鍋爐煙氣余熱回收裝置的節(jié)能改造

李鵬

(華電新疆發(fā)電有限公司紅雁池電廠，烏魯木齊 830047)

1 問題的提出

排煙熱損失是鍋爐機組中最大的熱損失(一般為5%至12%)，排煙溫度越高則排煙熱損失就越大。對于地處干燥地區(qū)的烏魯木齊來說，夏季時環(huán)境溫度經(jīng)常在35℃以上，而鍋爐排煙溫度卻達到了165℃以上，高溫嚴重威脅著脫硫設施的安全運行。這么高的排煙溫度對于大部分電廠采用的石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)而言，需要在噴淋吸收塔內(nèi)采用大量的工藝水來降溫，最終使煙氣溫度平衡到50℃左右后排放。這部分熱量對于脫硫系統(tǒng)來說沒有起到任何作用，屬于白白浪費，同時導致脫硫效率較低。資料顯示，當吸收塔入口煙氣溫度降低6～10℃時，脫硫效率能提高1%～2%。但是，降低排煙溫度則受鍋爐受熱面金屬消耗、通風阻力及風機電耗、尾部受熱面低溫腐蝕等因素影響。同時由于排放的煙氣含濕量較大，在環(huán)境溫度較低且濕度較大時，就會在煙囪周圍產(chǎn)生“石膏雨”，嚴重影響了廠區(qū)的文明生產(chǎn)。針對以上情況，新疆華電紅雁池電廠(以下簡稱紅雁池電廠)#4機組利用大修期間加裝了1套煙氣余熱回收裝置對此部分煙氣余熱進行回收，以提高機組的熱效率和降低煤耗，同時降低了進入吸收塔的煙氣溫度，可顯著減少因蒸發(fā)而導致的排放煙氣含濕量，有效減少了濕煙囪周圍的“石膏雨”，經(jīng)濟效益和社會環(huán)保效益明顯。

2 煙氣余熱回收裝置改造的必要性

2.1 煙氣余熱回收裝置改造的必要性

目前的火電機組熱損失主要有2項:一是汽輪機系統(tǒng)的排汽冷凝熱損失，從熱力循環(huán)上看，對凝汽式機組而言，這項熱損失是無法避免的;二是鍋爐的熱損失。隨著科技的發(fā)展及電力技術的進步，盡管電站鍋爐的經(jīng)濟性得到了很大提高，但國內(nèi)外許多電站鍋爐依然普遍存在排煙溫度偏高、排煙熱損失偏大、風機功耗大等問題，嚴重影響鍋爐運行的經(jīng)濟性。其中的排煙熱損失是鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般為5%～12%，占鍋爐熱損失的60%～70%。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度，一般情況下，排煙溫度每增加10℃，排煙熱損失會增大0.6%～1.0%，相應地就會多耗煤 1.2%～2.4%。若以燃用熱值為20000 kJ/kg煤的670 t/h超高壓鍋爐為例，則每年可多消耗數(shù)萬噸動力用煤。我國許多電站鍋爐的排煙溫度比設計值高20～50℃。利用鍋爐的排煙余熱對熱力系統(tǒng)中的凝結水進行加熱改造，該項改造具有節(jié)能效果顯著和投資回收年限短的特點。改造結果提高了凝結水的溫度，減少了汽機抽汽量并用這部分蒸汽發(fā)電，既利用鍋爐排煙余熱獲得電能，又可大幅度降低鍋爐的排煙溫度。

2.2 煙氣余熱回收裝置概況

煙氣余熱回收裝置實際上是一個管式的煙氣－水換熱器，布置在引風機出口至吸收塔入口的煙道中，用來吸收機組的排煙熱損失。煙氣余熱回收裝置循環(huán)水來自于汽輪機熱力系統(tǒng)的低壓加熱器，在換熱器中吸收排煙熱量，用來降低排煙溫度。代替部分低壓加熱器的作用，用來減少部分汽輪機的回熱抽汽。在汽輪機進汽量不變的情況下，該部分抽汽將從抽汽口返回汽輪機下一級進一步做功，如此可以降低煤耗。所以，煙氣余熱回收裝置可以看成是汽輪機熱力系統(tǒng)的一個組成部分。

3 紅雁池電廠#4機組熱力系統(tǒng)簡介

紅雁池電廠#4鍋爐為超高壓鍋爐，基本形式為:一次中間再熱超高壓自然循環(huán)汽包爐、П形布置、單爐膛、燃燒器四角布置，切圓燃燒、平衡通風、固態(tài)排渣、采用管式空氣預熱器、鋼構架(雙排柱)。設計排煙溫度140℃。紅雁池電廠脫硫島采用兩爐一塔設計，不設煙氣換熱器(GGH)的石灰石－石膏濕法脫硫系統(tǒng)。每臺鍋爐從引風機后的總煙道上引出煙氣，通過增壓風機升壓，升壓后的煙氣進入吸收塔并在吸收塔內(nèi)脫硫凈化，經(jīng)除霧器除去水霧后經(jīng)煙囪排入大氣。煙氣余熱回收裝置布置情況如圖1所示，熱力系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 煙氣余熱回收裝置布置

圖2 熱力系統(tǒng)示意圖

來自于電廠低壓加熱器系統(tǒng)的凝結水進入安裝在脫硫增壓風機和吸收塔之間煙道中的換熱器中，將進入吸收塔的煙氣溫度降低50℃，凝結水溫度提升大約35℃后返回電廠低壓加熱器系統(tǒng)。

