新建660 MW 機組煙氣余熱利用方案及經(jīng)濟性分析

王光磊，高緒棟，王宗群，紀興林

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

降低排煙熱損失是提高燃煤電廠機組運行效率的重要措施之一，而排煙熱損失的主要影響因素是排煙溫度［1］，研究表明，排煙溫度每降低10 ℃，排煙熱損失降低0.6%～1.0%左右。因此，降低排煙溫度對提高機組運行效率具有重要意義。

在鍋爐尾部煙道中增設(shè)低溫省煤器系統(tǒng)是應用最為廣泛、節(jié)能效果最為明顯的煙氣余熱利用措施之一。德國和日本是較早采用煙氣余熱回收利用的國家。德國的黑泵電廠在靜電除塵器和煙氣脫硫塔之間加裝了煙氣冷卻器，利用煙氣加熱凝結(jié)水；日本常陸那柯電廠利用水媒方式的管式煙氣加熱器（Gas Gas Heater，GGH）對煙氣余熱進行有效利用，均帶來了顯著的經(jīng)濟效益［2-3］。

在國內(nèi)，山東大學等高校及研究機構(gòu)對煙氣余熱利用進行了研究［3-4］。近些年，隨著我國對機組能耗的高標準要求，新建及現(xiàn)役機組一般直接設(shè)計或者加裝余熱利用系統(tǒng)。如山東能源盛魯2×1 000 MW 機組、外高橋三期2×1 000 MW 機組等均設(shè)置了低溫省煤器系統(tǒng)［5］。

1 煙氣余熱利用技術(shù)方案

低溫省煤器的設(shè)置方案有多種，最常見的方案就是在空氣預熱器之后的煙道上設(shè)置一級或二級低溫省煤器直接加熱凝結(jié)水回收余熱。此外，還有一些深度利用煙氣余熱的技術(shù)方案，如帶空氣預熱器旁路的三級或四級高低壓換熱器方案等，深度余熱利用由于系統(tǒng)復雜，投資高，通常應用于高標準建設(shè)的百萬機組。

以處在“一帶一路”國家中的2×660 MW 燃煤坑口電站工程為例，受限于工程初投資，該工程不考慮煙氣余熱深度利用。

1.1 方案Ⅰ：一級省煤器方案

將低溫省煤器布置在除塵器前的4 根水平煙道內(nèi)，每根煙道布置1 臺，一臺鍋爐共布置4 臺?？諝忸A熱器出口煙氣經(jīng)過低溫省煤器后煙氣溫度由132.6 ℃降至105 ℃。低溫省煤器水側(cè)按照汽機廠提供的熱平衡圖分析將分別從8 號低壓加熱器進口和7 號低壓加熱器出口取部分凝結(jié)水混合至75 ℃（可調(diào)），經(jīng)低溫省煤器加熱后，回至6 號低壓加熱器進口。系統(tǒng)設(shè)有熱水再循環(huán)泵用于控制低溫省煤器的取水量，控制低溫省煤器入口水溫在80 ℃以上。系統(tǒng)設(shè)置如圖1 所示。

圖1 一級省煤器方案系統(tǒng)流程

1.2 方案Ⅱ：二級省煤器方案

低溫省煤器設(shè)計分兩級布置，將一級低溫省煤器布置在除塵器前的4 根水平煙道內(nèi)，每根煙道布置1 臺，一臺鍋爐共布置4 臺。二級低溫省煤器設(shè)計布置在引風機出口后的2 根垂直煙道內(nèi)，每根煙道布置1 臺，一臺鍋爐共布置2 臺。空氣預熱器出口煙氣經(jīng)一級低溫省煤器后煙氣溫度由132.6 ℃降至105 ℃。引風機后煙氣經(jīng)二級低溫省煤器后煙氣溫度由110 ℃降至85 ℃。低溫省煤器水側(cè)從8 號低壓加熱器進口和7 號低壓加熱器出口取部分凝結(jié)水混合至65 ℃，經(jīng)低溫省煤器加熱后，回至6 號低壓加熱器進口。系統(tǒng)設(shè)置如圖2 所示。

