商永強

【摘 要】隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，用電需求也呈現(xiàn)出了不斷上升的增長態(tài)勢，在這樣的條件下強化用電供給能力就限制至關(guān)重要。本文簡要敘述了“低溫省煤器”的特點及不同的運用方式，分析了其運用的經(jīng)濟性。對火力發(fā)電廠660 MW級機組采用低溫省煤器，可使全廠發(fā)電效率提高0.22%，發(fā)電標準煤耗降低1.1～ 1.2 g/kWh，以800元/t的標煤價計算，機組年運行7000小時，年等效利用小時為5000 h，每臺機組全年的燃料成本約可節(jié)約320萬元，每年節(jié)約用水量約35萬噸。投資回收年限約：2.98～3.86年。采用低溫省煤器可提高機組熱效率，節(jié)能、節(jié)水效果顯著，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。

一、當前火力發(fā)電廠面臨的嚴峻形勢

隨著全球及我國經(jīng)濟、能源和環(huán)保形勢的發(fā)展，當前火力發(fā)電廠特別是燃煤發(fā)電廠，將面臨更為嚴格的環(huán)保要求和嚴峻的市場經(jīng)營形勢，突出表現(xiàn)在如下方面：

1.節(jié)能和減排已成為燃煤發(fā)電企業(yè)發(fā)展的兩個約束性指標

國務院發(fā)布的《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃綱要》中明確提出了“建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會；堅持開發(fā)節(jié)約并重、節(jié)約優(yōu)先，按照減量化、再利用、資源化的原則；大力推進節(jié)能節(jié)水節(jié)地節(jié)材，加強資源綜合利用，完善再生資源回收利用體系，全面推行清潔生產(chǎn)，形成低投入、低消耗、低排放和高效率的節(jié)約型增長方式。”這表明節(jié)能降耗和減少排放已成為對燃煤發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)的兩個約束性指標。在節(jié)能方面，規(guī)劃提出到2015年中國萬元GDP能耗要降低20%（即由1.22噸標煤/萬元GDP下降到0.98噸標煤/萬元GDP左右）；一次能源消費總量控制目標為27億噸標煤左右；年均增長4%；規(guī)劃中對燃煤發(fā)電行業(yè)的要求是到2015年全國火力發(fā)電企業(yè)的平均供電煤耗降低20g/kWh，廠用電率下降至4.5%左右。

2.燃煤發(fā)電企業(yè)的電量調(diào)度已經(jīng)由銘牌調(diào)度逐漸向節(jié)能調(diào)度過渡

2007年8月國務院轉(zhuǎn)發(fā)了由國家發(fā)改委、環(huán)?？偩?、電監(jiān)會、能源辦制定的《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法》，對于燃煤機組按照能耗水平由低到高排序，按照能耗水平進行電量調(diào)度。隨著電力供求矛盾的逐步緩減，新的電源點不斷投運，高能耗燃煤發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展將受到限制，其經(jīng)營形勢變得非常嚴峻，將面臨激烈的競爭。公司只有對外不斷爭取市場份額，對內(nèi)加強管理、最大限度的降低消耗，對低效高耗的主輔機進行技術(shù)更新和改造，才能在激烈的市場競爭中生存和發(fā)展。

3.國內(nèi)外煤炭價格持續(xù)上漲，燃煤發(fā)電企業(yè)經(jīng)營嚴峻

近年來，國際煤炭價格不斷飆升。受國際煤炭價格上漲因素的影響，國內(nèi)發(fā)電用煤價格也持續(xù)上漲，且合同煤價與市場煤價逐步逼近，燃煤發(fā)電企業(yè)將面臨更大的成本壓力。火電機組的傳統(tǒng)設計理論和技術(shù)經(jīng)濟分析結(jié)果認為：電站鍋爐的排煙溫度在120～140℃內(nèi)較佳。目前國內(nèi)能源價格和環(huán)保脫硫要求與傳統(tǒng)理論和以前技術(shù)經(jīng)濟分析所依據(jù)的基礎數(shù)據(jù)發(fā)生了巨大的變化，能源價格高漲，從經(jīng)濟性方面考慮，應選用更低的鍋爐排煙溫度；從節(jié)能減排和經(jīng)濟性兩方面考慮，降低排煙溫度對于節(jié)約燃料、降低污染具有非常重要的實際意義。因此，深度降低排煙溫度是目前電站鍋爐節(jié)能減排技術(shù)發(fā)展的必然選擇。

