低壓省煤器技術在660MW超超臨界機組中的可行性研究

馬新峰

【摘 要】 在電廠的熱系統(tǒng)內增設低壓省煤器是降低發(fā)電標準煤耗的有效措施。論述了火電廠低壓省煤器系統(tǒng)的節(jié)能原理、工程應用優(yōu)勢、及若干重要的運行特性。

【關鍵詞】 電廠節(jié)能 低壓省煤器 排煙溫度

1 降低排煙溫度節(jié)能研究的背景

大型火電機組的節(jié)能減排是目前國家的重要國策，近年來，不斷惡化的大氣環(huán)境嚴重影響人們身體健康，同時國家節(jié)能減排的標準相對較為苛刻，開始適度控制新建燃煤機組的建設。燃煤發(fā)電機組的未來發(fā)展面臨著前所未有的生存壓力，各燃煤發(fā)電機組開始積極主動尋求降低煤耗的新技術、新方法，并加大了相關的資金投入。

目前國內火電機組的鍋爐排煙溫度大都在110℃～130℃之間。理論上，對于排煙溫度為110℃～130℃的鍋爐，傳統(tǒng)的理念認為已經滿足要求了，已經比較低了，繼續(xù)降低就可能出現(xiàn)腐蝕等不可靠因素的出現(xiàn)。但是國家要求的煙氣環(huán)保指標的提高，必須在尾部增設脫硫裝置。而濕法脫硫的最佳工作溫度為80℃～90℃。從110℃～130℃的煙氣溫度降低到80℃～90℃，其中蘊含著大量的熱量。有效利用鍋爐排煙余熱，降低排煙溫度實現(xiàn)深度節(jié)能，符合國家的節(jié)能減排政策，并可能使?jié)穹摿蛳到y(tǒng)使用的廠用電量與煙氣余熱再利用所發(fā)的電量抵消，從而可以實現(xiàn)“零能耗”脫硫。

2 國內外低溫省煤器目前的應用情況及安裝位置

2.1 低溫省煤器目前的應用情況

某660MW級機組電廠的鍋爐排煙設計溫度為127℃左右，但由于受燃料特性改變及運行環(huán)境變化，鍋爐實際運行排煙溫度也將會改變。雖然加裝低溫省煤器后煙氣阻力有所上升，但煙氣阻力的耗電量還不到節(jié)約成本的10%-20%，因此低溫省煤器能有效提高機組效率、節(jié)約能源，減少生產成本，具有良好的應用前景。

（1）目前在國內數(shù)十家電廠的上百臺機組上安裝了這種低壓省煤器的系統(tǒng)。以通遼發(fā)電廠為例，通遼發(fā)電總廠3號鍋爐系哈爾濱鍋爐廠生產的HG-670/140-HM12型超高壓自然循環(huán)煤粉爐，配200MW汽輪發(fā)電機組， 鍋爐排煙溫度達到160～170℃。在3號鍋爐尾部空氣預熱器后安裝東北電力科學研究院鍋爐所設計的余熱回收系統(tǒng)裝置后，鍋爐排煙溫度降低到135℃左右，顯著提高了全廠熱經濟性指標，達到節(jié)煤、降耗的目的。

山東某龍口發(fā)電廠，兩臺容量100MW發(fā)電機組所配鍋爐是武漢鍋爐廠設計制造的WGZ410/100—10型燃煤鍋爐，由于燃用煤種含硫量較高，且鍋爐尾部受熱面積灰、腐蝕和漏風嚴重，鍋爐排煙溫度高達170℃，為了降低排煙溫度，提高機組的運行經濟性，在尾部加裝了低溫省煤器。

（2）國外低溫省煤器技術較早就得到了應用。德國科隆Nideraussem 1000MW級褐煤發(fā)電機組采用分隔煙道系統(tǒng)充分降低排煙溫度，把低溫省煤器加裝在空氣預熱器的旁通煙道中，在煙氣熱量足夠的前提下引入部分煙氣到旁通煙道內加熱鍋爐給水。

日本的常陸那珂電廠采用了水媒方式的管式GGH。煙氣放熱段的GGH布置在電氣除塵器上游，煙氣被循環(huán)水冷卻后進入低溫除塵器（煙氣溫度在90～100℃左右），煙氣加熱段的GGH布置在煙囪入口，由循環(huán)水加熱煙氣。煙氣放熱段的GGH的原理和低溫省煤器一樣。

