660 MW超超臨界鍋爐煙氣余熱利用裝置經(jīng)濟性分析

李敬良

（古交西山發(fā)電有限公司，山西 太原 030206）

0 引言

火力發(fā)電廠鍋爐熱損失中最大的是排煙熱損失，占到鍋爐熱損失的一半以上。相關(guān)研究表明，如果排煙溫度上升10℃，鍋爐排煙熱損失隨之增大0.16%～1.10%，相應(yīng)煤耗將增加1.12%～2.14%?；痣姀S排煙溫度一般在130℃左右，個別電廠可達150～160℃，這樣就會造成較大的排煙熱損失。研究發(fā)現(xiàn)，煙氣余熱利用裝置可高效回收鍋爐尾部煙氣余熱，通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式布置在汽輪機低壓加熱器回路中，作用和低壓加熱器相同，但是其會排擠汽輪機部分回熱抽汽，在汽輪機進汽量不變的情況下，排擠的抽汽返回至汽輪機繼續(xù)膨脹做功；在鍋爐燃料量不變的情況下，發(fā)電量增加，提升機組熱經(jīng)濟性。另有研究顯示，煙氣余熱利用技術(shù)在火電廠330～1 000 MW各類型機組中，采取不同取水方案和布置位置，對比各典型工況，運用等效焓降等方法分析煙氣余熱利用對機組經(jīng)濟性的影響，可以降低供電煤耗1.57～3.6 g/（kW·h），最高每年可減少燃料費2 000余萬元[1-9]。

隨著環(huán)保標準越來越嚴格，超低排放已成為火電機組首要考慮的因素，其中煙氣余熱利用技術(shù)方案憑借其結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟性好等優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用。煙氣余熱利用裝置不但可以深度利用鍋爐尾部煙氣余熱，提高汽輪機的做功量，增加電能產(chǎn)出，降低煤耗成本，同時還降低了脫硫塔入口煙氣溫度進而減少脫硫塔內(nèi)水的蒸發(fā)和攜帶損耗，減少了對外部環(huán)境的污染，對火電廠節(jié)能環(huán)保、減排降耗、提質(zhì)增效具有重要意義。

1 系統(tǒng)簡介

古交西山發(fā)電有限公司2×660 MW超超臨界機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的超超臨界參數(shù)變壓運行直流鍋爐，型號為HG-2122/27.46-YM9。鍋爐采用超超臨界參數(shù)、變壓直流爐、單爐膛、切向燃燒，一次再熱、平衡通風、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、π型布置，采用不帶再循環(huán)泵的大氣擴容式啟動系統(tǒng)。

煙氣余熱利用裝置由山西某節(jié)能服務(wù)有限公司供貨，煙氣余熱利用裝置換熱器受熱面管束安裝在脫硫塔入口的水平煙道內(nèi)，是一套煙氣—水換熱器及配套循環(huán)水系統(tǒng)。非采暖期，凝結(jié)水由7號低壓加熱器入口接出，經(jīng)煙氣余熱換熱器加熱后，回至6號低壓加熱器入口凝結(jié)水母管道；在采暖期，凝結(jié)水由6號低壓加熱器入口凝結(jié)水母管道接出，經(jīng)煙氣余熱換熱器加熱后，回至5號低壓加熱器入口的凝結(jié)水母管道，為了防止煙道的低溫腐蝕，煙氣余熱裝置凝結(jié)水進水溫度不低于73℃，當?shù)蛪杭訜崞鹘涌谒疁氐陀?3℃時，通過再循環(huán)調(diào)節(jié)閥組將水溫混到73℃。煙氣換熱器在進口將凝結(jié)水分為并聯(lián)的兩路A側(cè)和B側(cè)，兩路分別設(shè)有調(diào)節(jié)閥組。

2 經(jīng)濟性分析

2.1 投運煙氣余熱利用裝置的節(jié)能分析

根據(jù)等效焓降法分析煙氣余熱利用的節(jié)能效果。等效焓降法是基于熱力學中熱和功轉(zhuǎn)換的基本原理，研究熱力系統(tǒng)經(jīng)濟性的一種方法，是火力發(fā)電廠煙氣余熱利用經(jīng)濟性分析的常用方法，適合于整體和局部經(jīng)濟性診斷。等效焓降Hj是排斥的單位質(zhì)量流量抽汽從j號低壓加熱器抽汽口處返回汽輪機的真實做功能力，表征j級抽汽口的蒸汽能級的高低。等效焓降數(shù)學表達式為[10]