二、低溫省煤器的運用現(xiàn)狀

我國目前也以降低排煙溫度為目的的鍋爐技術(shù)改造方案較多，這為電站鍋爐節(jié)能開辟了新的途徑。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度，一般我國許多電站鍋爐的排煙溫度大多高于設計值，一般約比設計值高出20～50℃。排煙熱損失是鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般為5%～12%，占鍋爐熱損失的60%～70%。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度。一般情況下，排煙溫度每增加10℃，排煙熱損失上升0.6%～1%，相應多耗煤1.2%～2.4%。若以燃用熱值為20000KJ/kg煤的410t/h高壓鍋爐為例，則每年多消耗近萬噸動力用煤。我國許多電站的排煙溫度高于設計值約20～50℃，因此降低排煙溫度對于節(jié)約燃料、降低污染具有非常重要的實際意義。

深度降低排煙溫度并開發(fā)低溫省煤器的設計理念來自于1973年能源危機前后美國和歐洲廣泛推廣的節(jié)能策略，低溫省煤器系統(tǒng)在國外至今已有幾十年的使用歷史。在歐洲，主要用來降低褐煤爐的排煙溫度，在日本，還用來提高除塵效率。目前已發(fā)展出數(shù)種形式，采用高肋化比的換熱元件作為傳熱體，采用耐硫酸鋼材和不銹鋼材料加工，利用蒸汽或脈沖吹灰器解決運行積灰問題，取得了成功的使用業(yè)績。

在我國，電站鍋爐深度降低排煙溫度正成為一種趨勢。據(jù)調(diào)研，華電國際百年電力發(fā)展有限公司首次在4號機組完成了深度降低排煙溫度的改造，將鍋爐排煙溫度從145℃降低至85℃（平時運行保持90℃），節(jié)省標準煤耗3.6g/kwh。上海外高橋三期的零能耗脫硫系統(tǒng)，也成功地將鍋爐排煙溫度降低到87℃，節(jié)省標準煤耗2.0g/kwh。國內(nèi)其他電廠如國電荊門電廠、揚州二電廠、六枝電廠、萊蕪電廠、太原第二熱電廠等也在積極進行深度降低排煙溫度的努力，相繼制定相關(guān)技術(shù)改造方案或進行實施。上海電氣電站集團上海鍋爐廠有限公司目前已經(jīng)將新建機組鍋爐設計排煙溫度最低控制在105～110℃范圍內(nèi)，超越了傳統(tǒng)設計理念，為電站鍋爐節(jié)能降耗作出了重要和優(yōu)異的業(yè)績，同時也承接鍋爐增加低溫省煤器的改造業(yè)務，為眾多需要節(jié)能降耗的電廠提供技術(shù)支持和項目實施。

三、低溫省煤器的工作原理

1.系統(tǒng)介紹

低溫省煤器系統(tǒng)的改造方案，通常是在鍋爐除塵后部的煙道中加裝低溫省煤器，利用煙氣加熱汽機凝結(jié)水，提高機組綜合效率，同時將排煙溫度降低到102℃，實現(xiàn)煙氣余熱的深度回收，大幅度降低脫硫塔入口煙溫，減少脫硫系統(tǒng)水耗，提高機組整體熱經(jīng)濟性。

