火電廠煙氣余熱再利用系統(tǒng)改造效果分析

楊志偉YANG Zhi-wei

（內(nèi)蒙古蒙東能源有限公司，呼倫貝爾 021000）

0 引言

鄂溫克發(fā)電廠1 號(hào)鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開發(fā)研制的600MW 褐煤超臨界鍋爐，鍋爐型號(hào)HG1950/25.4—HM15 型，單爐膛、一次中間再熱、墻式切圓燃燒、平衡通風(fēng)、緊身封閉、干排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)II 型布置、帶啟動(dòng)循環(huán)泵的變壓運(yùn)行直流鍋爐。鍋爐燃燒器采用墻式切圓燃燒方式，等離子體點(diǎn)火、助燃系統(tǒng)。中速直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配6 臺(tái)磨煤機(jī)。鍋爐在BMCR 工況下蒸發(fā)量為1176t/h，熱效率為92.77%，排煙溫度為146°C（修正），排煙焓為1490.4kJ/kg，煙氣排放的熱功率為73.49MW，占到了鍋爐輸入熱量的8%，如果任其白白排放，則會(huì)造成驚人的浪費(fèi)。該機(jī)組煙氣余熱利用系統(tǒng)改造工作由新疆電力設(shè)計(jì)院EPC 總承包實(shí)施，包括給水省煤器（FGCA）、凝結(jié)水省煤器（FGCB）、熱媒水煙冷器（FGC1）、熱媒水暖風(fēng)器（AH）等以提高發(fā)電廠的熱效率。

1 火電廠煙氣余熱再利用系統(tǒng)改造的必要性

1.1 能源危機(jī)與環(huán)境污染 如今，全球能源危機(jī)已經(jīng)成為了國(guó)家和地區(qū)政策制定人員的頭號(hào)難題。而火電廠煙氣廢熱的利用，可以有效地降低對(duì)環(huán)境的影響，減少能源消耗，從而有助于緩解能源危機(jī)。

1.2 能源利用率低 火電廠在燃燒煤、油、氣時(shí)，只有約30%-40%的熱能會(huì)轉(zhuǎn)變成電能，約60%-70%的熱能會(huì)轉(zhuǎn)化為廢氣，其中大多數(shù)熱能會(huì)通過煙囪排放到大氣中。如何提高能源利用率，將廢氣轉(zhuǎn)換為有價(jià)值的資源，成為了提高電廠效率的必要措施之一。

1.3 產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求 現(xiàn)代化的工業(yè)發(fā)展需要更多的能源支持，而火電廠煙氣廢熱的利用，可以為工業(yè)提供一定的能源來源，促進(jìn)工業(yè)的發(fā)展。

2 火電廠煙氣余熱再利用系統(tǒng)改造過程及效果分析

2.1 鍋爐設(shè)備概況 鄂溫克發(fā)電廠1 號(hào)鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開發(fā)研制的600MW 褐煤超臨界鍋爐，鍋爐型號(hào)HG1950/25.4—HM15 型，單爐膛、一次中間再熱、墻式切圓燃燒、平衡通風(fēng)、緊身封閉、干排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)II 型布置、帶啟動(dòng)循環(huán)泵的變壓運(yùn)行直流鍋爐。鍋爐燃燒器采用墻式切圓燃燒方式，等離子體點(diǎn)火、助燃系統(tǒng)。中速直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配6 臺(tái)磨煤機(jī)。1 號(hào)鍋爐燃煤特性見表1。

表1 1 號(hào)鍋爐燃煤特性

鄂溫克發(fā)電廠1 號(hào)汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)主要設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范，見表2。

表2 汽輪機(jī)主要技術(shù)規(guī)范

2.2 煙氣余熱再利用系統(tǒng)改造方案 1 號(hào)機(jī)組煙氣余熱利用系統(tǒng)改造工作由新疆電力設(shè)計(jì)院EPC 總承包實(shí)施，包括給水省煤器（FGCA）、凝結(jié)水省煤器（FGCB）、熱媒水煙冷器（FGC1）、熱媒水暖風(fēng)器（AH2、AH3）。保留原蒸汽暖風(fēng)器作為AH1，極寒天氣時(shí)使用。

在SCR 出口與空預(yù)器進(jìn)口煙道之間增加空預(yù)器旁路煙道，旁路煙道與空預(yù)器出口主路煙道匯合。在旁路煙道內(nèi)沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次安裝給水換熱器（以下簡(jiǎn)稱“FGCA"）、凝結(jié)水換熱器（以下簡(jiǎn)稱“FGCB"），利用現(xiàn)有的低溫省煤器進(jìn)行優(yōu)化后作為熱媒水換熱器（以下簡(jiǎn)稱“FGC1”）。在一二次風(fēng)機(jī)進(jìn)口安裝熱媒水暖風(fēng)器AH2，F(xiàn)GC1 與AH2 組成閉式循環(huán)。一二次風(fēng)機(jī)出口、空預(yù)器進(jìn)口安裝熱媒水暖風(fēng)器AH3，如圖1 所示。

