楊玉環(huán)，侯致福,2

(1.山西普麗環(huán)境工程股份有限公司，晉中 030600；2.華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，北京 102206)

0 引 言

近年來受煤價(jià)及環(huán)保等因素影響，發(fā)電成本不斷上升，諸多發(fā)電企業(yè)均處于虧損狀態(tài)。為提高煤炭利用效率和發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，降低煤炭的用量，減緩CO2、NOX以及粉塵等污染物的排放量，低溫省煤器的應(yīng)用受到了發(fā)電企業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注。

排煙熱損失是鍋爐運(yùn)行中最重要的一項(xiàng)損失，是鍋爐熱損失中最大的一項(xiàng)，它是因排煙所擁有的熱量隨煙氣排至大氣而未被利用所引起的[1]。排煙熱損失主要與排煙溫度的高低和排煙容積的大小有重要關(guān)系。通常排煙溫度每升高15～20℃，會(huì)使排煙熱損失q2增加1%，從而鍋爐效率也將降低1%[1-3]。因此為減少排煙熱損失，提高鍋爐效率和提高整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，就要考慮在鍋爐尾部煙道上加裝低溫省煤器，達(dá)到降低鍋爐排煙溫度的目的[4-5]。

低溫省煤器是回收利用鍋爐尾部煙氣熱量的重要裝備之一。低溫省煤器一般是用來加熱凝結(jié)水，凝結(jié)水在低溫省煤器內(nèi)將排煙熱量進(jìn)行吸收，降低排煙溫度的同時(shí)自身被加熱，升溫后的凝結(jié)水返回至汽輪機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)，相當(dāng)于起到低壓加熱器的作用；與此同時(shí)低溫省煤器可節(jié)省汽輪機(jī)的部分回?zé)岢槠?，汽輪機(jī)進(jìn)汽量不變情況下，節(jié)省的抽汽在汽輪機(jī)內(nèi)可繼續(xù)膨脹做功，達(dá)到提高整個(gè)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的目的。因此，低溫省煤器的應(yīng)用對(duì)節(jié)約機(jī)組能耗和提高整個(gè)電廠經(jīng)濟(jì)效益有重要意義。

1 低溫省煤器的應(yīng)用

1.1 國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況

在我國(guó)，很多電廠在低溫省煤器的安裝和改造方面都進(jìn)行了相關(guān)的工作和研究[6]。

山東某電廠兩臺(tái)容量100 MW的發(fā)電機(jī)組所用燃煤鍋爐，因燃用煤種含硫量較大，同時(shí)加上鍋爐尾部受熱面漏風(fēng)、積灰及腐蝕問題，鍋爐排煙溫度高達(dá)170 ℃。因此為降低鍋爐排煙溫度，提高機(jī)組整體運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，采用在鍋爐尾部加裝低溫省煤器的方法來降低鍋爐排煙溫度。

北京某300 MW熱電廠，采用低溫省煤器加熱供熱回水，一方面減少了機(jī)組的抽汽量，另一方面提高了整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行效率。

上海外高橋電廠三期工程，兩臺(tái)1 000 MW機(jī)組均進(jìn)行了低溫省煤器改造，將低溫省煤器布置在引風(fēng)機(jī)出口與脫硫吸收塔入口間煙道上，通過性能測(cè)試報(bào)告可知該低溫省煤器的改造產(chǎn)生的節(jié)能效果相當(dāng)可觀。

1.2 國(guó)外應(yīng)用情況

在國(guó)外，低溫省煤器的應(yīng)用較早。為降低排煙溫度、減少排煙熱損失，蘇聯(lián)對(duì)鍋爐改造時(shí)，在鍋爐對(duì)流豎井煙道下部裝設(shè)低溫省煤器來加熱熱網(wǎng)水；德國(guó)某電廠2×800 MW褐煤發(fā)電機(jī)組在靜電除塵器和煙氣脫硫吸收塔間加裝煙氣冷卻器，用煙氣加熱鍋爐凝結(jié)水；另外德國(guó)某1 000 MW褐煤發(fā)電機(jī)組采用分隔煙道系統(tǒng)來充分降低鍋爐尾部排煙溫度，把低溫省煤器裝在空預(yù)器旁通煙道中，在煙氣熱量足夠前提下引入部分煙氣到旁通煙道內(nèi)去加熱鍋爐給水；日本東京電力某發(fā)電廠采用水媒方式的管式煙氣-煙氣換熱器(GGH)，煙氣放熱段的GGH布置在電氣除塵器上游，煙氣被循環(huán)水冷卻后進(jìn)入低溫除塵器(煙溫在90～100 ℃)，煙氣加熱段的GGH布置在煙囪入口，由循環(huán)水對(duì)煙氣進(jìn)行加熱[6]。

