350MWCFB鍋爐余熱利用的研究

王宏明

摘 要：排煙、排渣熱損失是鍋爐各項熱損失中最大的兩項，燃燒低熱值煤的CFB鍋爐相比煤粉爐具有排煙溫度高，排渣量大的特點，本文結(jié)合山陰二期2X350MW低熱值煤發(fā)電供熱工程分析研究了CFB鍋爐的余熱利用方案，可為同類型機(jī)組的節(jié)能減排提供借鑒。

關(guān)鍵詞：350MW CFB鍋爐;余熱利用;經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號：TK229.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）14-0155-02

0 前言

根據(jù)熱量法的分析，火電廠的燃料燃燒發(fā)熱量中只有35～42%轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，鍋爐的排煙溫度通常為120～150℃，相應(yīng)的熱損失相當(dāng)于燃料熱量的5%～12%，如果能夠把煙氣系統(tǒng)排出的熱量回收再利用，將為火電廠的節(jié)能減排做出重大貢獻(xiàn)。

山陰二期2X350MW低熱值煤發(fā)電供熱工程安裝兩臺東方鍋爐廠生產(chǎn)的1217t/h超臨界CFB鍋爐。該鍋爐采用單爐膛兩側(cè)進(jìn)風(fēng)、M型布置、前墻給煤、后墻排渣、設(shè)三臺汽冷式旋風(fēng)分離器。汽輪機(jī)為超臨界、一次中間再熱、單軸、單抽、表面式間接空冷雙缸雙排汽凝汽式。本文就該項目的鍋爐余熱利用方案進(jìn)行分析研究。

1 煙氣余熱利用的方案

結(jié)合本工程采用熱電聯(lián)產(chǎn)、循環(huán)流化床鍋爐的特點，鍋爐余熱回收利用考慮以下兩種形式：

（1）采用鍋爐冷渣器加熱凝結(jié)水，回收鍋爐排渣熱量;

（2）采用低溫省煤器加熱凝結(jié)水，回收鍋爐排煙熱量。

2 冷渣器方案

2.1 冷渣方案概述

本工程每臺爐配置4臺滾筒冷渣器+2臺風(fēng)水聯(lián)合冷渣器，鍋爐BMCR工況設(shè)計煤種的渣量為62.57t/h，冷渣器進(jìn)渣溫度900℃，冷渣器出渣溫度150℃。結(jié)合熱平衡圖經(jīng)與冷渣器廠配合，被冷渣器加熱后的冷卻水溫度不宜超過95℃。在THA工況，冷渣器熱量可以把269.5t/h凝結(jié)水，從48.5℃加熱至91.3℃;在TRL工況，冷渣器熱量可以把457.3t/h凝結(jié)水，從67.5℃加熱至92.9℃。

2.2 冷渣器方案經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)本工程的冷渣器配置情況，與汽輪機(jī)廠配合了THA工況和TRL工況的熱平衡修正計算。以機(jī)組THA工況為基礎(chǔ)，未設(shè)鍋爐冷渣器時，汽機(jī)熱耗為8064.3kJ/kW.h;設(shè)置鍋爐冷渣器后，269.5t/h凝結(jié)水溫度升高42.7℃，汽機(jī)熱耗為8048.5kJ/kW.h，發(fā)現(xiàn)能夠改善機(jī)組的熱耗約15.8kJ/kWh。

以機(jī)組THA工況為基礎(chǔ)，保證發(fā)電量350MW不變，標(biāo)準(zhǔn)煤耗量比較見表1。

由表1可以看出，當(dāng)凝結(jié)水通過冷渣器被加熱后，汽輪發(fā)電機(jī)組效率提高了0.09%，電廠發(fā)電效率提高了0.09%，電廠發(fā)電標(biāo)煤耗降低了0.61g/kW.h，單臺機(jī)組全年可節(jié)約燃煤費用52.8萬元。

