1000MW超超臨界二次再熱機(jī)組煙氣余熱深度利用經(jīng)濟(jì)性分析

張超 杜未 張凱

摘要：以1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組為例，對(duì)現(xiàn)有煙氣余熱利用方式提出了兩種改進(jìn)方案，并對(duì)兩種方案的節(jié)能效果進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果表明：通過熱量轉(zhuǎn)移置換等手段將回收利用的低能級(jí)煙氣用于加熱高加給水，可大幅改善煙氣余熱回收效果，節(jié)能效果顯著。

關(guān)鍵詞：1 000 MW;超超臨界;煙氣余熱;經(jīng)濟(jì)性分析

0? ? 引言

當(dāng)前，火力發(fā)電在我國(guó)仍占據(jù)主導(dǎo)地位，大容量、高參數(shù)機(jī)組不斷增多。同時(shí)，我國(guó)對(duì)大型火力發(fā)電機(jī)組節(jié)能降耗的要求不斷提升，逐步提高電廠燃料利用效率成為我國(guó)今后發(fā)展火力發(fā)電的重點(diǎn)工作[1-2]。在電站鍋爐的各種熱損失中，鍋爐排煙損失占50%以上，隨著機(jī)組容量的提升，鍋爐排煙損失總量也逐漸升高[3-4]，雖然煙氣余熱這部分能量屬于低能級(jí)熱量，但數(shù)量十分巨大，隨著能源價(jià)格的不斷攀升以及節(jié)能減排政策性要求的提出，火力發(fā)電廠鍋爐煙氣余熱利用的研究和應(yīng)用受到了廣泛重視，目前已開展了大量研究[5-6]。

1? ? 煙氣余熱利用思路與方案

目前國(guó)內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組回收低溫?zé)煔庥酂岵捎玫闹饕绞绞窃诔龎m器入口或脫硫吸收塔布置低溫省煤器，利用煙氣側(cè)吸熱的工作介質(zhì)來(lái)加熱凝結(jié)水或空預(yù)器入口冷風(fēng)，不同機(jī)組根據(jù)實(shí)際條件采用不同的組合方式以使經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最優(yōu)。

如圖1所示，在鍋爐煙氣側(cè)出口，煙氣經(jīng)過空氣預(yù)熱器、電除塵裝置、引風(fēng)機(jī)、脫硫塔后經(jīng)煙囪排入大氣，現(xiàn)有常規(guī)的煙氣余熱回收方式是在除塵器入口或脫硫吸收塔前布置低溫省煤器。當(dāng)將低溫省煤器布置在除塵器入口時(shí)，除塵器入口的煙氣經(jīng)低溫省煤器降溫后，煙氣的體積流量減少，飛灰比電阻隨之降低，在回收煙氣余熱的同時(shí)電除塵器的除塵效率也隨之提高;當(dāng)將低溫省煤器布置在脫硫吸收塔入口時(shí)，煙氣經(jīng)過除塵器后，其中的堿性顆粒幾乎被除塵器捕捉，低溫省煤器處于低塵區(qū)工作，對(duì)換熱器來(lái)說(shuō)基本不存在磨損和堵灰的問題，這種布置方式只要考慮對(duì)低溫省煤器的低溫段材料和低溫省煤器與吸收塔之間的煙道進(jìn)行防腐即可。

目前，利用煙氣余熱加熱凝結(jié)水的低溫省煤器技術(shù)成為火電機(jī)組鍋爐煙氣余熱利用的主要有效途徑。但低溫省煤器屬于對(duì)低能級(jí)煙氣段的余熱回收利用技術(shù)，余熱利用排擠的也是汽輪機(jī)低參數(shù)抽汽。為此，國(guó)內(nèi)外對(duì)于將余熱回收利用向高能級(jí)方向上發(fā)展進(jìn)行了大量研究，在利用低能級(jí)煙氣余熱排擠低能級(jí)汽機(jī)抽汽的基礎(chǔ)上，研究利用低能級(jí)煙氣余熱排擠高能級(jí)煙氣熱量，以利用高能級(jí)煙氣熱量排擠高能級(jí)汽機(jī)抽汽，實(shí)現(xiàn)低能級(jí)煙氣余熱的充分回收利用。

2? ? 兩種煙氣余熱利用方案

下面將根據(jù)已有技術(shù)設(shè)計(jì)思路，結(jié)合某1 000 MW成型汽機(jī)設(shè)計(jì)方案，對(duì)鍋爐煙氣余熱回收方案進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，以探討不同煙氣余熱回收方案的節(jié)能水平，為方案設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

2.1? ? 兩級(jí)低溫省煤器加熱凝結(jié)水方案

在煙氣流動(dòng)方向上布置低溫省煤器后，回收熱量用來(lái)加熱汽輪機(jī)側(cè)凝結(jié)水。設(shè)置Ⅰ級(jí)低溫省煤器可降低煙氣體積流量，降低引風(fēng)機(jī)軸功率，Ⅰ級(jí)高溫段低溫省煤器加熱凝結(jié)水，因排煙溫度的升高，可以加熱高溫段凝結(jié)水，節(jié)約相對(duì)高品質(zhì)的抽汽，余熱利用效率較高。Ⅱ級(jí)低溫省煤器的設(shè)置可回收煙氣經(jīng)過引風(fēng)機(jī)的溫升余熱，并有效節(jié)約脫硫裝置的耗水量。兩級(jí)低溫省煤器加熱凝結(jié)水系統(tǒng)布置情況如圖2所示。