綜合上述國(guó)內(nèi)、外低溫省煤器的應(yīng)用和改造情況可知：低溫省煤器在降低鍋爐排煙溫度、節(jié)約機(jī)組能耗和提高電廠經(jīng)濟(jì)性等方面可取得顯著效果。

2 低溫省煤器布置及選型中的注意事項(xiàng)

2.1 積灰問題

低溫省煤器的換熱管可為光管、螺旋肋片管和翹片管。相比一般光管，螺旋肋片管和翹片管由于肋片和翅片的存在，其傳熱性能較好，同時(shí)管間布置間距較小，這種特殊的換熱管不僅可減少低溫省煤器的外形尺寸及管排數(shù)，節(jié)省材料；同時(shí)可降低煙氣流動(dòng)阻力，整個(gè)系統(tǒng)壓降較低。

同樣因?yàn)槁菪咂芎吐N片管上肋片和翅片的存在，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使管子表面極易造成積灰。其表面積灰問題與煙氣流速及煤灰特性關(guān)系密切，煙氣流速越小越易造成積灰現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)過程中，為降低積灰風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)適當(dāng)提高煙氣流速，合理布置管排。

2.2 磨損問題

低溫省煤器在高灰塵區(qū)域工作時(shí)煙氣中飛灰易對(duì)管子壁面造成磨損，為降低飛灰對(duì)管子的磨損問題，從材料選擇方面需要選擇耐磨損的材料作為受熱面；煙氣流速越大磨損越嚴(yán)重，則從設(shè)計(jì)方面需要合理選擇煙氣流速來降低對(duì)受熱面的磨損，同時(shí)也要兼顧煙氣流速對(duì)積灰的影響。

2.3 酸腐蝕問題

由于煙氣中或多或少都有SO3的存在，水蒸氣與SO3反應(yīng)會(huì)生成硫酸蒸汽，而硫酸蒸汽露點(diǎn)溫度被稱為酸露點(diǎn)或煙氣露點(diǎn)。當(dāng)?shù)蜏貪駸煔饬鹘?jīng)設(shè)備時(shí)，隨煙溫降低，水蒸汽會(huì)凝結(jié)為液滴，會(huì)與煙氣中SO3反應(yīng)形成硫酸液膜，這樣就會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生酸腐蝕。

因此低溫省煤器在實(shí)際運(yùn)行過程中，需要結(jié)合煙氣中SO3的濃度，通過合理選擇SCR脫硝催化劑、煤種、優(yōu)化燃燒方式等，盡量降低酸腐蝕對(duì)設(shè)備的影響。

2.4 低溫腐蝕問題

低溫腐蝕是指鍋爐尾部受熱面的金屬壁溫低于煙氣露點(diǎn)溫度時(shí)，煙氣中生成的硫酸蒸汽在換熱器受熱面上凝結(jié)而發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象。隨這類腐蝕的發(fā)展，它與受熱面上的積灰可形成酸性粘結(jié)灰，因酸性粘結(jié)灰具有較強(qiáng)粘結(jié)性，一旦形成，通過吹灰方式較難吹掉。

在換熱器腐蝕過程中，首先低溫段覆蓋粘結(jié)灰的受熱面會(huì)變粗糙，則有利于硫酸凝結(jié)和腐蝕，隨腐蝕加劇，腐蝕會(huì)進(jìn)一步向中溫段蔓延，最終造成換熱器堵灰腐蝕，導(dǎo)致?lián)Q熱面?zhèn)鳠嵝阅艽蠓冉档蚚6-8]。因此在低溫省煤器實(shí)際運(yùn)行中，要合理設(shè)計(jì)煙溫及換熱器換熱溫度，盡可能減輕低溫腐蝕的蔓延程度和不利影響。

基于以上幾方面注意問題可知：低溫省煤器在布置及選型過程中，首先需要選取傳熱性能好以及耐磨損材料作為換熱面；其次要合理選取煙氣流速達(dá)到降低磨損、減少積灰的目的；同時(shí)還要綜合考慮酸腐蝕和低溫腐蝕的問題，合理選擇SCR脫硝催化劑、煤種、優(yōu)化燃燒方式，合理設(shè)計(jì)煙溫及換熱器換熱溫度；合理布置低溫省煤器在鍋爐尾部的位置，以延長(zhǎng)低溫省煤器及相關(guān)設(shè)備使用壽命、降低維修和投資成本。

3 低溫省煤器布置方案及特點(diǎn)

