煙氣余熱回收裝置應(yīng)用實例

上海上電電力工程有限公司 王吉翔 譚 青 王偉敏

章 良 張彥琦 胡遠濤

1 概述

我國火力發(fā)電廠燃煤蒸汽鍋爐的蒸發(fā)量從每小時幾噸到數(shù)千噸不等，排煙溫度大約在140℃-180℃之間，鍋爐的熱效率約在87%-94%之間。而排煙熱損失是影響鍋爐熱效率的一個重要因素。為了減少熱量損失，提高鍋爐/機組運行的經(jīng)濟性，于是就有了在煙道上加裝煙氣余熱回收裝置的需求。

煙氣余熱回收裝置是對原有鍋爐的風(fēng)煙和水系統(tǒng)（凝結(jié)水、除鹽水等）進行改造，利用鍋爐尾部煙氣的熱量加熱水，減少相應(yīng)熱交換器（除氧器、低壓加熱器等）的蒸汽消耗。

目前已經(jīng)運行和正在進行的煙氣余熱利用項目都把換熱后的煙氣溫度控制在80-115℃范圍內(nèi)。因此，從目前的實際出發(fā)煙氣的溫度還存在幾十度的下降空間。根據(jù)現(xiàn)有的成功經(jīng)驗，可在煙道上增加換熱器對此部分煙氣余熱進行回收，利用鍋爐煙氣的余熱加熱凝結(jié)水/除鹽水，減少除氧器、低壓加熱器等的加熱蒸汽消耗量，增發(fā)電量，從而取得節(jié)能效益。

2 應(yīng)用實例

2.1 項目概況

某發(fā)電廠總裝機容量為24MW，配備有2臺65t/h燃煤鍋爐和2臺12MW非調(diào)整抽汽式汽輪機組，每臺機組具備10t/h的供汽能力，鍋爐排煙溫度為140℃左右。凝結(jié)水匯同除鹽水補水，由凝泵升壓、經(jīng)軸封加熱器、低壓加熱器后進入凝結(jié)水母管，再分別送至兩臺除氧器進行加熱除氧，除氧器加熱蒸汽取自機組抽汽。除氧后的凝結(jié)水進入低壓給水母管，由給水泵送至高壓給水母管后進入鍋爐。

鍋爐省煤器排出煙氣則經(jīng)空氣預(yù)熱器進入電除塵，由引風(fēng)機送入煙囪排出。每臺鍋爐煙氣系統(tǒng)配備1臺單吸、雙支承、單出口、離心式引風(fēng)機。改造前系統(tǒng)簡圖見圖1。

本項改造與發(fā)電廠的脫硫改造同期進行。脫硫系統(tǒng)采用不設(shè)GGH（GasGasHeater：空氣熱交換器）的石灰石-石膏濕法脫硫工藝，具備降低煙氣溫度的條件，并可減少制漿工藝水的消耗。由于目前電除塵器的粉塵排放濃度在200mg/N m3左右，適當降低進入電除塵的煙氣溫度有助于減少電除塵的粉塵排放，提高石膏的品質(zhì)，有利于脫硫系統(tǒng)的運行，為此煙氣/凝結(jié)水換熱器采用電除塵前/引風(fēng)機后兩級布置，第一級布置于電除塵前的垂直煙道上,進入電除塵的煙氣溫度按110℃控制。第二級布置于引風(fēng)機出口至吸收塔的垂直上升段上，煙氣溫度降低至100℃左右，以充分利用煙氣余熱。

2.2 主要改造內(nèi)容

煙氣系統(tǒng)增加兩級串聯(lián)逆流布置煙氣/凝結(jié)水換熱器，在電除塵前煙道布置一級換熱器，在引風(fēng)機后煙道上布置二級換熱器，即可以提高電除塵的效率，也可以最大限度地利用煙氣余熱。改造后的系統(tǒng)見圖2。