圖1 煙氣余熱再利用系統(tǒng)改造示意圖

煙氣在SCR 處經(jīng)過脫硝處理后分為兩路，其中大部分煙氣進(jìn)入空預(yù)器進(jìn)行換熱，加熱冷空氣：另一部分進(jìn)入旁路煙道。

旁路煙道內(nèi)的煙氣首先進(jìn)入FGCA，煙氣橫向沖刷FGCA 換熱管束，并將熱量傳遞給管內(nèi)的給水。FGCA 來水取自給水泵出口的給水管道，在給水泵的作用下，經(jīng)FGCA 給水管道進(jìn)入FGCA 進(jìn)口集箱，通過集箱分流后進(jìn)入蛇形管，在FGCA 蛇形管內(nèi)自后向前流動(dòng)并與流經(jīng)管外側(cè)的煙氣進(jìn)行換熱，最后匯合至出口集箱，經(jīng)回水管道返回至#1 高加出口的給水管道，與主路給水混合后進(jìn)入省煤器，如圖2 所示。

圖2 旁路煙氣換熱系統(tǒng)

煙氣從 FGCA 出來后進(jìn)入FGCB，煙氣橫向沖刷FGCB 換熱管束，并將熱量傳遞給管內(nèi)的凝結(jié)水。FGCB 來水取自#7 低加進(jìn)口和#5 低加進(jìn)口的混水，在升壓泵的作用下，經(jīng)FGCB 的凝結(jié)水管道進(jìn)入FGCB 進(jìn)口集箱，通過集箱分流后進(jìn)入蛇形管，在FGCB 蛇形管內(nèi)自后向前流動(dòng)并與流經(jīng)管外側(cè)的煙氣進(jìn)行換熱，最后匯合至出口集箱。FGCB 在冬季工況和夏季工況作用不一樣。夏季工況下，F(xiàn)GCB 將混水加熱后返回到除氧器的進(jìn)口；冬季工況下，F(xiàn)GCB 吸熱的煙氣熱量作為AH3 熱源的一部分加熱冷空氣。

空預(yù)器和旁路煙氣混合后的煙氣進(jìn)入FGCI，煙氣橫向沖刷FGCI 管束，并將熱量傳遞給管內(nèi)的閉式循環(huán)水。加熱后的閉式循環(huán)水在增壓泵的作用下進(jìn)入AH2。通過AH2，閉式循環(huán)水將熱量傳遞給冷空氣，升溫后的冷空氣經(jīng)過一、二風(fēng)機(jī)進(jìn)入AH3，降溫后的閉式循環(huán)水返回到FGC1 繼續(xù)吸熱。

在冬季極端工況下，F(xiàn)GCB 的熱量不足以提供AH3 的熱量需求，因此需要額外抽取一路高溫凝結(jié)水作為暖風(fēng)器的熱源。1 號(hào)機(jī)組改造設(shè)計(jì)煤質(zhì)特性表參數(shù)見表3。

表3 改造設(shè)計(jì)煤質(zhì)特性表

2.3 改造試驗(yàn)過程 1 號(hào)機(jī)組改造前低省試驗(yàn)于2020年8 月23 日進(jìn)行。1 號(hào)機(jī)組改造后煙氣余熱利用試驗(yàn)于2021 年03 月30 日進(jìn)行，各試驗(yàn)：工況按照以下程序進(jìn)行：