其中，Hj為第j級抽汽的等效焓降，kJ/kg；hj為第j號加熱器抽汽焓，kJ/kg；hn為排汽焓，kJ/kg；r為第j號加熱器后更低壓力抽汽口腳碼；γr為上級疏水在第r號加熱器中的放熱量，kJ/kg；qr為抽汽在第r號加熱器中的放熱量，kJ/kg；Hr為第r級抽汽的等效焓降，kJ/kg。

鍋爐煙氣通過煙氣余熱利用裝置將熱量輸入到汽輪機回熱系統(tǒng)的低壓加熱器，而根據(jù)等效焓降的基本原理，該熱量加入m級低壓加熱器后會排擠原抽汽，而排擠的抽汽量重新進入汽機做功，其做功效果可用抽汽效率ηj表示（ηj=Hj/qj），表征的意義為獲得的功與加入的熱量之比。分析煙氣余熱利用經(jīng)濟性時，將煙氣余熱利用裝置的熱量作為純熱量進行處理。假設(shè)有熱量Qd進入低壓回熱系統(tǒng)，相對單位新蒸汽來說，回熱系統(tǒng)獲得的熱量為

其中，D0為新蒸汽流量，kg/s；DH為凝結(jié)水經(jīng)過煙氣余熱利用裝置的流量，kg/s；hd1、hd2為凝結(jié)水進、出煙氣余熱利用裝置的焓值，kJ/kg。

按照等效焓降的基本法則，純熱量qd進入回熱系統(tǒng)時，新蒸汽的等效焓降增加量計算式為

投入煙氣余熱利用裝置后機組相對效率的提高值計算式為

其中，H為新蒸汽的等效焓降，kJ/kg；δηi為機組相對效率變化值。

標準煤耗降低量計算式為

其中，bb為機組標準煤耗率，g/（kW·h）。

2.2 投運煙氣余熱利用裝置需增加能耗

a）凝結(jié)水升壓泵的耗電量。凝結(jié)水升壓泵的耗電量為Qbd=160 kW。

b）引風機增加的電耗。引風機增加的電耗計算公式為

其中，Vy為總煙氣流量，m3/h；t為引風機進口煙溫，℃；ΔPy為煙氣側(cè)增加阻力，Pa。

若引風機效率為ηy，則增加電耗為Qyd=Qy/ηy，增加總的電耗為Qd+Qbd+Qyd。

2.3 計算結(jié)果分析

利用100%汽輪機熱耗保證THA（turbine heat acceptance）工況和50%THA工況相關(guān)數(shù)據(jù)，計算投運煙氣余熱利用裝置的熱經(jīng)濟性數(shù)據(jù)，計算結(jié)果如表1所示。

表1 煙氣余熱利用裝置經(jīng)濟性分析匯總表

由表1可知，投運煙氣余熱利用裝置后，機組煤耗量有大幅度降低，每年最高可節(jié)約燃煤費用330余萬元，綜合收益237.5萬元，節(jié)能降耗效益顯著。煙氣余熱利用裝置投運可降低脫硫塔入口煙氣溫度至100℃以下，必然降低脫硫塔內(nèi)水分蒸發(fā)和攜帶，而古交電廠三期脫硫用水為機組產(chǎn)生的工業(yè)廢水，因此本文未考慮投運煙氣余熱利用裝置后帶來的節(jié)水效益。

3 結(jié)束語

根據(jù)等效焓降理論研究表明，安裝煙氣余熱利用裝置，可以提高全廠的熱效率，增加發(fā)電量，降低煤耗。回收的煙氣熱量愈大，發(fā)電量增加愈多，節(jié)煤量愈大。然而回收鍋爐煙氣的余熱也不是隨意的，都有一定的限制，排煙的溫度不能降得太低，過分追求低的排煙溫度和凝結(jié)水的溫升，容易造成煙氣余熱利用裝置的腐蝕，這一點必須引起高度的重視。另外，煙氣余熱利用裝置首次投運或檢修后投運前需沖洗合格，否則會對主機產(chǎn)生不利影響。盡管這樣，如果能夠很好地利用限制之內(nèi)的余熱，不僅對電廠的經(jīng)濟效益有很大的提高，而且還響應(yīng)國家節(jié)能減排的政策，為社會環(huán)境的保護做出一定的貢獻。