凝結(jié)水系統(tǒng)增加凝結(jié)水增壓泵，換熱器的冷端水取自低壓加熱器進、出口的混合水，該混合水的溫度通過調(diào)門控制在不低于65℃的水平，凝結(jié)水全流量流經(jīng)換熱器升溫后引入除氧器進行加熱除氧，由于減少了低壓加熱器內(nèi)的凝結(jié)水流量，因此可以減少低壓加熱器的抽汽量，并且換熱器出口水溫高于原除氧器入口水溫（84℃左右），從而可以減少除氧器加熱的抽汽。減少的低加及除氧器抽汽可實現(xiàn)增發(fā)電量的節(jié)能效益。

由于仍保留了原凝結(jié)水管道和系統(tǒng)，在改造設(shè)備故障時，系統(tǒng)可以方便的恢復(fù)到原方式運行。

2.3 技術(shù)說明

（1）換熱器

1）本煙氣換熱器中的熱交換管采用具有專有技術(shù)的“H”型鰭片管換熱器（鰭片管結(jié)構(gòu)見圖3）。

圖3 H型鰭片管結(jié)構(gòu)

它具有較多的擴展受熱面面積、優(yōu)異的防磨性能、積灰少等優(yōu)點，既有較高的傳熱性能又能防止積灰結(jié)垢，H型肋片把空間分成若干個小的區(qū)域，對氣流有均流作用，因此在其它條件相同的情況下，磨損壽命可提高3-4倍。且H型肋片由于肋片焊接在管子不易積灰的兩側(cè)，使氣流筆直地流動，氣流方向不改變，鰭片不易積灰。

2）換熱器的材質(zhì)：

一級換熱器的材質(zhì)采用20G鍋爐鋼。二級換熱器的材質(zhì)采用N D鋼，它廣泛用于制造在含硫煙氣中服役的省煤器，空氣預(yù)熱器，熱交換器和蒸發(fā)器等裝置設(shè)備，用于抵御含硫煙氣結(jié)露點腐蝕，是“耐硫酸低溫露點腐蝕”常用鋼材。

（2）排灰和吹灰

一級換熱器入口的煙氣從兩側(cè)進入換熱器下方，換熱器下方設(shè)灰斗，該灰斗和電除塵灰斗一樣設(shè)置蒸汽加熱盤管。灰斗出口設(shè)閘閥，下連電動鎖氣器和箱式?jīng)_灰器，將灰水排入灰溝。

一、二級換熱器都設(shè)置耙式吹灰器，吹灰介質(zhì)采用機組供熱蒸汽，參數(shù)為1.2MP a、300℃。一級換熱器的上方和二級換熱器的下方布置蒸汽介質(zhì)的耙式吹灰器。耙式吹灰器是目前廣泛用于脫硝催化劑的吹灰器，吹灰效果較好。

（3）換熱器入口水溫的調(diào)節(jié)

二級換熱器入口的水溫應(yīng)控制在65℃以上，進入換熱器的水由低壓加熱器出口的凝結(jié)水和低壓加熱器入口的凝結(jié)水混合，通過調(diào)節(jié)低壓加熱器入口較低溫度水的流量控制混合水的溫度。入口水溫的調(diào)節(jié)將設(shè)置自動控制系統(tǒng)。

（4）一二級換熱器出口煙氣溫度的控制

一級換熱器的煙氣出口溫度應(yīng)控制在110℃左右，但鍋爐蒸發(fā)量減少或環(huán)境溫度降低后一級換熱器煙氣出口溫度可能降低到105℃以下。為保證電除塵的正常運行，系統(tǒng)設(shè)置了換熱器凝結(jié)水旁路及旁路流量調(diào)整門。通過減少凝結(jié)水流過換熱器的流量，可以提高煙氣出口溫度。計算結(jié)果表明：在一級換熱器溫度正常的范圍內(nèi)，二級換熱器的出口溫度在95℃左右，雖然系統(tǒng)同樣設(shè)置了旁路，一般不需要開啟旁路。

（5）改造系統(tǒng)的電氣和自動控制

該發(fā)電廠的機組沒有安裝DCS系統(tǒng)（Distributed Control System：分散控制系統(tǒng)），改造系統(tǒng)的監(jiān)控信號需要進入脫硫DCS系統(tǒng)，以實現(xiàn)以下功能：