4 煙氣余熱回收裝置改造注意事項

4.1 煙氣露點及煙氣余熱回收裝置冷端金屬壁溫的確定

為了防止煙氣余熱回收裝置腐蝕和積灰，需要確定一個安全的控制溫度。在正常運行中，煙氣余熱回收裝置的金屬壁溫必須高于酸露點，否則，極易出現(xiàn)金屬腐蝕和積灰的現(xiàn)象。紅雁池電廠燃煤煤質參數(shù)見表1。

根據(jù)有關公式初步確定煙氣低溫腐蝕的露點溫度為83℃。因此，將煙氣余熱回收裝置冷端金屬壁溫控制在90℃是安全的。

表1 紅雁池電廠燃煤煤質參數(shù)

4.2 換熱器傳熱管防堵灰措施

鍋爐煙氣中的灰塵不僅會污染傳熱管表面，影響傳熱效率，嚴重時還會堵塞煙氣流動通道，增大煙氣流動阻力，甚至會影響安全運行，在這種情況下，不得不停機清灰。為此，采取如下措施以防止堵灰。

(1)將煙氣余熱回收裝置全部布置于靜電除塵器后，由于煙氣介質清潔，可有效防止換熱器的堵灰和磨損。

(2)當傳熱管金屬溫度高于煙氣酸露點溫度時，傳熱管上不會出現(xiàn)水結露，傳熱管上的積灰為干灰，此時可采用吹灰器定時吹灰。在換熱器結構設計中，不會設置大量積灰源，同時保證吹灰器能吹到所有的管束，不留吹灰死角。保證傳熱管積灰程度在可以允許的范圍內(nèi)，使煙氣流動阻力的增大幅度和傳熱能力的降低幅度都在允許范圍內(nèi)。

(3)選擇合適的煙氣流速。選擇合適的煙氣流動速度能使換熱管具有自清灰功能。一般說來，換熱管自清灰的風速應高于12 m/s。

4.3 煙氣余熱回收裝置形式選擇

煙氣余熱回收裝置布置在脫硫塔入口。煙氣余熱回收裝置采用管－殼式煙氣－水換熱器，殼側為煙氣通道，管側為凝結水通道。煙氣余熱回收裝置傳熱管有光管和高頻焊高效翅片管2種，采用高頻焊翅片管可以強化傳熱且能減輕低溫腐蝕，但翅片管表面易積灰，當冷端金屬壁溫低于煙氣露點溫度產(chǎn)生濕灰時，積灰不易清理。采用傳熱光管，其傳熱效果不如高頻翅片管，但傳熱管表面黏結濕灰后較容易清除，保證設備運行安全，故換熱器傳熱管形式的選擇應根據(jù)設備的具體運行條件選擇。傳熱管的管材可選擇316L，ND鋼、考頓(corten)鋼、碳鋼等，選材時可根據(jù)具體情況而定。

5 煙氣余熱回收裝置改造節(jié)能效果分析

有觀點認為，把煙氣余熱輸入回熱系統(tǒng)中會排擠部分抽汽，導致熱力循環(huán)效率降低;排擠的部分抽汽會增加凝汽器的排汽量，使汽輪機真空度有所下降。這2點對于煙氣余熱回收裝置來說，是能否節(jié)能的主要問題所在。

實際上，增設煙氣余熱回收裝置后，大量煙氣余熱進入回熱系統(tǒng)，這是在沒有增加鍋爐燃料量的前提下，獲得的額外熱量，必然會以一定的效率轉變?yōu)殡姽?。這個新增功量要遠大于排擠抽汽和汽輪機真空度微降所引起的功量損失，所以，機組經(jīng)濟性無例外都是提高的。

紅雁池電廠煙氣余熱回收裝置改造后，穩(wěn)定運行近2個月，節(jié)能效果明顯。節(jié)煤情況的計算數(shù)據(jù)依據(jù)汽輪機額定(TRL)工況(換熱器出口煙溫降低到110℃)數(shù)據(jù)，經(jīng)過改造前、后經(jīng)濟指標對比計算得出節(jié)能量，具體情況見表2。

表2 煙氣余熱回收裝置改造前、后TRL工況經(jīng)濟指標對比

通過煙氣余熱回收裝置改造前后TRL工況經(jīng)濟指標對比(出口煙溫110℃)可以看出，改造后的煙氣余熱回收裝置可使供電煤耗率降低了4.2 g/kW·h，如果機組年利用小時數(shù)按5500 h計算，可節(jié)約標準煤6237 t。按照每噸標煤單價160元計算，可節(jié)約生產(chǎn)成本99.79萬元。

6 結論

(1)#4鍋爐煙氣余熱回收裝置全組投運后使鍋爐排煙溫度從160℃降低到110℃左右，這部分煙氣余熱利用后，既能達到較好的脫硫效果，又可以使每臺機組的發(fā)電煤耗降低4.2 g/(kW·h)以上，加裝煙氣余熱回收裝置產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。

(2)吸收塔入口煙氣溫度同比降低了50℃，使吸收塔內(nèi)蒸發(fā)水量減少了43.13 t/h，濕煙氣的流量減少了12%左右，煙氣流速降低了2.29 m/s。煙氣的攜帶動能大大減小，大大減輕了排放煙氣中的石膏含量，有效減少了“石膏雨”現(xiàn)象。

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