燃煤電廠常規(guī)低溫省煤器與熱管低溫省煤器綜合對(duì)比

謝慶亮，謝山樣，王正陽(yáng)

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

2010 年以來(lái)，低溫省煤器技術(shù)廣泛應(yīng)用于燃煤電廠的煙氣余熱利用，但有超過(guò)50%的項(xiàng)目在投運(yùn)不足3 年的時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)了冷卻水泄漏情況，從而影響到低低溫電除塵器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至影響到超低排放效果的穩(wěn)定性。張志中[1]等針對(duì)某2×600MW機(jī)組低溫省煤器的腐蝕和堵塞問(wèn)題進(jìn)行了分析與技術(shù)改造，并計(jì)算和對(duì)比了節(jié)能效益。劉舫辰[2]等采用數(shù)值模擬方法，通過(guò)在煙道內(nèi)添加導(dǎo)流板來(lái)優(yōu)化流場(chǎng)，提高低溫省煤器的抗磨性。由于常規(guī)低溫省煤器多以在煙道內(nèi)布置翅片管換熱器進(jìn)行汽水間壁式對(duì)流換熱為主，雖然采取的一些防磨措施能在一定程度上延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，但最終還是無(wú)法避免出現(xiàn)管束磨穿、冷卻水泄漏進(jìn)入煙道內(nèi)部的問(wèn)題。

具有冷卻水零泄漏及易于檢修更換等特征的新一代熱管低溫省煤器煙氣余熱利用裝置的研制成功，將杜絕原煙氣換熱器由于煙塵顆粒沖刷導(dǎo)致的換熱管磨損泄漏問(wèn)題。謝慶亮[3]從技術(shù)原理出發(fā)對(duì)新型熱管低溫省煤器的技術(shù)可行性進(jìn)行了論證，并介紹了具體項(xiàng)目應(yīng)用情況。黃元進(jìn)[4]介紹了低低溫電除塵系統(tǒng)配套重力熱管煙氣余熱利用裝置后的性能情況，論證了基于重力熱管的煙氣余熱利用低低溫電除塵系統(tǒng)的可行性。段宏波[5]從項(xiàng)目應(yīng)用的角度論證了熱管低溫省煤器的防泄漏和降溫效果。本文將以某燃煤電廠660MW 機(jī)組為例，從技術(shù)路線、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、碳減排效果和設(shè)備使用壽命等多方面，對(duì)常規(guī)低溫省煤器和重力熱管低溫省煤器進(jìn)行綜合比較分析。

1 技術(shù)路線原理

1.1 常規(guī)低溫省煤器

常規(guī)低溫省煤器采用管殼式的余熱利用換熱裝置，將其布置在除塵器入口前煙道，利用鍋爐空預(yù)器出口高溫?zé)煔饧訜崞麢C(jī)的凝結(jié)水。常規(guī)低溫省煤器的冷卻水取自低加系統(tǒng)中的前級(jí)低加，經(jīng)加熱后返回后級(jí)低加，通過(guò)低加吸熱減少排擠抽汽，從而實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱回收和機(jī)組節(jié)煤的效果。

1.2 熱管低溫省煤器

熱管低溫省煤器是在現(xiàn)有常規(guī)管殼式低溫省煤器基礎(chǔ)上做出的變革，熱管低溫省煤器用真空熱管作為換熱元件，具有可實(shí)現(xiàn)冷卻水零泄漏的特點(diǎn)（見(jiàn)下圖）。

（1）進(jìn)行熱交換的冷卻水和煙氣從換熱器的上、下部分分別流過(guò)，這兩種換熱介質(zhì)在不同的密封結(jié)構(gòu)里，而且由管板進(jìn)行分隔，不會(huì)出現(xiàn)串漏。

（2）每根熱管都是獨(dú)立的換熱元件，不像常規(guī)的低溫省煤器那樣各換熱管之間直接連通在一起。即使熱管在煙氣側(cè)發(fā)生磨損或腐蝕導(dǎo)致管壁出現(xiàn)破孔情況，也只有此根熱管內(nèi)的極少量工作介質(zhì)泄漏進(jìn)入煙道，而水側(cè)的冷卻水則無(wú)法進(jìn)入煙道。由于熱管管內(nèi)的工作介質(zhì)的量極少，即使熱管被煙塵沖刷磨損發(fā)生工作介質(zhì)泄漏，泄漏的工作介質(zhì)也會(huì)被熱煙氣迅速蒸發(fā)。