2.系統(tǒng)組成

上述幾種布置方式中，單級布置場地安排方便，投資較小些；兩級布置方式較復雜，但可以降低進入電除塵的煙溫，飛灰比電阻可從下降1～2個數(shù)量級，這樣可大大提高電氣除塵器的收塵效率；水媒復合GGH能最大限度提高回收熱量的利用率（100%的回收熱用來再熱凈煙氣），但是，鑒于目前GGH凈煙氣夾帶石膏漿液現(xiàn)象無法根治，容易造成凈煙氣加熱換熱用肋片管外堵塞，導致阻力失控，制約了該方案的推廣使用。增加低溫省煤器系統(tǒng)可有不同的做法，幾種可行的布置方案如下圖所示：考慮兼顧增加發(fā)電量和冬季使用暖風器節(jié)能需要，通常推薦采用單級布置帶暖風器系統(tǒng)的布置方案，該系統(tǒng)由低溫省煤器系統(tǒng)和暖風器系統(tǒng)組成。利用鍋爐排出的100～160℃的煙氣作為熱源，用來加熱鍋爐給水和暖風器內(nèi)部循環(huán)工質(zhì)，達到提高發(fā)電系統(tǒng)效率，保護空氣預熱器避免低溫腐蝕，同時能通過降低脫硫系統(tǒng)入口煙氣溫度，達到減少脫硫系統(tǒng)水耗的目的。低溫省煤器中的工質(zhì)水從汽輪機低壓缸的低加系統(tǒng)抽出，抽出水的溫度根據(jù)低溫省煤器出口換熱面壁溫高于煙氣露點的要求決定，一般選擇內(nèi)部水溫在50～90℃的低壓加熱器，考慮低負荷運行需要，低溫省煤器作為該級低壓加熱器的并聯(lián)系統(tǒng)，在低負荷時可以調(diào)整低溫省煤器內(nèi)工質(zhì)流量保證低溫省煤器的煙氣出口溫度不低于煙氣露點溫度過多。露點溫度根據(jù)蘇聯(lián)標準和日本標準計算方法計算，設計控制煙氣排放溫度不低于露點一定范圍。為進一步提高系統(tǒng)的利用能力，低溫省煤器設計分為多級，其最后一級和暖風器系統(tǒng)并聯(lián)，暖風器系統(tǒng)通過低溫省煤器的末級吸熱，熱水通過暖風器循環(huán)泵強制在末級低溫省煤器和暖風器間循環(huán)，暖風器系統(tǒng)工質(zhì)無需連續(xù)提供，只需要定期更換即可。

3.布置方案

一般系統(tǒng)的低溫省煤器，可以根據(jù)現(xiàn)場場地情況，建議布置在引風機后脫硫風機前的水平煙道上， 較適合于和新設計機組、加裝脫硫系統(tǒng)改造、拆除GGH改造同步進行。這種方案中低溫省煤器內(nèi)部煙氣灰含量很低，設備磨損較小，對電除塵設備影響不大，這種布置方式為優(yōu)先推薦方案。暖風器布置在送風機出口的水平風道上，可以同時設置一次風和二次風暖風器。根據(jù)設計換熱量的大小，低溫省煤器可以分成兩級或三級布置。其中最末級在投用暖風器時，可以作為暖風器的熱源換熱器。為核算余熱回收效果，計算經(jīng)濟效益，抽取某電廠660MW 機組的設計煤種，BMCR工況條件的煙氣參數(shù)，對汽輪機組增加發(fā)電量部分，委托汽輪機公司核算采用和不采用本系統(tǒng)兩種方案，核算發(fā)電汽耗和機組輸出電功的變化，得出比較結(jié)果。

四、低溫省煤器的經(jīng)濟性分析

1.對熱力系統(tǒng)效率的改善

先考慮不投暖風器工況，最大收益狀態(tài)為所有汽輪機低壓缸凝結(jié)水進入低溫省煤器。在燃用設計煤種時，BMCR（機組輸出功率P=660×1.1=726MW），低溫省煤器內(nèi)部水壓1.67MPa， 進出水焓分別為232.41kJ/kg和328.91kJ/kg。標準煤低位發(fā)熱量為29310kJ/kg。上述條件下，回收的熱量為：Q=F×（i”-i）= 370.285×3600 ×（328.91-232.41）=1.286×108 kJ/h=35.72MW， 考慮從汽機到低溫省煤器間輸送熱量損失5%，每滿負荷運行小時節(jié)煤ΔBj=0.95×Q/29310=0.95×1.286×108 / 29310=4168.2 kg/h， 折算為鍋爐煤耗為 ΔC=ΔBj/P= 4168.2 ×1000 / 726000 =5.742g/kwh。對加熱冷凝水的方案，汽輪機低壓缸少抽汽部分可以繼續(xù)做功，對應上述回收熱能的蒸汽在汽機低壓缸做功效率僅為11.78%（按照汽機熱平衡圖對比計算得到），發(fā)電機組可以多發(fā)電35.72×0.95× 11.78% =3.997MW，汽機熱耗從7419kJ/kwh降為7378kJ/kwh，發(fā)電效率從48.52%提高到48.79%，提高0.27%， 考慮鍋爐效率94%，發(fā)電標準煤耗從269.30 g/kwh降為267.81 g/kwh，降低1.49 g/kwh。每小時節(jié)約標煤為1.49×10-3×726×103=1081.74kg/h。

