàn)了熱能利用等級的提升。

3 低溫省煤器各方案的優(yōu)缺點

設置一、二級低溫省煤器優(yōu)點是煙溫降低，可降低引風機煙氣體積流量，降低廠用電;同時煙氣溫度降低可以降低粉塵比電阻，除塵器電場擊穿電壓提高，可以有效防止除塵器發(fā)生電暈，減少二次揚塵，對提高除塵效率有利。其中設置二級低溫省煤器方案對煙氣余熱的回收更為充分，對降低機組煤耗的效果更為明顯。但由于增設了低溫省煤器II，設備投資和檢修維護工作量增加。

設置四級低溫省煤器對煙氣余熱的利用更為充分，通過加熱冷二次風以及設置旁路煙道，將低溫省煤器I中回收的低品熱能轉化為低溫省煤器III、IV中的高品質熱能，從而實現(xiàn)加熱給水和更高等級的凝結水，從系統(tǒng)上看，排擠了更多較高等級的抽汽，這部分高等級的抽汽返回汽輪機做功，得到的熱耗收益高于一、二級省煤器方案。其缺點是，增加了暖風器、閉式水系統(tǒng)，系統(tǒng)更為復雜，使得工程初投資進一步加大。

4 經(jīng)濟性分析

由于一、二級低溫省煤器方案經(jīng)濟性相近，故以下對一級和四級低溫省煤器方案經(jīng)濟性進行比較。

（1）初投資。以不設低溫省煤器為基準，按設備廠家報價估算，設置一級低溫省煤器設備初投資費用增加835萬元，設置四級低溫省煤器方案設備初投資增加3105萬元。

（2）年運行費用。年運行費用由節(jié)約燃料費、運行電費、節(jié)水費用、檢修和維護費用四個方面組成。

1）節(jié)煤。根據(jù)等效焓降法計算出各方案下機組節(jié)省的發(fā)電熱耗量。在同等邊界條件下，以不設低溫省煤器為基準，設置一級低溫省煤器可降低機組熱耗26kJ/kW.h，設置四級低溫省煤器可降低機組熱耗82kJ/kW.h。按照年利用小時5500，標煤單價387元/t計算，一級低溫省煤器可節(jié)省標煤5788t/年，節(jié)煤費用318萬元/年;四級低溫省煤器可節(jié)省標煤18253t/年，節(jié)煤費用1004萬元/年。2）節(jié)電。采用低溫省煤器后，可減少耗電量，按照年利用5500小時，上網(wǎng)電價0.2987元/kw.h，一級低溫省煤器方案節(jié)約運行電費90萬元/年，四級低溫省煤器方案節(jié)約運行電費36萬元/年。3）節(jié)水。由于經(jīng)低溫省煤器后的煙氣溫度降低，脫硫塔出口煙溫隨之也會有所降低，這將減少機組的耗水量。經(jīng)計算，安裝一級低溫省煤器后，1臺機組可節(jié)水約16t/h，按年利用小時5500h計，一臺機組全年可節(jié)水8.8萬噸。按水價0.5元/t計，全年可節(jié)省水費4.4萬元。安裝四級低溫省煤器，1臺機組可節(jié)水約20t/h，按年利用小時5500h計，一臺機組全年可節(jié)水10萬噸。按水價0.5元/t計，全年可節(jié)省水費5萬元。4）檢修和維護費用根據(jù)廠家資料，按初投資的1.5%考慮每年的日常檢修維護費用以及每8年更換一次低溫省煤器冷端受熱面。一級省煤器增加檢修維護費用41萬元/年，四級低溫省煤器增加檢修維護費用105萬元/年。

（3）年差額收益計算。年差額收益由節(jié)約燃料費、運行電費、節(jié)水費用、檢修和維護費用四個方面匯總，一級省煤器年差額收益371萬元/年，四級低溫省煤器年差額收益940萬元/年。

（4）差額回收年限及現(xiàn)值計算。根據(jù)上述計算結果可知：設置一級低溫省煤器的技術方案，比不設置低溫省煤器的方案，每臺機組綜合年費用降低371萬元，在3年內可收回投資。設置四級低溫省煤器的技術方案，比不設置低溫省煤器的方案，每臺機組綜合年費用降低940萬元，在4年內可收回投資。設置一級低溫省煤器和設置四級低溫省煤器均可達到節(jié)能、節(jié)水、減排的目的，但設置四級低溫省煤器的經(jīng)濟性更優(yōu)。