3 低溫省煤器方案

3.1 低溫省煤器的布置方案

目前，低溫省煤器的布置方案有以下幾種：

方案一：低溫省煤器布置在空預(yù)器出口與除塵器入口之間的煙道上。

優(yōu)點：除塵器入口的煙氣經(jīng)低溫省煤器后溫度降低，煙氣的體積流量也相應(yīng)減少，可以減少除塵器的除塵面積，節(jié)約除塵器的占地面積和用材。缺點：后續(xù)設(shè)備如除塵器及引風(fēng)機(jī)存在腐蝕風(fēng)險。鍋爐排煙灰濃度大，低溫省煤器存在堵塞風(fēng)險。

方案二：低溫省煤器布置在除塵器出口與引風(fēng)機(jī)入口之間的煙道上。

優(yōu)點：雖然煙氣系統(tǒng)阻力加大，但進(jìn)入引風(fēng)機(jī)的煙氣體積流量減少，總體軸功率變化不大。煙氣經(jīng)除塵后含灰量大大降低，不存在堵塞問題。

缺點：后續(xù)設(shè)備引風(fēng)機(jī)存在腐蝕風(fēng)險。

方案三：低溫省煤器布置在引風(fēng)機(jī)出口與脫硫吸收塔入口之間的煙道上。

優(yōu)點：煙氣經(jīng)除塵后含灰量大大降低，不存在堵塞問題。

缺點：引風(fēng)機(jī)壓力上升，導(dǎo)致軸功率增加。

綜合以上分析，結(jié)合本工程煤質(zhì)灰份高、采用電袋除塵器的特點，推薦將低溫省煤器布置在引風(fēng)機(jī)出口與脫硫吸收塔入口之間。

3.2 低溫省煤器選型

（1）FGD入口煙氣參數(shù)設(shè)計值（BMCR工況，按爐內(nèi)脫硫效率80%計）見表2。

（2）煙氣溫降的選取。一般情況下，只要保證低溫?fù)Q熱面金屬壁溫高出煙氣酸露點溫度10℃左右就能避免產(chǎn)生低溫腐蝕。隨著抗酸露點腐蝕鋼的成功研發(fā)應(yīng)用，可不再受限于煙氣酸露點溫度，低溫省煤器金屬壁溫小于85℃且高出煙氣中水蒸汽飽和溫度25℃的區(qū)間，金屬的腐蝕速度≤0.2mm/年。最大露點腐蝕率并不是發(fā)生在露點溫度，而是發(fā)生在酸露點溫度以下10℃～30℃和水露點溫度以下。

本工程煙氣的酸露點溫度分別為：設(shè)計煤種68.5℃，校核煤種166.9℃，校核煤種275.2℃。考慮到低溫腐蝕的影響，本工程煙溫理論上應(yīng)在85℃以上，但考慮一定的防腐溫度裕量并考慮低溫省煤器換熱溫差后，將換熱后的煙溫控制在95℃以上。

（3）低溫省煤器進(jìn)口水溫的選取。低溫省煤器進(jìn)口水溫的確定應(yīng)綜合考慮傳熱經(jīng)濟(jì)性及腐蝕對設(shè)備壽命的影響，如選取較低的進(jìn)口水溫，雖然能增大傳熱溫差，提高換熱效率，但將加劇管壁的腐蝕;如選取較高的進(jìn)口水溫，則將因換熱溫差小而降低其換熱效率。

在低溫省煤器中，煙氣與凝結(jié)水換熱時，管壁溫度主要決定于凝結(jié)水的水溫。因此，低溫省煤器進(jìn)口凝結(jié)水水溫不能太低，應(yīng)控制在水露點以上20℃左右，本工程凝結(jié)水溫至少應(yīng)在63℃以上，70℃更好。

3.3 低溫省煤器系統(tǒng)設(shè)想

冬季時，由于凝結(jié)水要經(jīng)過熱網(wǎng)疏水及冷渣器的加熱，如果再回收煙氣余熱的話對回?zé)嵯到y(tǒng)影響過大。且這時煙氣溫度比設(shè)計工況低，可利用余熱量小，所以冬季低溫省煤器停運(yùn)，不考慮余熱回收。

