李東明
(陜西延長石油富縣發(fā)電有限公司,陜西 西安 710000)
火力發(fā)電廠以朗肯循環(huán)為基礎(chǔ)進(jìn)行熱功轉(zhuǎn)換獲得電能,根據(jù)熱量法的分析,發(fā)電廠的主要熱量損失由汽輪機(jī)冷源損失和鍋爐煙氣排熱損失引起。目前,火力發(fā)電廠大致可以通過以下五種方法提高全廠的熱效率。一是提高蒸汽參數(shù);二是采用再熱系統(tǒng)和增加再熱級數(shù)提高循環(huán)熱效率;三是優(yōu)化機(jī)組熱力系統(tǒng)和降低廠用電率;四是降低汽輪機(jī)的排汽參數(shù);五是降低鍋爐煙氣的排放熱損失。
對大型機(jī)組而言,汽輪機(jī)冷源損失已從材料、系統(tǒng)優(yōu)化方面進(jìn)行了改進(jìn),取得了一定效果,其余只能從排煙熱損失方面入手,提高全廠的熱經(jīng)濟(jì)性。火電廠鍋爐排煙損失是鍋爐各項熱損失中最大的一項,火電廠鍋爐的排煙溫度通常為120~150 ℃,相應(yīng)的熱損失相當(dāng)于燃料熱量的5%~12%,如果能把這些熱量回收再利用,將為整個社會的節(jié)能做出重大貢獻(xiàn)。為此,煙氣余熱利用裝置開始被廣泛關(guān)注和應(yīng)用[1]。
鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)本質(zhì)是通過換熱介質(zhì)回收鍋爐排煙“廢熱”加以利用,以達(dá)到節(jié)約能源的目的?!坝酂帷眮碓粗饕锌疹A(yù)器出口排煙所含熱量(低能級利用)、空預(yù)器旁路煙氣所攜帶熱量(高能級利用、多能級利用)以及熱風(fēng)調(diào)溫系統(tǒng)?!坝酂帷崩眯褪街饕小凹訜岬蛪耗Y(jié)水”“加熱高壓給水”“加熱冷風(fēng)”和“加熱煙囪排煙”等。
2.2.1 低(低)溫省煤器系統(tǒng)
目前,煙氣余熱利用系統(tǒng)多采用一級或二級換熱器,換熱器安裝位置有電除塵入口、電除塵出口、脫硫島入口等位置。以常見的600 MW等級超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組為例,爐側(cè)低省出口煙氣溫度一般為90~100 ℃,采用低(低)溫省煤器系統(tǒng)時,機(jī)側(cè)匹配入口水溫控制在70~90 ℃,取水多來自于7號低加出口,回水至6號低加入口。如圖1所示。
圖1 低(低)省煤器系統(tǒng)
2.2.2 熱風(fēng)調(diào)溫+低低溫省煤器系統(tǒng)
熱風(fēng)調(diào)溫系統(tǒng)通過不用(或少用)一次冷風(fēng),達(dá)到降低排煙溫度的目的。磨煤機(jī)入口風(fēng)溫依靠每臺磨煤機(jī)入口風(fēng)道設(shè)置的以凝結(jié)水為介質(zhì)的風(fēng)溫冷卻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)如圖2所示。
圖2 熱風(fēng)調(diào)溫+低低溫省煤器系統(tǒng)
2.2.3 熱媒水暖風(fēng)器+低溫省煤器系統(tǒng)
低省系統(tǒng)煙氣換熱器安裝于電除塵入口,熱媒水暖風(fēng)器吸熱端安裝于脫硫吸收塔前,脫硫塔后煙道未設(shè)置換熱器。低省系統(tǒng)設(shè)計煙氣換熱器設(shè)計進(jìn)口煙溫為155.8 ℃/134.7 ℃,出口煙溫120 ℃,煙溫降35.8 ℃/14.7 ℃;熱媒水暖風(fēng)器吸熱端設(shè)計進(jìn)口煙溫125 ℃,出口煙溫95 ℃,煙氣溫降30 ℃;熱媒水暖風(fēng)器空氣溫升53 ℃。系統(tǒng)如圖3所示。
