劉 祿，楊繼銳

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼集團(tuán)公司邯寶能源中心，河北邯鄲 056015）

前言

排煙損失是工業(yè)鍋爐生產(chǎn)中最重要的一項熱損失，一般占到了損失熱量的5%～12%，甚至占到鍋爐總熱損失的80%或者更高。煤氣鍋爐排煙溫度大多在150℃左右，減少排煙損失，降低排煙溫度，可以有效節(jié)約能源、提高鍋爐設(shè)備的熱效率，其帶來的環(huán)保效益、社會效益以及經(jīng)濟(jì)效益都是相當(dāng)客觀的。

1 降低鍋爐排煙溫度的技術(shù)方案

1.1 提高空氣預(yù)熱器性能，增強空氣與煙氣換熱，提高空氣出口溫度，降低煙氣排煙溫度

(1)增加空氣預(yù)熱器面積

空氣——煙氣換熱增加傳熱性能導(dǎo)致設(shè)備體積增大和投資增加，現(xiàn)場改造不具備條件；另外，排煙溫度降低腐蝕加劇，導(dǎo)致整臺設(shè)備腐蝕等級提高，投資進(jìn)一步增大，根據(jù)生產(chǎn)實際的需要，新建或改造均實施困難。

(2)設(shè)置熱媒水式空氣-煙氣換熱器

利用空氣預(yù)器出口的煙氣加熱熱媒水，再利用熱媒水對空氣進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱后空氣再進(jìn)入空預(yù)器。結(jié)合工廠生產(chǎn)實際，該方案系統(tǒng)復(fù)雜，投資大，運行維護(hù)成本高。

1.2 增設(shè)低溫省煤器

利用煙氣加熱凝結(jié)水降低排煙溫度，凝結(jié)水被加熱、升高溫度后再返回汽輪機低壓加熱器系統(tǒng)，代替部分低壓加熱器的作用，是汽輪機熱力系統(tǒng)的一個組成部分。

低溫省煤器將節(jié)省部分汽輪機的回?zé)岢槠?，在汽輪機進(jìn)汽量不變的情況下，節(jié)省的抽汽在汽輪機內(nèi)部繼續(xù)膨脹做功。在鍋爐燃料消耗量不變的情況下，提高機組的熱效率，降低機組發(fā)電單耗，進(jìn)而提高發(fā)電量。經(jīng)過現(xiàn)場勘察，反復(fù)論證，認(rèn)為該方案實施較為簡單，投資適中，節(jié)能效益高。

1.3 兩個技術(shù)方案的優(yōu)、缺點分析

經(jīng)過對兩個技術(shù)方案進(jìn)行論證分析，增設(shè)低溫省煤器降低排煙溫度在國內(nèi)外發(fā)電廠得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)過多年的運行實踐，國內(nèi)傳統(tǒng)的低溫省煤器主要存在腐蝕、積灰、維護(hù)量大、使用壽命短等問題。邯鋼260 t/h高溫高壓鍋爐煙氣余熱回收項目采用了新型高效直通道的低溫省煤器，具有耐腐蝕、抗積灰、壽命長等特點，可以有效的解決傳統(tǒng)低溫省煤器出現(xiàn)的問題。

2 傳統(tǒng)低溫省煤器和新型高效直通道低溫省煤器的特點

2.1 傳統(tǒng)低溫省煤器存在的問題

邯鋼西區(qū)自備電廠有3臺杭州鍋爐有限公司制造的260 t/h高溫高壓鍋爐，低溫省煤器的換熱元件主要采用螺旋鰭片管，材料選用20GB3087-99鋼。經(jīng)過幾年的運行，主要存在以下幾方面的問題：