熱管低溫省煤器零泄漏原理圖

因此，采用熱管低溫省煤器從機(jī)理上可杜絕現(xiàn)有管殼式換熱管破孔造成大量冷卻水泄漏到煙道及電除塵器中的問(wèn)題，避免造成煙道堵塞、電除塵排放超標(biāo)及灰斗堵灰等問(wèn)題。

1.3 技術(shù)路線對(duì)比

兩種技術(shù)路線對(duì)比見(jiàn)表1。

2 運(yùn)行效益對(duì)比

以該機(jī)組為例，對(duì)采用常規(guī)低溫省煤器和重力熱管低溫省煤器的兩種情況進(jìn)行余熱利用方案設(shè)計(jì)。按年發(fā)電利用數(shù)4500h、廠用電價(jià)0.375 元/kW·h、標(biāo)煤價(jià)格800 元/t、工業(yè)用水2 元/t 計(jì)算，具體運(yùn)行效益對(duì)比分析見(jiàn)表2。

2.1 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

（1）脫硫吸收塔入口煙溫降至95℃，可節(jié)約脫硫系統(tǒng)的耗水量，同時(shí)提高脫硫效率。

（2）常規(guī)低溫省煤器泄漏后導(dǎo)致設(shè)備本體堵塞，增加煙氣側(cè)阻力，引風(fēng)機(jī)電流上升，進(jìn)而增加了引風(fēng)機(jī)電耗且無(wú)法及時(shí)檢修，應(yīng)用熱管低溫省煤器可以實(shí)現(xiàn)冷卻水零泄漏和低阻穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 兩種技術(shù)路線對(duì)比

表2 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

（3）熱管低溫省煤器運(yùn)行穩(wěn)定，保證了低低溫電除塵器的排放效果，節(jié)約了除塵器電耗。

（4）對(duì)于機(jī)組在常規(guī)低溫省煤器運(yùn)行條件下因堵塞嚴(yán)重，可能會(huì)導(dǎo)致不得不降低機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷，進(jìn)而對(duì)發(fā)電量造成負(fù)面影響的問(wèn)題，這里暫未考慮和計(jì)算。

由表2 可知，應(yīng)用熱管低溫省煤器比常規(guī)低溫省煤器每年增加運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益167.5 萬(wàn)元。

2.2 碳減排分析

2.2.1 通過(guò)回收熱量減少二氧化碳（CO2）排放量

機(jī)組在660MW 工況下，按設(shè)計(jì)參數(shù)的煙氣流量、進(jìn)出口溫度，計(jì)算回收煙氣熱量為40 249kW。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合機(jī)組抽氣回?zé)嵯到y(tǒng)，經(jīng)等效焓降法計(jì)算設(shè)計(jì)工況下常規(guī)低溫省煤器和熱管低溫省煤器，分別可降低標(biāo)煤耗量約2.25g/kW·h 和1.9g/kW·h，換算到年節(jié)約標(biāo)煤量為6683t 和5643t，可減少CO2排放量為19 265t/年和16 267t/年。

2.2.2 通過(guò)減少引風(fēng)機(jī)電耗降低CO2排放量

由于重力熱管低溫省煤器替換了原堵塞嚴(yán)重的常規(guī)低溫省煤器，以及對(duì)煙道進(jìn)行流線型改造，滿負(fù)荷煙氣阻力約降低1000Pa，降低引風(fēng)機(jī)能耗1210kW·h，按照設(shè)備堵塞嚴(yán)重時(shí)間為年有效利用時(shí)間4500h 的80%（即3600h），年降低電耗435.6 萬(wàn)kW·h，按照供電煤耗295g/kW·h 計(jì)，可實(shí)現(xiàn)年減少標(biāo)煤耗1285t，相應(yīng)的可以減少CO2排放量3705t/年。

2.2.3 通過(guò)減少除塵器電耗降低CO2排放量

常規(guī)低溫省煤器由于泄漏問(wèn)題，導(dǎo)致電除塵器的故障率較高，影響其高效穩(wěn)定運(yùn)行。而熱管低溫省煤器電除塵器的除塵效率穩(wěn)定，可降低除塵器能耗282.5kW·h，按設(shè)備年有效運(yùn)行4500h 計(jì)算，每年可節(jié)約電耗約127 萬(wàn)kW·h，每年可節(jié)約用電成本47.7 萬(wàn)元，每年相應(yīng)可減少CO2排放約1115t。

