新型WGGH系統(tǒng)節(jié)能分析與實(shí)踐

黃惠軍， 徐志強(qiáng)， 錢成龍

(1. 江陰蘇龍熱電有限公司， 江蘇江陰 214442;2. 國網(wǎng)江蘇省電力工程咨詢有限公司， 南京 210000)

江蘇某電廠330 MW燃煤火電機(jī)組地處長三角，對環(huán)保要求較高，并且離市區(qū)較近，故要盡可能地減少或消除“有色煙羽”。該機(jī)組鍋爐排煙溫度一般為140 ℃左右，目前鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)可以有效地將排煙溫度降低至100 ℃以下，而煙氣再熱技術(shù)一般將煙氣溫度從50 ℃左右升溫到80 ℃即可。由此可見，在一般工況下煙氣余熱回收的熱量除了可以滿足凈煙氣加熱升溫消除“有色煙羽”所需的熱量以外，尚有一部分煙氣余熱可用于降低機(jī)組供電煤耗；但在冬季低負(fù)荷工況(50%額定負(fù)荷工況)下，有時鍋爐排煙溫度僅為110 ℃左右，此時煙囪進(jìn)口溫度要達(dá)到80 ℃就需要補(bǔ)充熱量。鑒于上述情況，有必要進(jìn)行技術(shù)研究，提出一種簡單有效的技術(shù)方案，在滿足環(huán)保要求的前提下，盡可能有效利用汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)低位熱能，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

1 WGGH技術(shù)現(xiàn)狀

水媒式煙氣-煙氣換熱器(WGGH)技術(shù)是國內(nèi)燃煤電廠超低排放改造的主流選擇，許多火電機(jī)組已有成功的使用經(jīng)驗，其技術(shù)原理是設(shè)置兩級換熱器(原煙氣放熱器、凈煙氣加熱器)，利用熱媒水作為中間介質(zhì)，將從原煙氣放熱器吸收的煙氣余熱用來加熱脫硫塔或除塵器出口的低溫?zé)煔?。目前?yīng)用比較廣泛的WGGH系統(tǒng)見圖1。

傳統(tǒng)WGGH系統(tǒng)一般采用閉式循環(huán)系統(tǒng)(見圖1)，由原煙氣放熱器回收鍋爐排煙余熱，將原煙氣溫度降低30 K左右，再由凈煙氣加熱器將脫硫后的煙氣加熱升溫30 K左右達(dá)到80 ℃排向煙囪，達(dá)到消除“有色煙羽”的效果。

傳統(tǒng)WGGH系統(tǒng)由于采用閉式循環(huán)，所以需要設(shè)置補(bǔ)水系統(tǒng)﹑穩(wěn)壓系統(tǒng)﹑加藥系統(tǒng)，以便維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；同時，由于鍋爐在冬季低負(fù)荷運(yùn)行時排煙溫度較低，原煙氣放熱器回收的煙氣余熱不足以將凈煙氣加熱到80 ℃左右，因此系統(tǒng)內(nèi)需要設(shè)置輔助蒸汽補(bǔ)熱加熱器來實(shí)現(xiàn)熱量平衡。

傳統(tǒng)WGGH系統(tǒng)在30年前應(yīng)用于華能某電廠，主要由于煙氣低溫腐蝕，使得運(yùn)行中出現(xiàn)泄漏等問題，沒有達(dá)到預(yù)期的設(shè)計目的。隨著技術(shù)進(jìn)步，基本解決了煙氣低溫腐蝕問題后[1-2]，我國燃煤發(fā)電廠采用WGGH系統(tǒng)消除“有色煙羽”的成功工程實(shí)例不斷出現(xiàn)，不同的技術(shù)流派雖各具技術(shù)特色，但基本原理相似。

2 新型WGGH系統(tǒng)節(jié)能分析

該機(jī)組低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)的特點(diǎn)是：在正常工況下，原煙氣放熱器回收的鍋爐排煙熱量大于凈煙氣加熱器加熱煙氣達(dá)到消除“有色煙羽”所需的熱量，需要合理高效地利用多余的熱量以達(dá)到節(jié)能的效果；在鍋爐冬季低負(fù)荷運(yùn)行工況下，原煙氣放熱器回收的鍋爐排煙熱量小于凈煙氣加熱器加熱煙氣達(dá)到消除“有色煙羽”所需熱量，不足的熱量需要有效補(bǔ)充，以達(dá)到完全消除“有色煙羽”的效果。

鑒于上述要求，在充分研究現(xiàn)有WGGH技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了開式循環(huán)低壓凝結(jié)水補(bǔ)熱的新型WGGH技術(shù)熱力系統(tǒng)(見圖2)。