由于排煙溫度較低，低溫省煤器所擁有的傳熱溫差較小，使低溫省煤器本身的換熱面積和占地空間均會(huì)較大，因此在低溫省煤器加裝過程中需要合理地選擇其布置位置。

根據(jù)鍋爐尾部空預(yù)器后安裝設(shè)備的不同以及尾部脫硫方式的不同，低溫省煤器的布置位置主要有以下四種布置方案。其中前三種為采用濕法脫硫方式下的布置方案，第四種為采用半干法脫硫方式下的布置方案。

3.1 空預(yù)器出口與除塵器入口間煙道

(1)布置方案連接示意圖

低溫省煤器布置于空預(yù)器出口與除塵器入口間煙道上。其連接示意圖如圖1所示。

圖1 低溫省煤器布置于空預(yù)器出口與除塵器入口間煙道上

(2)布置方案特點(diǎn)

a優(yōu)點(diǎn)：

流經(jīng)除塵器入口的煙氣先經(jīng)過了低溫省煤器，這個(gè)過程中低溫省煤器的作用為：一方面使煙溫降低了，使煙氣體積流量也相應(yīng)減少了，因而可降低除塵器的除塵面積、除塵器的占地面積和相關(guān)材料的用量。另一方面由于進(jìn)入后續(xù)除塵器、引風(fēng)機(jī)、脫硫吸收塔、煙道的煙氣體積流量均相應(yīng)的減少了，可使整個(gè)機(jī)組的廠用電降低。

b缺點(diǎn)：

首先由于系統(tǒng)中加裝了低溫省煤器，導(dǎo)致整個(gè)煙氣系統(tǒng)的阻力增加了；其次由于經(jīng)過低溫省煤器降溫后的煙溫很低，接近煙氣酸露點(diǎn)溫度，將會(huì)對(duì)后續(xù)系統(tǒng)中除塵器、引風(fēng)機(jī)、脫硫吸收塔等設(shè)備存在低溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)；另外鍋爐排煙未經(jīng)除塵處理、粉塵濃度含量較大，對(duì)于低溫省煤器來說存在堵塞、磨損的風(fēng)險(xiǎn)較大。

3.2 除塵器出口與引風(fēng)機(jī)入口間煙道

(1)布置方案連接示意圖

低溫省煤器布置于除塵器出口與引風(fēng)機(jī)入口間煙道上。其連接示意圖如圖2所示。

圖2 低溫省煤器布置于除塵器出口與引風(fēng)機(jī)入口間煙道上

(2)布置方案特點(diǎn)

a優(yōu)點(diǎn)：

一方面煙氣經(jīng)過低溫省煤器后，才進(jìn)入后續(xù)引風(fēng)機(jī)、脫硫吸收塔等設(shè)備，經(jīng)低溫省煤器后煙溫降低了，則流經(jīng)引風(fēng)機(jī)、脫硫吸收塔等的煙氣體積流量也相應(yīng)的減少了，整個(gè)機(jī)組的廠用電會(huì)有所降低；另一方面由于鍋爐尾部煙氣經(jīng)過除塵器的除塵處理后才進(jìn)入低溫省煤器的，含灰量大大減少，則低溫省煤器不存在磨損和堵塞的風(fēng)險(xiǎn)問題；同時(shí)經(jīng)除塵器處理后進(jìn)入后續(xù)設(shè)備及煙道中煙氣的堿性顆粒較少，對(duì)設(shè)備的腐蝕問題可降低。

b缺點(diǎn)：

首先因系統(tǒng)中增加了低溫省煤器，整個(gè)煙氣系統(tǒng)阻力增大了；其次由于鍋爐尾部煙氣經(jīng)過低溫省煤器后的煙溫降低很多，很接近煙氣酸露點(diǎn)溫度，對(duì)其尾部煙道上的后續(xù)設(shè)備引風(fēng)機(jī)、脫硫吸收塔等存在低溫腐蝕風(fēng)險(xiǎn)；另外煙氣經(jīng)除塵器除塵后進(jìn)入低溫省煤器，無法利用低溫省煤器降低煙氣溫度及煙氣流量來增加除塵效率。