腐蝕：煙溫降至90℃，低于酸露點；

積灰：酸結(jié)露后吸附灰塵，堵塞嚴(yán)重；

吹灰：無法徹底吹掃干凈；

壓降：風(fēng)機能力有限，阻力影響運行；

安裝空間：體積龐大，實施困難；

維護(hù)費用高：換熱器每1～3年就需要更換一次換熱元件，定期需要除塵除垢，工程量大，維護(hù)費用高。

螺旋鰭片管式省煤器運行半年后會出現(xiàn)積灰堵塞、低溫腐蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象，運行幾年后，影響鍋爐引風(fēng)機的出力，導(dǎo)致爐膛負(fù)壓降低，使鍋爐不能高負(fù)荷運行，影響鍋爐的熱效率和經(jīng)濟(jì)性。為了解決影響鍋爐出力這一難題，對2#鍋爐低壓省煤器的換熱管束進(jìn)行拆除，有效解決了2#鍋爐不能高負(fù)荷運行的難題。（圖1是邯鋼西區(qū)自備電廠2#鍋爐拆除腐蝕堵塞的低壓省煤器換熱管）。

圖1 邯鋼260 t/h鍋爐低壓省煤器積灰堵塞

2.2 新型高效直通道低溫省煤器的特點

邯鋼西區(qū)自備電廠2#高溫高壓煤氣發(fā)電鍋爐，在引風(fēng)機進(jìn)口煙道安裝新型高效的直通道低溫省煤器，省煤器采用“直通道、無觸點”的板式結(jié)構(gòu)和“雙相不銹鋼2205”優(yōu)質(zhì)材料，見圖2，相比傳統(tǒng)的低溫省煤器有更多的優(yōu)點：

圖2 新型高效直通道煙氣換熱器三維圖

（1）傳熱效率高。直通道板式傳熱元件，與管式相比總傳熱系數(shù)提高1倍以上。

（2）重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊。換熱器重量僅為螺旋鰭片管結(jié)構(gòu)的1/3，體積小并作為煙道的一部分進(jìn)行安裝，實施簡單。

（3）抗腐蝕性能良好.選用高級耐蝕材料雙相鋼2205，具有良好的耐腐蝕性能，無論燃煤、焦?fàn)t煙氣、高爐煤氣，煙溫均降至90℃。

（4）優(yōu)良的抗積灰性能。光滑直通道板型，沒有背風(fēng)面和遮擋面；較高的煙氣流速，煙氣的湍流程度高，均勻的流動場，無滯流區(qū)；

（5）吹灰方便、徹底.煙氣的通道為直通道板型，無死區(qū)，無遮擋，且煙氣的行程在600～800 mm，相比管式結(jié)構(gòu)的煙氣行程3～6 m，吹灰更方便、徹底。

（6）優(yōu)良的抗磨損性能.傳熱元件硬度較碳鋼提高近一倍；光滑直通道板型抗磨損性良好。材質(zhì)硬度見表1。

表1 材質(zhì)硬度表

（7）阻力降低

光滑直通道板型，短行程的特點使煙氣阻力降可長周期保持500～800 Pa。

3 煙氣余熱回收系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)工藝流程

邯鋼西區(qū)能源中心2#鍋爐出力在230 t/h左右，其中鍋爐燃燒系統(tǒng)煙氣在700℃左右，經(jīng)過上省煤器、下省煤器、空氣預(yù)熱器、低壓省煤器后溫度降至140℃左右排放至大氣。采用SD新型高效直通道煙氣余熱回收技術(shù)將排煙溫度由140℃降低至90℃，回收煙氣的熱量將2#汽機低壓加熱器出口凝結(jié)水由65～90℃加熱至90～115℃。低溫省煤器水系統(tǒng)串聯(lián)在汽機2#、3#低加之間，60 MW汽輪機組在運行時，2#低加出口的純凝水經(jīng)低溫省煤器加熱后進(jìn)入3#低加入口，經(jīng)3#低加再次加熱以后，最終進(jìn)入除氧器，使系統(tǒng)熱量利用更充分。減少了汽機進(jìn)入低壓加熱器的蒸汽量，使更多的蒸汽用來膨脹做功，提高機組的熱效率，降低汽機單耗，提高機組發(fā)電量。同時，進(jìn)入除氧器的水溫度升高，減少了除氧加熱蒸汽的消耗，使熱力系統(tǒng)的熱能循環(huán)利用率提高。（余熱回收系統(tǒng)的工藝流程如圖3）

根據(jù)運行工況，鍋爐低溫省煤器與汽機低壓加熱器即可串聯(lián)運行又可并聯(lián)運行，隨時調(diào)整運行方式，可以防止省煤器的低溫腐蝕，保證運行的安全性及可靠性。

