大型燃煤電站鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)節(jié)能研究

劉燁，劉占淼，楊楠

（華電國(guó)際電力股份有限公司天津開(kāi)發(fā)區(qū)分公司，天津 300270）

現(xiàn)階段，各國(guó)專(zhuān)家人士，針對(duì)燃煤電站鍋爐開(kāi)展資源優(yōu)化利用設(shè)計(jì)，以煙氣余熱利用系統(tǒng)為視角，嘗試提升資源的利用有效性，在余熱回收裝置中，以煙氣為主體，對(duì)其采取余熱回收循環(huán)利用的處理方式，提升余熱利用效率，以合理控制煙氣排放熱值，增強(qiáng)排放物回收循環(huán)利用能效，達(dá)成降本增效的運(yùn)行目標(biāo)，助力企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 燃煤電站鍋爐裝置資源優(yōu)化分析

1.1 燃煤電站鍋爐的系統(tǒng)裝置

某300MW燃煤機(jī)組，使用的鍋爐余熱回收循環(huán)利用的裝置，在系統(tǒng)靜電除塵器位置，安裝低溫節(jié)煤裝置，以期在煙氣進(jìn)入脫硫系統(tǒng)前，通過(guò)低溫省煤器，將排煙溫度降低，能夠有效控制脫硫塔用水能力，提高脫硫效率。

1.2 節(jié)能分析

在鍋爐處于BMCR工況時(shí)，在低溫省煤器投運(yùn)后，此時(shí)，低溫省煤器入口煙溫的平均值為133.7℃，低溫省煤器出口煙溫的平均值為93.1℃，溫度差值平均值為40.6℃。在煙氣入口位置，壓強(qiáng)參數(shù)的平均值為-2081Pa，煙氣出口位置，壓強(qiáng)參數(shù)的平均值為-2351Pa，低溫省煤器系統(tǒng)煙氣出入口差壓均值為270Pa。當(dāng)?shù)蜏厥∶浩魍哆\(yùn)前，BMCR工況下熱損的原始值為8061.76kJ/kW·h，低溫省煤器投運(yùn)后，BMCR工況下熱損降至8011.19kJ/kW·h，熱損減少了50.57kJ/kW·h。同時(shí)，對(duì)于75%負(fù)荷、50%負(fù)荷進(jìn)行溫差均值、熱損變化的對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 低溫省煤器投產(chǎn)使用時(shí)各工況的參數(shù)變化情況

由表1可知，低溫省煤器投產(chǎn)使用后，在各工況狀態(tài)下，熱損均有不同程度地減少。

1.3 減排效果

在低溫省煤器投產(chǎn)使用后的減排表現(xiàn)：BMCR工況時(shí)，煙塵濃度原始值為16316mg/m3，投產(chǎn)后煙塵濃度有所減少，參數(shù)為16.3mg/m3，煙塵優(yōu)化效率達(dá)到了99.9%。75%負(fù)荷工況時(shí)，煙塵濃度排出參數(shù)為15681mg/m3，投產(chǎn)后煙塵濃度為13.7mg/m3，煙塵優(yōu)化效果達(dá)到了99.3%。由此推算整年內(nèi)能夠有效控制煙塵排放，年排放量可減少＞30t，合計(jì)為標(biāo)煤資源節(jié)約質(zhì)量為2381t，同時(shí)相應(yīng)減少二氧化硫（1t）、氮氧化物（11t）。

1.4 經(jīng)濟(jì)效益

節(jié)煤效益按常用負(fù)荷75%THA計(jì)算。根據(jù)目前機(jī)組運(yùn)行情況，在75%THA工況下，煙氣降溫幅度（165-140）=25℃，可節(jié)省發(fā)電標(biāo)煤耗1.5g/kW·h。年發(fā)電量按14億度計(jì)算，全年節(jié)標(biāo)煤量2100t，每噸標(biāo)煤價(jià)格750元。直接經(jīng)濟(jì)效益2100×0.075=157.5萬(wàn)元/年。煙氣溫度降低后，體積流量下降5%左右，減少系統(tǒng)阻力250pa左右，綜合降低引風(fēng)機(jī)電流2%左右，每小時(shí)節(jié)約電量100kwh左右，每年節(jié)約電量（每年按運(yùn)行5000h計(jì)算）50萬(wàn)kW·h，按0.4元/kW·h上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算，節(jié)省電費(fèi)50×0.4=20萬(wàn)元。脫硫塔前煙溫降低25℃，減少水蒸發(fā)量30萬(wàn)噸/年，節(jié)水效益3×30=90萬(wàn)元。年經(jīng)濟(jì)效益為：157.5+20+90=267.5萬(wàn)元。