①依據(jù)系統(tǒng)隔離清單嚴(yán)格執(zhí)行系統(tǒng)隔離操作，并進(jìn)行細(xì)致的檢查確認(rèn)，確保系統(tǒng)狀態(tài)滿足試驗(yàn)的先決條件。②試驗(yàn)開始前，將除氧器水箱、凝汽器熱井補(bǔ)水至預(yù)定高水位，以保障試驗(yàn)期間無需額外補(bǔ)水。試驗(yàn)前，從運(yùn)行的給煤機(jī)中采集原煤樣本。采樣結(jié)束后，立即制備兩份煤質(zhì)試樣，分別置于密封袋內(nèi)。其中一份用于煤質(zhì)工業(yè)分析和元素分析，另一份則作為備用試樣以備后續(xù)使用。③調(diào)整運(yùn)行參數(shù)至盡可能接近設(shè)計(jì)值，并維持其穩(wěn)定狀態(tài)，確保參數(shù)偏差及波動(dòng)值均在試驗(yàn)規(guī)程允許的范圍內(nèi)。④對(duì)于閥點(diǎn)基準(zhǔn)試驗(yàn)工況，需精確調(diào)整高壓主汽調(diào)節(jié)閥至試驗(yàn)所需的閥位，并保持穩(wěn)定。⑤確保機(jī)組設(shè)備及系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行足夠時(shí)間，以達(dá)到試驗(yàn)所需的穩(wěn)定狀態(tài)。⑥再次全面檢查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及一、二次儀表的工作狀態(tài)，確保其正常運(yùn)行。試驗(yàn)記錄人員應(yīng)進(jìn)入指定位置，準(zhǔn)備開始記錄數(shù)據(jù)。⑦按照預(yù)定的統(tǒng)一時(shí)間，開始試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和記錄工作。⑧在空氣預(yù)熱器出口煙道內(nèi)，按照等截面劃分原則布置煙氣取樣管，通過乳膠管將取樣管與煙氣分析儀連接，精確測(cè)量煙氣中O2的含量。⑨利用點(diǎn)溫計(jì)在空氣預(yù)熱器出口測(cè)點(diǎn)處測(cè)量排煙溫度，測(cè)量時(shí)采用網(wǎng)格測(cè)量法以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性。⑩飛灰采樣工作通過安裝在鍋爐尾部煙道的撞擊式飛灰采樣器進(jìn)行。在每個(gè)試驗(yàn)工況下采集一份飛灰樣本，放入密閉袋中，用于后續(xù)分析其可燃物含量。1○爐渣采樣在鍋爐底部撈渣機(jī)出口處進(jìn)行，采用大勺采集法。試驗(yàn)期間每20 分鐘采樣一次，將采集的渣樣混合制成一份試樣，放入密閉袋內(nèi)，用于分析其可燃物含量。12○在試驗(yàn)過程中，除了影響機(jī)組安全的必要操作外，不得對(duì)機(jī)組設(shè)備及熱力系統(tǒng)進(jìn)行與試驗(yàn)無關(guān)的任何操作。停止向系統(tǒng)外排放污水、排水、排汽以及化學(xué)取樣。試驗(yàn)工況應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)程序完成，確保試驗(yàn)期間未出現(xiàn)任何異常狀況。試驗(yàn)時(shí)間詳見表4。

表4 試驗(yàn)工況時(shí)間表

2.4 試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果 煙余系統(tǒng)改造前的低溫省煤器試驗(yàn)主要試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 改前低省試驗(yàn)主要結(jié)果

2.5 煙氣旁路替代給水加熱節(jié)能量計(jì)算結(jié)果 煙氣余熱替代給水旁路加熱節(jié)能量計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 煙氣旁路替代給水加熱節(jié)能量計(jì)算結(jié)果

2.6 煙余系統(tǒng)改造凈節(jié)能量計(jì)算結(jié)果 改造后煙氣余熱利用系統(tǒng)凈降低供電煤耗的節(jié)能量為煙氣旁路替代給水旁路加熱降低供電煤耗與煙氣余熱替代蒸汽暖風(fēng)器降低供電煤耗兩部分之和，再扣除改造前低溫省煤器降低供電煤耗的節(jié)能量。

煙氣余熱利用系統(tǒng)凈降低供電煤耗=5.47+1.58-0.72=6.33g/（kW·h）。

3 結(jié)論

鄂溫克發(fā)電廠1 號(hào)機(jī)組，在煙氣余熱替代給水旁路加熱工況下，投運(yùn)煙氣余熱利用系統(tǒng)時(shí)，F(xiàn)CGA、FCGB、FGC1換熱器水側(cè)壓降分別為153.13kPa、134.72kPa、135.11kPa；煙氣旁路煙氣側(cè)壓降為A 側(cè)0.65kPa、B 側(cè)0.44kPa；FCGA、FCGB、FGC1 換熱器換熱量分別為38.84MW、19.17MW、13.82MW；1 號(hào)機(jī)組在煙氣余熱替代給水旁路加熱工況下供電煤耗測(cè)試結(jié)果為330.33g/（kW·h），煙氣旁路替代給水旁路加熱節(jié)能量為5.47g（kW·h）。1 號(hào)機(jī)組在煙氣余熱替代蒸汽暖風(fēng)器影的節(jié)能量為1.58g/（kW·h）。1 號(hào)機(jī)組煙余系統(tǒng)改造前低溫省煤器節(jié)能量為0.72g/（kW·h）。

鄂溫克發(fā)電廠1 號(hào)機(jī)組煙氣余熱利用系統(tǒng)改造凈降低供電煤耗節(jié)能量為6.33g/（kW·h）。