5 加裝低溫省煤器需要考慮的問題

5.1 煙道省煤器的低溫腐蝕

為防止發(fā)生低溫腐蝕，需要選用合適的耐腐蝕材料。選擇合適的、性價比高的材料是非常重要的。目前可供考慮采用的材料主要有：不銹鋼材料、耐腐蝕的低合金碳鋼、復合鋼管及碳鋼表面搪瓷處理等。

5.2 換熱面管的積灰

低溫省煤器的換熱面管采用高頻焊翅片管，與普通光管相比，翅片管傳熱性好，因此可減小低溫省煤器的外形尺寸和管排數(shù)，減少煙氣流動阻力。但是高頻焊翅片管易于積灰。其積灰的程度與煤灰特性及煙氣流速有關。選擇合適間距的翅片管以減少省煤器管壁積灰。在低溫省煤器管排間將設置蒸汽吹灰器。對于低溫省煤器在布置上必須考慮可拆卸的形式，并在低溫省煤器上設置水清洗系統(tǒng)，利用機組停運期間進行水清洗。

5.3 煙道的防腐

由于煙氣運行溫度較低，需要對設置在除塵器后低溫省煤器之后的煙道考慮防腐措施，煙道造價會提高約20%。

5.4 運行可靠性

煙氣余熱回收利用系統(tǒng)的運行可靠性主要取決于低溫省煤器的運行可靠性。從設備廠家和個別運行電廠（如外高橋三期）反映的情況來看，主要問題集中在低溫省煤器的腐蝕問題。若低溫段傳熱管外壁溫度低于計算的硫酸結露的露點溫度，煙氣中的硫酸蒸汽將冷凝沉積在煙氣冷卻器的冷端受熱面上引起硫酸露點腐蝕，因此，解決傳熱管低溫腐蝕是首要難題，是必須解決的關鍵技術之一。根據(jù)西安交通大學的理論研究成果，低溫腐蝕無法避免，在實際工程中，主要是通過高、低溫段凝結水的混溫，確保在各種運行工況下，低溫省煤器前的凝結水溫度不低于65℃（根據(jù)低溫省煤器廠家推薦值），以控制金屬壁溫處于腐蝕速率最低的區(qū)域。

低溫省煤器安裝在除塵器進口喇叭前端，可利用煙塵的沖刷作用清除換熱管上積灰，此時經(jīng)過換熱面的煙速宜設計控制在7～10m/s范圍內以避免磨損。另外，在換熱面的合適位置加裝聲波或長伸縮蒸汽吹灰器，系統(tǒng)運行時，吹灰器正常吹灰，不用水沖洗;當?shù)蜏厥∶浩魍＿\時，視換熱管的積灰情況，人工操作就地利用高壓水槍沖洗。

低溫省煤器是用來回收鍋爐排煙余熱的節(jié)能裝置，運行時，其煙氣溫度、進口水溫都較低，容易出現(xiàn)煙氣結露，存在著低溫腐蝕隱患，因此有必要對傳熱管進行特殊處理，提高其表面的耐腐蝕能力，以減小低溫腐蝕對整個設備的影響。

6 結語

通過設置低溫省煤器，可回收部分鍋爐煙氣排煙損失，降低機組發(fā)電標煤耗。在除塵器之前設置低溫省煤器，可配合采用低低溫除塵技術，提高除塵效率除塵至99.93%。

設置一級低溫省煤器，可降低機組熱耗約26kJ/kW.h，降低發(fā)電標煤耗約0.956g/kW.h，年收益約371萬元，3年內可收回投資，壽命期內綜合收益約2807萬元。設置四級低溫省煤器，以及在冷二次風道上設置暖風器，可降低機組熱耗約82kJ/kW.h，降低發(fā)電標煤耗約3.017g/kW.h，年收益約940萬元，在4年內可收回投資，壽命期內綜合收益為約7081萬元，經(jīng)濟性更優(yōu)。

參考文獻

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