2.系統(tǒng)多耗能部分

多耗能部分包括（1）低溫省煤器的流通阻力，（2）輸送汽機冷凝水的泵功損失，（3）暖風器循環(huán)泵的功耗。輸送（克服阻力）功率為：W = m×ΔP/（ρ×η）/1000 kw，（m：質(zhì)量流速，kg/s，ΔP：流通阻力，Pa，ρ：水密度：986kg/m3，η：風機（泵）的效率，下面計算取泵為η=0.90，引風機為η=0.80）。輸送水的功率： w1= 370.285×0.2×106 /（986×0.90）/1000=83.45kw煙氣阻力多耗功為：（煙氣密度0.956kg/m3，阻力1.0kPa）w2=750.6×1000 /（0.956×0.80）/1000= 981.42 kw暖風器循環(huán)泵功耗：（泵耗用揚程0.3MPa，輸送水量200kg/s，水密度1000kg/m3）w3=200×0.3×106 /（1000×0.90）/1000=66.7kw考慮電廠效率（按42%），上述耗用電功率折算為鍋爐熱輸入量算法為：w/0.42， 折算為每小時煤耗的計算方法為： w/0.42×3600 / 29310 （kg/h）。無論采用何種熱源，暖風器的空氣阻力都變化不大。因此只要采用暖風器，就必須耗用送風機功率，采用該方案不會增加額外的送風機功耗。另外，采用閉式循環(huán)水加熱暖風器的工質(zhì)阻力要小于采用蒸汽，這一部分功耗節(jié)約有限，不予計入。

3.凈收益計算

計算上述供貨范圍內(nèi)的設備造價如估算為1000萬元左右（具體費用按照供貨范圍詳細計算數(shù)值，不含暖風器投資費用），安裝費用預計為150萬元，電廠配套設備約為150萬元，則該項目總建設（或改造）投入費用約為1300萬元。設備的年收益（發(fā)電收益、暖風器收益和減少脫硫運行噴水收益，未算入不裝GGH的運行收益）計算為336.57萬元，投資回收周期為2.98～3.86年。按照投運壽命一個大修周期計算（6年），電廠的凈收益為 6×336.57-1300=713.42萬元，節(jié)煤6×3990.21=23941萬噸（標準煤）；總節(jié)約脫硫噴水量34.71×6=208.3萬噸。凈降低發(fā)電煤耗 1.10g/kwh，發(fā)電成本下降不低于0.088分/kwh。

五、低溫省煤器的綜合使用意義

低溫省煤器-暖風器鍋爐余熱回收系統(tǒng)是一項產(chǎn)出遠大于投入的設備，具有良好的經(jīng)濟性。該系統(tǒng)對運行要求很低，沒有轉(zhuǎn)動換熱部件和風機，控制簡單，維護工作主要為及時更換局部腐蝕嚴重的部件。已有設備的實際運行情況表明，對低溫省煤器布置在電除塵器后方的方案，堵灰現(xiàn)象輕微，用吹灰器定期清理就能滿足，基本上不需要進行水沖洗。對燃用高硫煤鍋爐，采用涂搪瓷表面管束或不銹鋼管束，可以有效延長設備的使用壽命。該系統(tǒng)非常適合于替代現(xiàn)有FGD脫硫系統(tǒng)中的GGH設備，由于低溫省煤器不接觸含有石膏的凈煙氣，因此不會出現(xiàn)管束堵塞現(xiàn)象，換熱管束采用順列布置和H型肋片，可以進一步提高吹灰效果。其每年得到的巨大收益，完全能支付因取消GGH后對煙囪等設備的防腐改造的投入費用，取消GGH還能帶來降低廠用電率、簡化運行維護工作等好處。由此可見，這種改造不但可長期獲益，其重要的是符合國家“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。

低溫省煤器之所以能夠在火力發(fā)電廠中得到廣泛的應用，其最重要的原因就在于低溫省煤器具有較高的經(jīng)濟性和環(huán)保性。通過對低溫省煤器的合理安裝和利用，將會為火力發(fā)電廠帶來巨大的經(jīng)濟效益。面對當前世界能源儲量的不斷下降以及能源價格的不斷上升，低溫省煤器將會在火力發(fā)電廠中得到更多的應用，并且在相關(guān)的技術(shù)上也將得到不斷地彌補和改進，發(fā)揮出更大的功效。

參考文獻：

[1]劉鶴忠，連正權(quán).低溫省煤器在火力發(fā)電廠中的運用探討[J].電力勘測設計，2010，4：32-38.

[2]景宇蓉.鍋爐余熱利用裝置低壓省煤器的熱力分析及優(yōu)化設計[D].華北電力大學，2012.