國內大部分工程和日本的情況相類似，鍋爐設計排煙溫度不高（125℃左右），經過低溫省煤器后煙氣溫度可降低到85℃左右。

2.2 低溫省煤器安裝位置

由于低溫省煤器的傳熱溫差低，因此換熱面積大，占地空間也較大，所以在加裝低溫省煤器時，需合理考慮其在鍋爐現(xiàn)場的布置位置。

2.2.1 低溫省煤器布置在除塵器的進口

日本的不少大型火電廠，如常陸那珂電廠（1000MW）和Tomato-Atsuma電廠（700MW）等都有類似的布置。管式的GGH煙氣放熱段布置在空預器和除塵器之間。管式GGH將煙氣溫度降低到90℃左右，除塵器的飛灰比電阻可從1012Ω-cm下降到1010Ω-cm，這樣可提高電氣除塵器的運行收塵效率。低溫省煤器布置在除塵器的進口，除塵器下游的煙氣體積流量降低了約5%，因此其煙道、引風機、增壓風機等的容量也可相應減少，降低了運行廠用電。據計算，每臺660MW級機組節(jié)約引風機和增壓風機廠用電共約1000kW。需要指出的是除塵器和風機的選型仍應該考慮125℃低溫省煤器未投運時的情況。

這種布置方式最大的風險是腐蝕。因為經過低溫煙氣換熱器后的煙氣溫度已經在酸露點以下，除塵器、煙道、引風機、增壓風機均存在腐蝕的風險。根據日本的有關技術資料，未經除塵器收塵的煙氣中含有較多的堿性顆粒，可中和煙氣中凝結的硫酸微滴，低溫除塵器及其下游的設備并“不需要進行特別的防腐考慮”，而且日本的不少大機組運行低溫除塵器也有良好的業(yè)績，因此，這種布置方式應該是可行的。

2.2.2 低溫省煤器布置在脫硫吸收塔的進口

德國一些燃燒褐煤的鍋爐將低溫省煤器布置在吸收塔入口。低溫省煤器將煙氣溫度從160℃降低到100℃后進入吸收塔，被煙氣加熱的凝結水再加熱冷二次風。

這種方式的低溫省煤器實際上起到管式GGH加熱器中煙氣冷卻的作用。煙氣經過除塵器后，低溫省煤器處于低塵區(qū)工作，因此飛灰對管壁的磨損程度將大大減輕。由于煙氣中的堿性顆粒幾乎被除塵器捕捉，其出口煙氣帶有酸腐蝕性。但是由于其布置位置在除塵器、引風機、增壓風機之后，煙氣并不會對這些設備造成腐蝕，因而避免了腐蝕的危險。因為吸收塔內本來就是個酸性環(huán)境，煙氣離開吸收塔時溫度約為45℃。塔內進行了防腐處理。這種布置方式只要考慮對低溫省煤器的低溫段材料和低溫省煤器與吸收塔之間的煙道進行防腐。

采用這種布置方式的缺點是無法利用煙氣溫度降低帶來的提高電氣除塵器運行效率、減少引風機和增壓風機功率的好處；其次，其布置位置遠離主機，用于降低煙氣溫度的凝結水管道也較長，凝結水泵需克服的管道阻力及電耗也更高。

3 本機組適合安裝低溫省煤器的有利條件

大唐南京發(fā)電廠一期工程2×660MW機組鍋爐系哈爾濱鍋爐廠制造的2030t/h超超臨界鍋爐，鍋爐設計排煙溫度為140℃（THA），鍋爐設計效率94.4%。根據搜集到的現(xiàn)有資料，大唐南京發(fā)電廠實現(xiàn)深度降低排煙溫度的有利條件：

（1）將深度降低排煙溫度節(jié)能裝置的受熱面布置在引風機前面，其壁溫控制在露點之上，不會發(fā)生低溫腐蝕。一方面提高了裝置的安全性，另一方面煙氣在進入引風機之前，經過受熱面降溫，體積流量減小，可降低引風機功率，減小引風機電耗。

（2）機組的設計爐機參數(shù)與煤質非常適合高效回用煙氣余熱，節(jié)能效果顯著。本項目實施后，將降低供電標準煤耗值1.2g/kw.h，每年可節(jié)約標煤3267噸。

（3）本機組裝設排煙深度節(jié)能裝置后，可在鍋爐煙氣進入脫硫系統(tǒng)前將排煙溫度降至100℃，使得脫硫系統(tǒng)可不設置GGH系統(tǒng)，減少了投資。

基于上述觀點，實施深度降低排煙溫度技術不僅是可行的，而且是合理的，經濟效益巨大。

4 設計方案介紹

4.1 系統(tǒng)