2.3 設(shè)備使用壽命

通過(guò)對(duì)已投運(yùn)的161 臺(tái)常規(guī)低溫省煤器進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)有超過(guò)40%的項(xiàng)目在投運(yùn)2—3 年后就出現(xiàn)冷卻水泄漏問(wèn)題[6]。常規(guī)低溫省煤器的冷卻水泄漏具有隱蔽性，極難發(fā)現(xiàn)，一旦被發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明已經(jīng)影響到了下游電除塵設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。常規(guī)低溫省煤器設(shè)備采用自上而下的模塊堆疊方式進(jìn)行安裝，如果泄漏點(diǎn)發(fā)生在中間模塊，檢修困難，只能采用簡(jiǎn)單的封堵模式，關(guān)聯(lián)部位未泄漏的換熱面也不得不退出運(yùn)行。

目前，江西景德鎮(zhèn)電廠已投入使用的660MW 大型燃煤機(jī)組熱管低溫省煤器已安全穩(wěn)定運(yùn)行近2 年，未發(fā)生凝結(jié)水泄漏進(jìn)入煙道的事故。其冷卻水（凝結(jié)水）系統(tǒng)設(shè)置在煙道外，通過(guò)基于逆流順排布置的“迷宮形水套管排+中隔板組件”的雙重物理隔離結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)常規(guī)翅片管低溫省煤器的所有功能的同時(shí)，具有換熱管即使被煙塵顆粒沖刷磨損后凝結(jié)水也不會(huì)泄漏到煙道內(nèi)的關(guān)鍵屬性，可保證換熱裝置的使用壽命在10 年以上。

2.4 綜合對(duì)比

經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)算，在達(dá)到同等性能參數(shù)下，1 臺(tái)660MW 機(jī)組常規(guī)低溫省煤器靜態(tài)投資為1150 萬(wàn)元左右，而熱管低溫省煤器靜態(tài)投資為1500 萬(wàn)元左右，后者比前者高30%左右，原因在于后者采用新工藝、新技術(shù)，生產(chǎn)環(huán)節(jié)流程多，質(zhì)量控制要求高，生產(chǎn)復(fù)雜程度大于前者。結(jié)合運(yùn)行效益數(shù)據(jù)，熱管低溫省煤器靜態(tài)投資回收期為3.7 年，常規(guī)低溫省煤器靜態(tài)投資回收期為4.8 年。以10 年期為例，假設(shè)傳統(tǒng)低溫省煤器壽命為5 年，熱管低溫省煤器使用壽命為10 年，兩者的綜合運(yùn)行效益分別為1210 萬(wàn)元、4094 萬(wàn)元，差異明顯。

綜上，不論是投資回收期還是綜合運(yùn)行效益，與傳統(tǒng)低溫省煤器相比，熱管低溫省煤器都具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)常規(guī)低溫省煤器和熱管低溫省煤器進(jìn)行了多角度對(duì)比。在技術(shù)路線方面，熱管低溫省煤器冷卻水零泄漏的結(jié)構(gòu)屬性可以使換熱裝置和電除塵設(shè)備安全高效運(yùn)行，這是常規(guī)低溫省煤器不具備的；在運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性方面，常規(guī)低溫省煤器由于冷卻水泄漏導(dǎo)致了一系列的運(yùn)行問(wèn)題，增加了運(yùn)行檢修費(fèi)用，熱管低溫省煤器的應(yīng)用可以避免這些問(wèn)題；在節(jié)能減碳和使用壽命方面，熱管低溫省煤器也有一定的優(yōu)勢(shì)；在綜合投資回收期和運(yùn)行效益方面，熱管低溫省煤器明顯優(yōu)于傳統(tǒng)低溫省煤器。

熱管低溫省煤器與低低溫電除塵器作為一個(gè)組合，協(xié)同用于煙氣余熱回收和煙氣高效除塵，為原有低溫省煤器和低低溫電除塵器提供了一個(gè)安全可靠的替代技術(shù)升級(jí)改造方案。