該方案在THA工況下的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

如表1所示，經(jīng)計(jì)算，在THA工況下，Ⅰ級(jí)低溫省煤器的換熱量約26.6 MW，Ⅱ級(jí)低溫省煤器的換熱量約19.3 MW。

2.2? ? 煙氣余熱深度回收方案

設(shè)置兩級(jí)低溫省煤器+暖風(fēng)器+空預(yù)器煙氣旁路，將可利用的煙氣余熱分為四個(gè)梯度，兩級(jí)高能級(jí)的熱量分別用于加熱高壓給水和凝結(jié)水，兩級(jí)低能級(jí)的熱量可用于加熱空預(yù)器入口冷風(fēng)和部分凝結(jié)水。針對(duì)回收利用的排煙余熱，利用系統(tǒng)設(shè)備的合理組合，從系統(tǒng)的角度，通過熱量轉(zhuǎn)移置換等手段，提高用于加熱回?zé)嵯到y(tǒng)的余熱能級(jí)，以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

如圖3所示，煙氣余熱深度回收系統(tǒng)中，在除塵器前和引風(fēng)機(jī)后設(shè)置兩級(jí)低溫省煤器，回收鍋爐排煙熱量。在空預(yù)器空氣側(cè)入口設(shè)置冷風(fēng)加熱器，利用兩級(jí)低溫省煤器回收的鍋爐排煙余熱，加熱進(jìn)入空預(yù)器的冷風(fēng)。在空預(yù)器前主煙道上設(shè)置空預(yù)器的旁路煙道，一小部分煙氣不經(jīng)過空預(yù)器，進(jìn)入旁路設(shè)置的兩級(jí)煙氣換熱器，分別加熱部分給水與部分凝結(jié)水。在冷風(fēng)加熱器與低溫省煤器之間設(shè)置熱媒水系統(tǒng)，熱媒水取自凝結(jié)水主路，從低溫省煤器中吸熱后先加熱部分凝結(jié)水，然后流入冷風(fēng)加熱器加熱冷風(fēng)后回到低溫省煤器，在兩級(jí)低溫省煤器和暖風(fēng)器間進(jìn)行循環(huán)。

設(shè)計(jì)階段遵守?zé)煔鈸Q熱器端差基本保持在25 ℃左右、給水與凝結(jié)水進(jìn)出口參數(shù)最終需與汽機(jī)熱平衡圖相匹配、旁路出口煙溫和水溫與主路相同的原則，最終選擇空氣預(yù)熱器旁路煙道份額為15%。該方案在THA工況下的主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

經(jīng)計(jì)算，在THA工況下，空預(yù)器旁路給水換熱器中給水吸熱量約21.4 MW，空預(yù)器旁路凝結(jié)水換熱器中凝結(jié)水吸熱量約6.0 MW，熱媒水系統(tǒng)中凝結(jié)水吸熱量約19.1 MW。

3? ? 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

根據(jù)上文的熱量收益計(jì)算，對(duì)兩種方案汽輪機(jī)的熱耗值進(jìn)行了計(jì)算，THA工況下燃燒設(shè)計(jì)煤種的機(jī)組煤耗計(jì)算結(jié)果如表3所示。

如表3所示，采用常規(guī)兩級(jí)低溫省煤器方案可節(jié)約發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗1.13 g/kWh，采用煙氣余熱深度利用方案可節(jié)約發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗3.1 g/kWh。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)兩種節(jié)能改造方案的對(duì)比計(jì)算可以看出，使用低溫省煤器回收煙氣余熱是有效的節(jié)能改造手段，雖然煙氣低溫余熱這部分能量屬于低能級(jí)熱量，但通過熱量轉(zhuǎn)移置換等手段將回收利用的低能級(jí)煙氣用于加熱高加給水，可大幅改善煙氣余熱回收效果，節(jié)能效果顯著。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 閆哲，張士明，顧勇.1 000 MW超超臨界二次再熱機(jī)組設(shè)計(jì)優(yōu)化方案的探討[J].發(fā)電設(shè)備，2017，31（5）：360-362.

[2] 鄧建玲，楊志平，陶新磊，等.二次再熱機(jī)組再熱壓力的選取[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2013，55（6）：465-468.

[3] 徐鋼，許誠(chéng)，楊勇平，等.電站鍋爐余熱深度利用及尾部受熱面綜合優(yōu)化[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33（14）：1-8.

[4] 王喬良，鄭莆燕，盧冬冬，等.電站鍋爐煙氣余熱利用現(xiàn)狀分析[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，33（5）：451-455.

[5] 楊勇平，張晨旭，徐鋼，等.大型燃煤電站機(jī)爐耦合熱集成系統(tǒng)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35（2）：375-382.

[6] 程?hào)|濤，馬汀山，陳愷，等.低溫省煤器對(duì)汽輪機(jī)組熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性影響研究[J].熱能動(dòng)力工程，2015，30（3）：427-430.

收稿日期：2019-12-24

作者簡(jiǎn)介：張超（1972—），男，山東人，高級(jí)工程師，研究方向：電廠熱能動(dòng)力裝置。