电厂烟气余热利用方案设计

崔超，沈煜晖

(1.华北电力大学，北京 102206;2.中国华电工程(集团)有限公司，北京 100035)

0 引言

某电厂2台200 MW机组配套锅炉为超高压一次中间再热自然循环流化床锅炉。锅炉排烟温度设计为142℃，在实际运行中，由于入炉煤偏离设计煤种较大，导致锅炉排烟温度偏高，年均达到160℃，夏季最高超过165℃，会影响锅炉效率1.0% ～2.2%，严重影响机组经济性。由于排烟温度过高影响除尘器的运行安全和除尘效率，所以，降低排烟温度，增设锅炉尾部烟气余热利用系统势在必行。

1 设计原始资料

1.1 煤质资料

该电厂燃烧煤种为长焰煤和褐煤，煤质数据见表1。

表1 煤质数据

1.2 烟气参数

该电厂每台锅炉配1台双室一电场三袋区电-袋除尘器，空气预热器出口烟气年平均温度为160℃，烟气流量为851128 m3/h。

2 设计方案

2.1 方案介绍

该项目应用低温省煤器技术对某电厂锅炉进行烟气余热利用改造，将锅炉尾部烟气余热回收用于加热凝结水。

在空气预热器出口至原静电除尘器烟气入口的烟道范围内布置低温省煤器，低温省煤器布置在除尘器进口竖直烟道上。

低温省煤器的介质引自凝结水系统，采用了低压加热器回热系统和低压省煤器并联的方式。低温省煤器采用顺列管排逆流布置，根据低温省煤器结构对原烟道进行了改造，采取相应措施减少烟气流阻，使烟气流阻控制在引风机要求允许范围内(＜300Pa)，不会影响引风机的安全运行。对原烟道承载系统增加低压省煤器后的承载能力进行计算，采取加固措施。

采用耐磨、耐腐蚀材料制造低温省煤器，可满足低温省煤器抗磨损、抗腐蚀的需求，以保障低温省煤器的使用寿命。采取可靠的低温省煤器自吹灰措施，保障低温省煤器换热效果，设有气脉冲吹灰器。

设置低温省煤器介质流量控制系统，运行中可根据机组负荷和排烟温度情况调节流量，合理控制排烟温度。受热面设计有一定裕量，设置多组回路，保证在低温省煤器意外泄漏时，能及时隔离漏泄部分的低温省煤器管束，保证其他受热面的正常运行，以保证排烟温度在设计值的范围内。

2.2 露点计算

采用冯凯所著《锅炉原理及计算》推荐的经验公式，烟气酸露点计算如下:

式中:t1d为烟气的露点温度，℃为烟气的水蒸气露点温度，℃;β为常数，当过量空气系数α=1.4～1.5时，取β=129，当过量空气系数α=1.2时，取β=121;和为收到基的折算硫分及灰分，g/MJ;αfh为飞灰系数，取0.7。

2.3 系统拟定

单台锅炉拟设置2台换热器，布置在布袋除尘器入口垂直烟道。烟气温度从160℃降到135℃。低温省煤器的介质引自凝结水系统，采用了低压加热器回热系统和低温省煤器并联的方式。凝结水的出水口引自#1低压加热器凝结水出口，回水口接至#2低压加热器的出口。在汽轮机热耗保证工况THA(Turbine Heat Acceptance)下，#1低压加热器凝结水出口水温为73℃，#2低压加热器出口凝结水水温为108℃。主要工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

2.4 主要设计参数

系统主要设计参数见表2。

3 方案投资效益分析

3.1 节煤量计算

(1)#2低压加热器回收的功率

式中:qVw=137 t/h，为水流量;h2s1=454.609 kJ/kg，为108℃，2.5 MPa时的比焓;h2s2=302.563 kJ/kg，为72℃，2.5 MPa时的比焓。

(2)#2低压加热器抽汽减少量

表2 主要设计参数

式中:h2s=2 882.5 kJ/kg，为#2低压加热器抽汽的比焓;h2w=465.8 kJ/kg，为#2低压加热器抽汽疏水的比焓。

(3)#2低压加热器抽汽继续做功的功率

式中:hs0=2414.8 kJ/kg，为汽轮机排汽比焓。

(4)#3低压加热器回收的功率

式中:qVw=137 t/h，为水流量;h3s1=454.609 kJ/kg，为108℃，2.5 MPa时的比焓;h3s2=505.38 kJ/kg，为120℃，2.5 MPa时的比焓。

(5)#3低压加热器抽汽减少量

式中:h3s=2980 kJ/kg，为#3低压加加热抽汽比焓;h3w=534.7 kJ/kg，为#3低压加热器抽汽疏水比焓。

(6)#3低压加热器抽汽继续做功的功率

式中:hs0=2414.8 kJ/kg，为汽轮机排汽比焓。

(7)节约的总功率为

(8)降低发电煤耗量

式中:G=350 g/(kW·h)，为发电标准煤耗;P=220000 kW，为发电机组功率。

(9)等效标准煤量

式中:n为机组个数，n=2;hr为设备每年运行小时数，按5000 h计算。

3.2 工艺系统投资分析

低温换热器投资估算见表3。表中为2台机组的投资数据，其中单台机组设备总投资约200万元。

表3 投资估算

按照国家相关节能政策，年节约标准煤5 000 t以上的节能改造工程可以申请节能改造财政补贴，每吨标准煤补贴300元，该工程还可申请补助约164万元。

3.3 建议

由于该项目低温省煤器安装在布袋除尘器入口，含尘量大，磨损严重，为避免长时间运行后局部换热管泄漏，建议在换热器设计时适当加大换热管壁厚。为了确保换热管意外泄漏，建议在布袋除尘器入口烟道增加湿度仪，及时进行处理。

在安装调试阶段，需要用高压水进行管道冲洗，但是由于现场施工条件有限，存在着清洗不干净的可能性。如果管道内遗留的杂物进入电厂凝结水系统，有可能堵塞加热器。为此，建议在加热水进入凝结水系统前加装过滤器，防止管道内残余物进入凝结水系统。

4 结论

通过上述论证分析可以看出，在布袋除尘器入口烟道加装低温换热器系统，可保护布袋除尘器的安全运行并部分回收锅炉排烟热损失。经初步计算，煤耗能够降低2.49 g/(kW·h)，2台机组每年可节约标准煤5478 t，可在1年内收回全部投资，经济效益显著。同时由于节省了燃煤，有利于减少污染物的排放。

综上所述，该工艺技术工程实施的可行性好，节能效果显著，具有较好的环境效益、资源效益和企业效益，符合国家倡导的“节能减排、节约资源、环境友好、循环经济”能源国策的要求。

该工艺同时节约了煤炭资源，对于机组排烟温度较高、煤价较高的全国火电厂，有着很好的借鉴意义。

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