圖2 二級省煤器方案系統(tǒng)流程

兩種方案低溫省煤器的換熱面管束的設(shè)計壽命均為10 年。

2 經(jīng)濟性分析

2.1 初投資比較

增設(shè)低溫省煤器系統(tǒng)以后，一方面會增加投資，包括低溫省煤器本體系統(tǒng)，土建及安裝費用等；另一方面，由于煙氣經(jīng)低溫省煤器降溫后進入除塵器，煙氣體積減小，飛灰比電阻降低，可大大提高除塵器的收塵性，可采用較小的除塵器規(guī)格及能耗、較低的占地，會降低除塵器部分的初投資。初投資比較詳見表1。

表1 投資比較（一臺鍋爐） 萬元

2.2 燃料成本比較

根據(jù)計算結(jié)果得知，加裝低溫省煤器系統(tǒng)之后，機組可以降低發(fā)電煤耗，每年節(jié)約的燃料量可以通過式（1）計算。燃料成本比較，見表2。

式中：ΔB 為全年節(jié)約燃煤量，t；W 為計算期發(fā)電量，kWh；Δb 為降低發(fā)電煤耗量，g／kWh；t 為機組發(fā)電年利用小時，h。

2.3 運行維護成本

機組尾部煙道安裝低溫省煤器后，煙氣阻力和工質(zhì)阻力增加，會引起引風機電耗耗增加；但同時，煙溫降低導致煙氣體積減小，會減小引風機電耗。此外，系統(tǒng)新增設(shè)的水泵也會相應地增加電耗。綜合計算得出，方案Ⅰ與方案Ⅱ較不增設(shè)低溫省煤器方案，運行電耗分別增加225 kW 與552.5 kW，當?shù)氐碾妰r為0.197 元／kWh，年運行電耗增加成本分別增加31.05 萬元與76.26 萬元。

表2 燃料成本比較（單臺鍋爐）

系統(tǒng)越復雜，檢修維護費用也越高。方案Ⅰ與方案Ⅱ較不增設(shè)低溫省煤器方案，經(jīng)咨詢同類電廠的運行及檢修人員，年檢修維護費用分別增加約10 萬元與20 萬元。

2.4 年節(jié)省費用比較

通過上述計算，可以得到年節(jié)省費用的差額表，見表3。

表3 費用差額比較（單臺爐） 萬元

2.5 經(jīng)濟性分析

采用凈現(xiàn)值法對兩種方案進行可行性分析

式中：A 為年節(jié)省費用；P 為年節(jié)省費用現(xiàn)值；i 為表示貸款利率，取5.2%；n 為節(jié)省費用年限。

在低溫省煤器10 年壽期內(nèi)，利用式（2）計算得到方案Ⅰ的凈現(xiàn)值P=1177 萬元，大于初投資570 萬元，方案Ⅱ的凈現(xiàn)值P=1686 萬元，小于初投資1 706 萬元，從凈現(xiàn)值的角度看，方案Ⅱ不可行。

從動態(tài)投資回收期的角度看，經(jīng)過計算方案Ⅰ的動態(tài)投資回收期為4.3 年，經(jīng)濟效果較好。

由此可以看出，上述兩種低溫省煤器設(shè)置方案，均能起到節(jié)約煤耗、節(jié)能的作用，經(jīng)過比較，方案Ⅰ的經(jīng)濟性較好，且系統(tǒng)簡單，調(diào)節(jié)靈活，本工程采用在除塵器前設(shè)置一級低溫省煤器的煙氣余熱利用方案。

3 結(jié)語

以國外新建660 MW 機組為工程應用背景，提出了兩種煙氣余熱利用方案，技術(shù)經(jīng)濟比較結(jié)果表明：采用低溫省煤器方案能夠有效地降低排煙溫度，回收煙氣余熱，設(shè)置一級低溫省煤器經(jīng)濟性優(yōu)于設(shè)置二級低溫省煤器。