以大唐南京發(fā)電廠為例，低溫省煤器布置在空預器之后、除塵器之前的水平煙道上，1臺爐布置4臺低溫省煤器，額定工況下可將排煙溫度由140℃降至100℃。

低溫省煤器工質取自#7低加出口，取水溫度73.2℃（THA），水量1194t/h，回水至#6低加入口，回水溫度為95.7，提高了回水溫度，節(jié)省了高品質的回熱抽汽，產生較高的節(jié)能效果。為保證低溫省煤器進口水溫為設計的73.2℃，防止直接進入低溫省煤器凝結水溫偏低，使管束壁溫過低，造成嚴重的低溫結露，在進出口管路間設置再循環(huán)系統(tǒng)。再循環(huán)系統(tǒng)設置兩臺變頻控制的水泵，運行方式一用一備。機組低負荷工況運行時，取低溫省煤器出口部分高溫水與入口冷水混合，以提高低溫省煤器入口水溫，保證設備不會因為水溫過低帶來嚴重的腐蝕和積灰，以維持系統(tǒng)的工作安全和正常運行。

在低溫省煤器進出口母管間設計分流旁路電動調節(jié)閥，用來調節(jié)省煤器系統(tǒng)入水口的流量。當出口煙氣溫度小于100℃時，分流支路調閥打開。通過調節(jié)調節(jié)閥開度，控制省煤器進水流量，進而保持煙氣側出口溫度始終不低于100℃，確保煙溫降在合理范圍內，避免機組低負荷時低溫省煤器的腐蝕問題。

4.2 加裝低溫省煤器后需要考慮

（1）低溫省煤器在運行中藥管子它的防腐和防煙塵堵塞，需要一定的維護工作量。具體工程可根據已經投運的經驗，考慮煙氣腐蝕、阻力、磨損和價格等因素選擇合適的換熱管材料和形式、設置吹灰器和清洗水系統(tǒng)等具體措施。

（2）660MW級機組如采用鍋爐引風機和增壓風機合并的方案，煙道中布置低溫省煤器，則風機的阻力將新增約600Pa，電機的功率增加400KW左右，風機所配套電機的功率在8000KW以下，電廠廠用電系統(tǒng)采用6KV電壓等級可以滿足啟動要求。

5 實施上述方案的可行性

（1）山東大學熱力設備節(jié)能研究團隊和青島達能動力技術有限責任公司關于降低鍋爐排煙溫度的工程改造已經近十年，成功完成了數(shù)十臺各種型號的鍋爐降低排煙溫度的改造，積累了許多工程改造經驗。改造后，鍋爐排煙溫度降低20℃～40℃，節(jié)省供電煤耗1.5～4g/kwh，可以產生巨大的經濟效益。

（2）由于受熱面布置在電除塵之后，降低了受熱面磨損、積灰的可能性。

（3）低壓省煤器傳熱元件采用鎳鉻滲層零隙阻釬焊螺旋翅片管，接觸熱阻幾乎為零，抗腐蝕，耐磨損。

故該方案無論是技術上，還是經驗上都是成熟的。

6 經濟性分析

實施本設計方案，可為發(fā)電廠帶來如下經濟效益，以大唐南京發(fā)電廠2x660MW超超臨界機組為例：

（1）660MW機組在VWO工況運行時，加裝低溫省煤器后，低加少抽氣可以增加發(fā)電量約4MW。

（2）低溫省煤器回收了部分煙氣熱量，節(jié)約了燃煤，器經濟效益非常明顯的。煙氣換熱器回收的熱量約為36.13MJ/s；在THA工況下，汽輪機機組絕對效率提高0.24%；全廠發(fā)電效率提高0.22%，由此降低發(fā)電標準煤耗1.2g/kwh，以750元/t的標煤價計算，若年等效運行小時為5500h，則每臺機組全年的燃料成本可下降約750.75萬元。

7 本方案的優(yōu)點分析

（1）深度降低排煙溫度30～40℃。這樣大的溫度降低是任何一個其它方案都無法達到的，因此本方案可以取得最大的經濟效益。

（2）把低壓省煤器設置在引風機之前，在顯著降低鍋爐排煙溫度的同時，可以使煙氣體積流量減小，引風機的電耗降低，保證了引風機的負荷。

（3） 本技術把鍋爐的余熱利用與汽輪機的回熱系統(tǒng)巧妙地結合起來，對于鍋爐燃燒和傳熱不會產生任何不利影響。

（4）裝設低壓省煤器，實際上減少了抽汽量，增大了汽機通流部分的通流量，所以可以改善流場的充滿度，減少流動損失，提高低壓部分的內效率。

8 結語

經分析660MW級機組采用低溫省煤器可以通過加熱凝結水提高機組熱效率，節(jié)能、節(jié)水效果顯著，雖在國內的運用還屬于起步階段，但在國外大機組上的運用已經積累了豐富的經驗。隨著國內工程的運用和推廣，可以積累更多的設計、制造和運行維護經驗，進一步降低設備造價，達到“節(jié)能減排”，提高經濟效益的目的，符合國家節(jié)能減排的政策，具有很好的發(fā)展前景和應用推廣價值。

參考文獻

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