夏季時，鍋爐排煙溫度可能高至150℃～160℃，在計算時按155℃取值，考慮與凝結(jié)水進(jìn)口溫度保持一定溫差，則考慮煙氣冷卻至115℃，可以回收煙氣155℃至115℃的放熱量，而且煙氣溫度比酸露點溫度高40℃以上，后續(xù)設(shè)備安全。

春秋兩季時，鍋爐排煙溫度按照130℃，考慮凝結(jié)水來水溫度可將煙氣冷卻至95℃，可以回收煙氣130℃至95℃的放熱量。這時煙氣溫度比計算酸露點高19.8℃，后續(xù)設(shè)備較安全。

3.4 低溫省煤器的經(jīng)濟(jì)性分析

3.4.1 初投資比較

設(shè)置低溫省煤器增加初投資匯總見表3。

3.4.2 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較

以機(jī)組THA工況為基礎(chǔ)，設(shè)置低溫省煤器時，可以回收煙氣放熱量9116kW，把269.5t/h凝結(jié)水溫度升高29.1℃。初步估算，能夠改善機(jī)組的熱耗約24kJ/kW.h。

（1）標(biāo)準(zhǔn)煤耗量比較。以機(jī)組THA工況為基礎(chǔ)，保證發(fā)電量350MW不變時的煤耗量比較見表4。

由表4可以看出，當(dāng)凝結(jié)水通過低溫省煤器被加熱后，汽輪發(fā)電機(jī)組效率提高了0.13%，電廠發(fā)電效率提高了0.12%，電廠發(fā)電標(biāo)煤耗降低了0.88g/kW.h，單臺機(jī)組全年可節(jié)約燃煤費用41.6萬元。

（2）增加廠用電費。設(shè)置低溫省煤器后，水側(cè)和煙氣側(cè)阻力均增大，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)和凝結(jié)水泵揚(yáng)程、電機(jī)軸功率增大，增加廠用電費見表5。

（3）單臺機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較。假設(shè)機(jī)組發(fā)電量不變，設(shè)置低溫省煤器，單臺機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性比較見表6。

根據(jù)表6數(shù)據(jù)可見，設(shè)置低溫省煤器加熱凝結(jié)水方案，由于節(jié)約了煤耗和脫硫水耗，單臺機(jī)組每年可節(jié)省運(yùn)行費用約為56.1萬元。

4 結(jié)語

綜上所述，結(jié)合本工程熱電聯(lián)產(chǎn)、循環(huán)流化床鍋爐的特點，鍋爐余熱回收利用共有兩種形式：

（1）回收鍋爐排渣熱量，采用鍋爐冷渣器加熱凝結(jié)水;

（2）回收鍋爐排煙熱量，采用低溫省煤器加熱凝結(jié)水。

在非采暖期時，本工程回收鍋爐排渣熱量和鍋爐排煙熱量?？紤]到低溫腐蝕的影響，凝結(jié)水先經(jīng)過7號低加換熱，再經(jīng)過低溫省煤器換熱，低溫省煤器和鍋爐冷渣器并聯(lián)運(yùn)行。

在采暖期時，本工程回收熱網(wǎng)疏水冷凝熱量和鍋爐排渣熱量。因熱網(wǎng)疏水冷卻器需要的冷卻水溫度較低，凝結(jié)水先經(jīng)過熱網(wǎng)疏水冷卻器換熱，再經(jīng)過鍋爐冷渣器換熱，鍋爐冷渣器和熱網(wǎng)疏水冷卻器串聯(lián)運(yùn)行。由于本工程熱網(wǎng)疏水冷凝熱量和鍋爐排渣熱量很大，已經(jīng)把可供加熱的熱力系統(tǒng)凝結(jié)水基本用完，且冬季排煙溫度較低，所以低溫省煤器在采暖期不投運(yùn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫銳，陸國棟，許繼剛，等.大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2011.