1.5 節(jié)能技術(shù)

在國(guó)內(nèi)北方城市，冬季氣溫低，會(huì)出現(xiàn)煙氣結(jié)露，形成酸雨。如若煙氣溫度較高，會(huì)減少酸雨的形成，能夠減少金屬受到煙氣腐蝕作用。然而，煙氣成分中含有硫成分，同時(shí)，高硫?qū)τ诹蛩崧饵c(diǎn)具有一定作用性，如若露點(diǎn)溫度大于管道介質(zhì)的溫度，將會(huì)形成管外腐蝕問(wèn)題，腐蝕減薄管壁厚度，引起節(jié)能管承壓部件泄漏。為防止腐蝕問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)有效控制低溫省煤器煙氣出口的溫度，使其處于恒溫狀態(tài)。在鍋爐電除塵裝置位置，加裝換熱設(shè)備，能夠有效控制煙溫。結(jié)合煙塵自身屬性，在溫度減少的同時(shí)，煙塵自身電阻將會(huì)降低，提高除塵效率。然而，在電場(chǎng)振打操作中，煙塵極易形成荷電屬性，形成煙塵與陽(yáng)極互斥狀態(tài)，增加了振蕩作用的不利效果。較為關(guān)鍵的是，在低溫省煤器加裝完成時(shí)，煙塵電阻獲得了有效控制，能夠有效提升電除塵的有效性。

1.6 運(yùn)行效果

在燃煤電站鍋爐裝置中添加低溫省煤器、換熱設(shè)備，能夠有效提升系統(tǒng)的節(jié)能減排運(yùn)行能效。煙溫降低后提高布袋除塵器運(yùn)行安全和使用壽命，還可有效降低煙氣流速，提高除塵器效率，同時(shí)，回收預(yù)熱器出口煙氣余熱和煙氣回流造成的額外余熱。節(jié)能裝置的使用，具有顯著的節(jié)能效果。

2 節(jié)能優(yōu)化

2.1 低溫防腐

加強(qiáng)燃煤電站鍋爐裝置運(yùn)行系統(tǒng)的性能保護(hù)，減少其腐蝕作用、性能損壞問(wèn)題發(fā)生，具體防護(hù)工作如下：低溫省煤器裝置應(yīng)加強(qiáng)材料選擇，管束材料以?xún)?yōu)質(zhì)鋼材為首選，以提高管束的耐腐蝕性能，保證整體機(jī)組的性能。設(shè)定低溫省煤器入口水溫，保證管束溫度的最小值，大于低溫腐蝕的溫度條件。結(jié)合燃煤電站的運(yùn)行情況，優(yōu)化低溫省煤器出口的排煙溫度。開(kāi)展節(jié)能裝置的性能評(píng)估檢測(cè)，需準(zhǔn)確獲取燃煤電站鍋爐裝置各環(huán)節(jié)的水溫情況。如果發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行警報(bào)處理，便于維修燃煤電站運(yùn)行系統(tǒng)。

2.2 管束磨損控制

在燃煤電站鍋爐裝置運(yùn)行期間，低溫省煤器在高溫狀態(tài)下，其管束將會(huì)積存一定數(shù)量的煙氣灰塵。因此，針對(duì)管束磨損、積灰問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)有效控制。結(jié)合燃煤電站鍋爐裝置的實(shí)際運(yùn)行情況，合理控制煙氣流速，有效防止管束運(yùn)行累加的磨損問(wèn)題。以煙氣流速10m/s作為煙氣流速控制標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)煙氣的實(shí)際測(cè)定流速結(jié)果為9.2m/s，此速度能夠有效減緩管束在煙塵作用下形成的磨損問(wèn)題。優(yōu)化管束的性能結(jié)構(gòu)。例如，使用蛇形管彎頭，具有隔離作用，保持煙氣流動(dòng)區(qū)的獨(dú)立性，回避彎頭磨損問(wèn)題；針對(duì)迎風(fēng)側(cè)，采取增設(shè)防磨瓦的處理方式，能夠有效提升管壁的防護(hù)功能。