新型WGGH系統(tǒng)的特點(diǎn)是將鍋爐排煙的低溫?zé)嵩磁c汽輪機(jī)低壓凝結(jié)水聯(lián)系在一起。由于汽輪機(jī)低壓凝結(jié)水系統(tǒng)的熱容量非常大，溫度較低的低壓凝結(jié)水足以吸收正常工況下原煙氣放熱器回收的熱量，除用以加熱凈煙氣來消除“有色煙羽”外，還能將多出的熱量回收至凝結(jié)水系統(tǒng)，從而達(dá)到降低機(jī)組供電煤耗的目的。在冬季低負(fù)荷工況時，溫度較高的低壓凝結(jié)水作為補(bǔ)熱熱源，完全能夠補(bǔ)足加熱凈煙氣所需的熱量。補(bǔ)熱熱源來自于6號低壓加熱器出口凝結(jié)水，實(shí)際上是用6號低壓加熱器的抽汽替代了輔助蒸汽。與傳統(tǒng)WGGH系統(tǒng)輔助蒸汽補(bǔ)熱加熱器方式相比，新型WGGH系統(tǒng)不僅取消了汽水換熱器,更重要的是采用了更低品位的低溫?zé)嵩囱a(bǔ)熱,最大限度地減小了對機(jī)組供電煤耗的不利影響,具有較好的經(jīng)濟(jì)性。熱能品位的比較數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同補(bǔ)熱熱源的焓降數(shù)據(jù)表

從表1可見：輔助蒸汽壓力高，焓也高，具有更高的做功能力。由疏水焓可得出 ，1 kg 6號低壓加熱器抽汽加熱凝結(jié)水的能力相當(dāng)于0.952 kg輔助蒸汽，而做功能力則少損失約349 kJ，因此該系統(tǒng)相比傳統(tǒng)WGGH系統(tǒng)，在冬季低負(fù)荷工況下，依然有更加優(yōu)秀的節(jié)能效果。

3 實(shí)踐應(yīng)用

新型WGGH系統(tǒng)運(yùn)行2年多以來,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,秋季機(jī)組熱耗保證(THA)工況下改造前和改造后系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。

表2 秋季THA工況下改造前與改造后運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

表2(續(xù))

由表2可得：改造后，原煙氣放熱降溫48 K，凈煙氣溫升25 K，原煙氣放熱器進(jìn)出口水溫升29 K，凈煙氣加熱器進(jìn)出口水溫降16 K，凝結(jié)水溫升13 K。由此可見，煙氣余熱回收熱量的55.2%用于加熱凈煙氣消除“有色煙羽”，44.8%的余熱熱量進(jìn)入汽輪機(jī)6號低壓加熱器進(jìn)口的凝結(jié)水系統(tǒng)，從而減少6號低壓加熱器的抽汽量，降低供電煤耗(標(biāo)準(zhǔn)煤)約0.75 g/(kW·h)，起到了節(jié)能的作用，而原系統(tǒng)則沒有熱量回收至凝結(jié)水系統(tǒng)。

冬季低負(fù)荷工況下的改造前和改造后系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3。

表3 冬季低負(fù)荷工況下改造前與改造后運(yùn)行數(shù)據(jù)對比

冬季低負(fù)荷工況時，用溫度較高的低壓凝結(jié)水作為補(bǔ)熱熱源來滿足加熱凈煙氣消除“有色煙羽”所需的熱量，補(bǔ)熱熱源來自于6號低壓加熱器出口凝結(jié)水，實(shí)際上是用6號低壓加熱器的抽汽替代了輔助蒸汽，該工況下機(jī)組降低供電煤耗(標(biāo)準(zhǔn)煤)約0.43 g/(kW·h)，具有更好的節(jié)能效果。

4 結(jié)語

(1) 筆者提出的新型WGGH技術(shù)熱力系統(tǒng)有足夠的熱量將脫硫后凈煙氣升溫達(dá)到消除“有色煙羽”的效果。

(2) 該新型WGGH技術(shù)熱力系統(tǒng)與傳統(tǒng)WGGH系統(tǒng)相比，有足夠的靈活性，可以簡單可靠地將原煙氣放熱器回收的煙氣余熱用于加熱凈煙氣，消除“有色煙羽”后多出的部分熱量可以有效地用于降低機(jī)組煤耗，達(dá)到節(jié)能的效果。

(3) 該新型WGGH技術(shù)熱力系統(tǒng)充分利用了機(jī)組已有的低品位熱源，與傳統(tǒng)WGGH系統(tǒng)相比，在冬季低負(fù)荷需要補(bǔ)熱的工況下，依然有更加優(yōu)秀的節(jié)能效果。

(4) 對于新改造的機(jī)組如果直接采用該新型WGGH技術(shù)熱力系統(tǒng)，還可以節(jié)約輔汽加熱器及相關(guān)系統(tǒng)的投資，經(jīng)濟(jì)性更好。