圖3 熱媒水暖風(fēng)器+低溫省煤器系統(tǒng)
2.2.4 MGGH+低低溫省煤器系統(tǒng)
如圖4所示,該系統(tǒng)在除塵器入口和脫硫塔出口各布置一級低溫省煤器,通過高溫?zé)煔饧訜釤崦剿岣呙摿蛩隹跓煖兀_(dá)到消白煙的目的;除塵器入口低低溫省煤器再次降低電除塵入口煙溫,達(dá)到提高除塵器效率的目的。
圖4 MGGH+低低溫省煤器系統(tǒng)
2.2.5 帶空預(yù)器旁路的余熱多能級利用系統(tǒng)
如圖5所示,該系統(tǒng)在空預(yù)器旁路中設(shè)置加熱給水的高溫省煤器系統(tǒng)、加熱凝結(jié)水的低溫省煤器系統(tǒng);在空預(yù)器出口煙道(混合后)設(shè)置熱媒水暖風(fēng)器系統(tǒng)或低低溫省煤器系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)煙氣熱量的多能級綜合利用。
圖5 空預(yù)器旁路的余熱多能級利用系統(tǒng)
為研究機(jī)組參數(shù)對最佳余熱利用方式選擇的影響,根據(jù)某集團(tuán)制作的煙氣余熱利用裝置調(diào)研結(jié)果,如表1所示,以660 MW超超臨界機(jī)組為例,均以深度節(jié)能(煙氣溫度降至90 ℃)為邊界,比較不同方案的節(jié)能量[2]。
從節(jié)能量角度分析,余熱熱品質(zhì)越高,節(jié)能效果越明顯;排擠的抽汽壓力品質(zhì)越高,節(jié)能效果越明顯。同樣煙氣冷卻深度前提下,余熱利用系統(tǒng)不同或相同的系統(tǒng)下水側(cè)設(shè)計方案不同,節(jié)能效果差異較大。根據(jù)表1中低(低)省煤器方案所述,取水溫度82.3 ℃與煙氣冷端溫度90 ℃之間傳熱溫壓過小,受熱面設(shè)計受限,實(shí)際設(shè)計中多采用工況4所述混水方案進(jìn)行設(shè)計,最大節(jié)能量為0.94 g/(kW·h)。采用空預(yù)器旁路+熱媒水暖風(fēng)器系統(tǒng)節(jié)能效果最佳,低省+熱媒水暖風(fēng)器節(jié)能效果次之,傳統(tǒng)的簡單低省系統(tǒng)節(jié)能效果較差[3]。
熱媒水暖風(fēng)器換熱功率即空預(yù)器進(jìn)口空氣溫度,對空預(yù)器出口煙氣溫度影響較大,進(jìn)而影響機(jī)側(cè)取水、回水點(diǎn)設(shè)計。熱媒水暖風(fēng)器換熱功率影響(出口空氣溫度)空預(yù)器出口煙氣溫度,熱媒水暖風(fēng)器后空氣溫度越高,空預(yù)器出口煙氣溫度越高,機(jī)側(cè)取水溫度更高,可排擠更高一級抽汽,實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益最大化;因此,如果新建機(jī)組,推薦優(yōu)選煙氣旁路設(shè)計;在役機(jī)組,煙氣余熱利用節(jié)能改造時,推薦采用熱媒水暖風(fēng)器+低(低)省系統(tǒng)。
表1 采用不同余熱利用系統(tǒng)時,機(jī)組發(fā)電煤耗(THA)計算匯總
通過分析和計算國內(nèi)火力發(fā)電廠采用的不同煙氣余熱利用裝置可知,針對不同的機(jī)組和實(shí)現(xiàn)不同的功能,煙氣余熱利用裝置的選型不同,采用空預(yù)器旁路+熱媒水暖風(fēng)器系統(tǒng)節(jié)能效果最佳,低省+熱媒水暖風(fēng)器節(jié)能效果次之,傳統(tǒng)的簡單低省系統(tǒng)節(jié)能效果較差。