2.3 防寒防凍

針對(duì)燃煤電站鍋爐裝置內(nèi)的積水，應(yīng)減少裝置閑置運(yùn)行狀態(tài)下形成的結(jié)冰現(xiàn)象，合理回避設(shè)施在冷環(huán)境中的凍裂問(wèn)題。因此，在裝置運(yùn)行的關(guān)鍵位置，增加疏水管道，以減少裝置內(nèi)部積存水問(wèn)題。對(duì)于燃煤鍋爐處于自然環(huán)境中的設(shè)備部分，對(duì)其開(kāi)展保溫防護(hù)，減少冷環(huán)境對(duì)鍋爐設(shè)備的不利影響。針對(duì)關(guān)鍵性?xún)x器設(shè)備，增設(shè)電加熱裝置，保障設(shè)備溫度的平穩(wěn)性。設(shè)備在閑置停運(yùn)狀態(tài)時(shí)，應(yīng)由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行疏水操作，加強(qiáng)污水排放，減少積水結(jié)冰現(xiàn)象，保障設(shè)備安全。

3 煙氣余熱利用的形式

3.1 余熱加熱

煙氣余熱加熱應(yīng)用，在空氣預(yù)熱器完成安裝時(shí)，加裝余熱回收裝置，對(duì)水進(jìn)行循環(huán)處理，水冷卻處理形成的熱量，進(jìn)行有效收集，用于加熱冷空氣。在運(yùn)行期間，對(duì)于冷卻水溫進(jìn)行了有效控制，使其大于煙氣露點(diǎn)溫度，以防控低溫腐蝕問(wèn)題。冷空氣在余熱作用下，將會(huì)升高溫度，回輸至原有空氣預(yù)熱裝置中，作為空氣預(yù)熱的全新形式。此種煙氣余熱利用形式，能夠合理防控腐蝕問(wèn)題，同時(shí)有效控制排煙熱量，能夠顯著提升鍋爐效率。

3.2 余熱發(fā)電

使用余熱進(jìn)行資源轉(zhuǎn)化發(fā)電時(shí)，在空氣預(yù)熱器裝置上，完成了低溫省煤器裝置，借助煙氣余熱作用，促使發(fā)電裝置凝結(jié)水處于加熱狀態(tài)，以合理控制汽輪機(jī)的汽量抽取效果，便于在汽輪機(jī)內(nèi)部完成蒸汽做功，以期提升電能轉(zhuǎn)化效率，實(shí)現(xiàn)煙氣余熱發(fā)電。余熱發(fā)電是使用余熱換熱器替換低溫省煤器，對(duì)冷卻水進(jìn)行高效利用，使其有效吸收煙氣余熱，將在溫度升高后的水，輸入至低溫發(fā)電裝置中。現(xiàn)階段使用較為廣泛的循環(huán)發(fā)電工藝，工質(zhì)為沸點(diǎn)不高的有機(jī)物，在余熱加熱作用下，能夠有效生成蒸汽，對(duì)于輪機(jī)形成驅(qū)動(dòng)作用，完成直接發(fā)電。同樣在運(yùn)行時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)冷卻水溫度控制，使其控制在煙氣露點(diǎn)溫度以下。

3.3 余熱制冷

冷卻水在完成煙氣余熱吸收后，處于高溫狀態(tài)時(shí)，輸入至低溫制冷裝置中。現(xiàn)階段，制冷工藝使用較為廣泛，以水作為制冷媒介，讓水在真空環(huán)境中，以汽化形式完成熱量吸收，達(dá)成制冷效果。真空效果的作用介質(zhì)為溴化鋰溶液，利用其高效完成水蒸氣的吸收，為制冷應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，以燃煤電站鍋爐為視角，開(kāi)展的煙氣余熱資源充分利用研究，能夠有效提升系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能性，使其排放量有所減少，提升系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。能夠?qū)崿F(xiàn)電袋除塵器運(yùn)行安全性的全面提升，使除塵器前煙氣溫度降低，大大提高電袋除塵器濾袋使用壽命。同時(shí)，還可以回收煙氣余熱加熱機(jī)側(cè)凝結(jié)水，節(jié)約發(fā)電煤耗，取得較高的經(jīng)濟(jì)效益，展現(xiàn)出余熱發(fā)電的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。因此，在后續(xù)燃煤電站鍋爐節(jié)能研究中，以成本控制、環(huán)保技術(shù)為方向，嘗試挖掘其節(jié)能價(jià)值。