為防止煙氣溫度過低會腐蝕低溫省煤器及引風(fēng)機葉輪，在省煤器凝結(jié)水側(cè)設(shè)置自動調(diào)節(jié)旁路，調(diào)節(jié)凝結(jié)水量控制排煙溫度，使鍋爐排煙溫度在合適的范圍內(nèi)運行。

圖3 系統(tǒng)工藝流程圖

3.2 系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

2#鍋爐最大運行負(fù)荷工況下煙氣量：350000 m3/h，排煙溫度：140℃，系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)如下：

煙氣量：350000 m3/h，

煙氣進(jìn)口溫度：140℃，

煙氣出口溫度：95℃，

配置系統(tǒng)熱量：6.24 MW,

凝結(jié)水:

進(jìn)換熱器溫度:69.0℃，

出換熱器溫度:94.71℃，

流量:180 t/h。

3.3 低溫省煤器布置

鍋爐配套兩臺引風(fēng)機，有兩個排煙煙道，將新型高效的低壓省煤器布置在兩臺引風(fēng)機入口水平煙道上，并作為煙道的一部分安裝。

4 新型高效低溫省煤器經(jīng)濟(jì)效益計算

2#發(fā)電機組經(jīng)濟(jì)效益按照平均每小時發(fā)電35000 kWh，年運行7500 h計算，節(jié)能效益計算如下：

4.1 煙氣回收熱量

2#發(fā)電機組在上述工況下運行，鍋爐煙氣的體積流量為219000 m3/h,設(shè)計煙氣溫度由130℃降至92℃，回收煙氣熱量P=3.29 MW。

回收熱量計算公式如下：Q=C·M·(T1-T2)

式中：Q為熱量，單位J；

C 為比熱容，水的比熱容為 4.2×103J/(kg﹒℃)；M為凝結(jié)水質(zhì)量，單位kg;T1為凝結(jié)水出口溫度，℃；T2為凝結(jié)水進(jìn)口溫度，℃。

4.2 增加發(fā)電量

根據(jù)汽機廠THA工況下熱平衡圖，3#低加抽汽參數(shù)和汽輪機出口蒸汽參數(shù)如表2。

表2 3#低加抽汽參數(shù)和汽輪機出口蒸汽參數(shù)

每小時可減少3#低加抽汽量=P×3600/（H3-H2）=3.29×3600/（2800-502）=5.16 t/h；按汽機的發(fā)電效率為90%計算每噸蒸汽的發(fā)電量：少抽每噸蒸汽的發(fā) 電 量 =（H2-H1）×1000 ×0.9/3600=（2800-2332）×1000×0.9/3600=117.00 kW·h/t；減少 5.16 t抽汽的發(fā)電量=117.00×5.16=603.72 kW·h。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益計算

安裝低溫省煤器增加了煙氣系統(tǒng)的阻力約500 Pa，增加了鍋爐兩臺風(fēng)機的功率；同時，煙氣經(jīng)換熱裝置后溫度降低，體積流量減小約30%，由此會減小風(fēng)機的功率。根據(jù)風(fēng)機的參數(shù)進(jìn)行相關(guān)計算論證，低溫省煤器運行時基本不增加風(fēng)機的功率。

2#發(fā)電機組的發(fā)電負(fù)荷平均每小時為35000 kWh，減少進(jìn)入3#低加抽汽可使機組發(fā)電量提高約1.7%；機組每年增加的發(fā)電量=7500×5.16×117.0=4527900 kW·h；年節(jié)約標(biāo)煤 0.1808萬t；年減少溫室氣體CO2排放量0.45064萬t、SO2排放量0.01356萬t、NOX排放量0.00678萬t；發(fā)電電價按0.48元/kW·h計，每年機組增加的發(fā)電量可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益為217.33萬元。由此可見，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著，為企業(yè)綠色發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)打下堅實的基礎(chǔ)。

[1]朱全利．鍋爐設(shè)備系統(tǒng)及運行[M]．北京:中國電力出版社，2016.（12）.

[2]李學(xué)忠．鍋爐運行[M]．北京:中國電力出版社，2014．（5）.