● 換熱器系統(tǒng)的煙氣、凝水溫度、流量和差壓的測量、監(jiān)測、趨勢圖等。

● 換熱器凝結(jié)水進口溫度的控制。

● 換熱器節(jié)能和增發(fā)電量的統(tǒng)計和計算。

運行人員可以在脫硫控制室內(nèi)對本系統(tǒng)進行正常運行的監(jiān)視、調(diào)整以及事故的處理等。

煙氣余熱回收系統(tǒng)將新增吹灰器、電動鎖氣器以及電動調(diào)門等用電設(shè)備，所有電源都將取自脫硫的配電系統(tǒng)，每臺機組的煙氣余熱回收系統(tǒng)設(shè)置電源控制柜，分別由脫硫配電系統(tǒng)的兩路電源供電，通過自切裝置進行自動切換，再提供給各用電設(shè)備。

（6）利用現(xiàn)有的煙道構(gòu)架

換熱器分兩段布置在電除塵入口及引風(fēng)機后的煙道構(gòu)架上。既可提高電除塵的效率，也可以最大限度地利用煙氣余熱。雖然現(xiàn)場兩處煙道均有煙道混凝土構(gòu)架，具備加裝換熱器及其附件的空間?？紤]到換熱器的重量，構(gòu)架、基礎(chǔ)需進行必要的校核加固，特別是布置第二級換熱器的引風(fēng)機構(gòu)架，還必須考慮換熱器出口至吸收塔的煙道部分的載荷和固定問題。換熱器和煙道的連接，尤其是一級換熱器入口煙道和空預(yù)器，二級換熱器出口煙道和脫硫塔的連接必須順暢協(xié)調(diào)。

3 煙氣余熱回收裝置應(yīng)用效果

3.1 節(jié)能量計算原則：

換熱器凈增發(fā)電量 =換熱器合計節(jié)省蒸汽折算發(fā)電增量-換熱器煙阻功耗-增壓水泵消耗電功率

全年節(jié)省標煤量=換熱器凈增發(fā)電量 /機組額定功率×電廠供電煤耗×機組年發(fā)電量3.2換熱器實際節(jié)省標煤量（見表1）

表1 換熱器經(jīng)濟收益表

計算結(jié)果，年節(jié)約標煤量827.85t。

4 項目投資回收期

煙氣余熱回收裝置主要由換熱器本體、耙式吹灰器、灰斗及出灰裝置、凝結(jié)水管道及閥門等組成，兩臺機組共安裝兩套煙氣余熱回收裝置，其投資成本約為400萬元。

投資回收期計算方法：

投資回收年限 =設(shè)備總投資 /實際年收益

由表2可知：投資回收期小于5年。

表2 設(shè)備投資回收期計算表

5 前景展望

我國鍋爐平均運行效率比國際先進水平低10～15個百分點，鍋爐節(jié)能改造被國家列為十大重點節(jié)能工程之一。鍋爐效率低的主要原因之一是熱能轉(zhuǎn)換裝置工藝技術(shù)落后，排煙溫度高，熱能損耗大。我國現(xiàn)有50多萬臺工業(yè)鍋爐，即使只有1萬臺較大噸位鍋爐進行改造換熱裝置，按排煙溫度平均降低30～40℃保守測算，每年總計可節(jié)能3000萬t標準煤，價值150億元，并可相應(yīng)減少二氧化硫排放240萬t、二氧化碳排放2400萬t。

煙氣余熱回收裝置不僅具有投資少、見效快、回收期短、使用壽命長，節(jié)能效益大等優(yōu)勢，而且適用性極其廣泛，可以靈活配置于工業(yè)鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐、電站鍋爐、油田注氣爐、石化加熱爐等各類鍋爐，涉及電力、石油、化工、石化、冶金、紡織等行業(yè)，具有明顯的可持續(xù)開拓的強大技術(shù)優(yōu)勢，節(jié)能效果明顯，前景非常廣闊。

[1]《鍋爐原理及計算》馮俊凱，科學(xué)出版社

[2]《余熱鍋爐設(shè)計與運行》北京有色冶金設(shè)計研究總院，冶金工業(yè)出版社