3.3 引風(fēng)機(jī)出口與脫硫吸收塔入口間煙道

(1)布置方案連接示意圖

低溫省煤器布置于引風(fēng)機(jī)出口與脫硫吸收塔入口間煙道上。其連接示意圖如圖3所示。

圖3 低溫省煤器布置于引風(fēng)機(jī)出口與脫硫吸收塔入口間煙道上

(2)布置方案特點(diǎn)

a優(yōu)點(diǎn)：

首先低溫省煤器在這里起到了管式GGH加熱器中煙氣的冷卻作用，可使進(jìn)入脫硫吸收塔的煙溫較低，滿足較佳的脫硫溫度要求；其次煙氣經(jīng)過除塵處理后含塵較低后才進(jìn)入低溫省煤器，飛灰對(duì)低溫省煤器管壁的磨損和堵塞風(fēng)險(xiǎn)均大大降低了；同時(shí)經(jīng)除塵器處理后進(jìn)入后續(xù)設(shè)備引風(fēng)機(jī)、低溫省煤器、脫硫吸收塔及煙道的煙氣中堿性顆粒較少，對(duì)設(shè)備的腐蝕問題可大大降低。

b缺點(diǎn)：

首先由于煙氣經(jīng)除塵器除塵后才進(jìn)入低溫省煤器，則無法實(shí)現(xiàn)利用低溫省煤器降低煙氣溫度及降低相應(yīng)的煙氣流量來提高除塵器的除塵效率；其次低溫省煤器布置于離主機(jī)較遠(yuǎn)的地方，導(dǎo)致進(jìn)行換熱的凝結(jié)水管道較長(zhǎng)，所需克服的管道阻力和電耗均較大。

3.4 半干法脫硫方式下布置方案

(1)布置方案連接示意圖

當(dāng)煙氣脫硫采用半干法脫硫方式時(shí)，低溫省煤器的布置方案與采用濕法脫硫方式下的第一種布置方案相同，即低溫省煤器布置于空預(yù)器出口與除塵器入口間煙道上。其連接示意圖如圖4所示。

圖4 半干法脫硫時(shí)：低溫省煤器布置于空預(yù)器出口與除塵器入口間煙道上

(2)布置方案特點(diǎn)

a優(yōu)點(diǎn)：

除塵器入口的煙氣先是經(jīng)過了低溫省煤器，此過程中低溫省煤器作用：一方面使煙溫降低，煙氣體積流量也相應(yīng)減少，可降低除塵器的除塵面積、占地面積和相關(guān)材料的用量。同時(shí)由于進(jìn)入后續(xù)除塵器、引風(fēng)機(jī)、脫硫吸收塔、煙道煙氣體積流量均相應(yīng)減少了，整個(gè)機(jī)組的廠用電降低。

b缺點(diǎn)：

由于系統(tǒng)中加裝了低溫省煤器，導(dǎo)致整個(gè)煙氣系統(tǒng)阻力增加了；其次由于經(jīng)低溫省煤器降溫后煙溫很低，接近煙氣酸露點(diǎn)溫度，會(huì)對(duì)后續(xù)設(shè)備除塵器、引風(fēng)機(jī)、脫硫吸收塔等存在低溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)；另外鍋爐排煙未經(jīng)除塵處理、粉塵濃度含量較大，對(duì)于低溫省煤器來說存在堵塞、磨損的風(fēng)險(xiǎn)較大。

通過對(duì)低溫省煤器不同布置方案特點(diǎn)的比較及分析可知：當(dāng)鍋爐尾部脫硫采用濕法脫硫方式時(shí)，建議將低溫省煤器布置于引風(fēng)機(jī)出口與脫硫吸收塔入口間煙道上；當(dāng)鍋爐尾部脫硫采用半干法脫硫方式時(shí)，建議將低溫省煤器布置于鍋爐尾部受熱面空預(yù)器出口與除塵器入口間煙道上。

4 結(jié)束語

a.低溫省煤器的布置及選型過程中需要注意換熱面的積灰、磨損問題，合理選擇煙氣流速；同時(shí)還需要特別注意換熱面及其后續(xù)設(shè)備的酸腐蝕和低溫腐蝕問題，合理選擇SCR脫硝催化劑、煤種、優(yōu)化燃燒方式、合理設(shè)計(jì)換熱器，對(duì)低溫省煤器的布置及選型具有一定的指導(dǎo)作用。

b.在鍋爐尾部煙道設(shè)置低溫省煤器，能夠很大程度上降低煙氣進(jìn)入脫硫吸收塔的溫度，提高脫硫效率，節(jié)約脫硫耗水量；同時(shí)可回收大量煙氣余熱，并降低鍋爐排煙溫度和提高整個(gè)電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

c.通過比較低溫省煤器的不同布置方案可知：采用濕法脫硫時(shí)，宜將低溫省煤器布置于引風(fēng)機(jī)出口與脫硫吸收塔入口間煙道上；采用半干法脫硫時(shí)，宜將低溫省煤器布置于尾部受熱面空預(yù)器出口與除塵器間煙道上。不同脫硫方式下最佳低溫省煤器布置位置可為余熱利用的低溫省煤器的布置及選型提供依據(jù)。