林呂榮

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

燃煤電廠作為我國(guó)的煤炭資源和水資源的消耗大戶，研究燃煤電廠中的節(jié)煤降耗和節(jié)水措施具有深遠(yuǎn)的意義。我國(guó)現(xiàn)役燃煤鍋爐排煙溫度普遍維持在125～150℃左右水平，排煙溫度高是一個(gè)普遍現(xiàn)象，排煙熱損失是鍋爐各項(xiàng)熱損失中最大的一項(xiàng)，占鍋爐各項(xiàng)熱損失的50%以上，深度利用煙氣余熱作為燃煤電廠的節(jié)煤降耗的重要方向之一。在我國(guó)大機(jī)組中，脫硫主要采用濕法脫硫系統(tǒng)，而濕法脫硫的耗水量為燃煤電廠的主要耗水點(diǎn)之一，節(jié)約濕法脫硫系統(tǒng)的耗水將對(duì)降低燃煤電廠的水耗起到重要作用。目前，常規(guī)的一些余熱利用回收技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用，有些余熱回收利用技術(shù)的節(jié)煤效果不明顯，主要起到一些環(huán)保效益和節(jié)水的效果，如MGGH技術(shù)；有些余熱回收利用技術(shù)主要為了服務(wù)其他設(shè)備，主要起到改善其他設(shè)備的運(yùn)行效果，如煙氣余熱+暖風(fēng)器技術(shù)；有些余熱回收利用技術(shù)由于煙溫降低，回收的能源品質(zhì)較低，轉(zhuǎn)化成節(jié)約標(biāo)煤量較低，節(jié)能減排的效果有限，其回收的熱量大部分通過凝汽器散發(fā)到環(huán)境中，進(jìn)行回收利用的熱量占比不超過20%。如何深度回收煙氣余熱，并且提高回收能源的品質(zhì)，成為了本文所研究的重點(diǎn)內(nèi)容。本文通過研究獲取引風(fēng)機(jī)出口的低品位煙氣余熱來置換SCR出口的高溫?zé)煔庥酂?，通過能量的置換，獲取高品位的煙氣余熱用來加熱鍋爐的給水及汽機(jī)的凝結(jié)水，進(jìn)而節(jié)約高壓加熱器和低壓加熱器的高品位的抽氣，高品位的蒸汽可增加其在汽輪機(jī)中做功能力，進(jìn)一步降低燃煤電廠的煤耗，達(dá)到深度節(jié)能減排的目的。

1 常規(guī)煙氣余熱回收利用的介紹

1.1 利用煙氣余熱+暖風(fēng)器技術(shù)

目前燃煤電廠大機(jī)組絕大部分均配置回轉(zhuǎn)式空預(yù)器，由于冬季環(huán)境溫度低，冬季進(jìn)入空預(yù)器的冷空氣的溫度低，導(dǎo)致空預(yù)器低溫段存在大量的腐蝕和堵塞現(xiàn)象，現(xiàn)象較輕者導(dǎo)致空預(yù)器的阻力升高，增加全廠的電耗，嚴(yán)重者導(dǎo)致機(jī)組需停爐檢修，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。通過獲取引風(fēng)機(jī)出口的煙氣余熱用于加熱空預(yù)器入口的冷空氣，提升進(jìn)入空預(yù)器的空氣溫度，抬升空預(yù)器冷端的平均溫度，減輕空預(yù)器腐蝕和堵塞現(xiàn)象。

1.2 低溫省煤器技術(shù)

自低級(jí)低壓加熱器處取低溫凝結(jié)水，與煙氣進(jìn)行換熱，吸收煙氣中的余熱，抬升凝結(jié)水的溫度，再返回至更高級(jí)低加加熱器，通過排擠低壓加熱器的蒸汽抽氣，增加蒸汽在汽輪機(jī)中繼續(xù)做功，提高了機(jī)組汽輪機(jī)的做功量，從而達(dá)到節(jié)煤的效果。

1.3 煙氣余熱+加熱熱網(wǎng)回水

對(duì)于北方冬季需要供暖的季節(jié)，利用燃煤電廠的余熱進(jìn)行加熱熱網(wǎng)水是具有較大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的，目前常規(guī)的供暖給水溫度為95℃左右，供暖回水的溫度為55～75℃左右。此時(shí)煙氣的余熱完全能夠滿足加熱熱網(wǎng)回水的要求。

1.4 MGGH

目前大部分的煙囪都處于濕煙囪排放的狀態(tài)，伴隨著煙囪冒大白煙的現(xiàn)象也極其明顯，對(duì)于一些城郊電廠經(jīng)常遭到周圍居民的投訴，因此急需采用采用消除大白煙的技術(shù)，因此采用取脫硫前的煙氣余熱加熱煙囪入口的低溫?zé)煔?，抬升煙氣溫度，減輕或者完全消除煙囪大白煙的現(xiàn)象。

2 低品位余熱置換高品位熱源的基本原理

通過布置與引風(fēng)機(jī)出口的煙氣余熱換熱器吸收煙氣中的余熱，將脫硫入口的煙氣溫度降低至85℃左右，最大限度的回收煙氣中的低品位熱量，將此部分低品位的熱量用于加熱空預(yù)器入口的暖風(fēng)器，降低冷空氣在空預(yù)器的吸熱量，將此部分多余的熱量通過空預(yù)器旁路用來加熱鍋爐的給水和汽機(jī)的凝結(jié)水，進(jìn)而獲得節(jié)省高壓加熱器和低壓加熱器等高品位的蒸汽量，節(jié)省的高品位蒸汽得以在汽輪機(jī)中繼續(xù)膨脹做功，增加汽輪機(jī)的總做功量，提高了機(jī)組的效率，降低了發(fā)電煤耗。

本原理的系統(tǒng)示意圖如圖1所示，本系統(tǒng)主要包含了：（1）煙氣余熱+暖風(fēng)器的系統(tǒng)。（2）高壓省煤器系統(tǒng)。（3）低壓省煤器系統(tǒng)。

3 低品位余熱置換高品位熱源技術(shù)的案例研究

3.1 機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)

本文章針對(duì)某新建2×1000MW機(jī)組發(fā)電機(jī)組采用低品位余熱置換高品位熱源技術(shù)進(jìn)行研究。該機(jī)組的鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。本項(xiàng)目機(jī)組已采用二次再熱技術(shù)，已將煤耗降低至255g/（kW·h）時(shí)左右，已達(dá)到了我國(guó)甚至是世界的先進(jìn)水平。因此進(jìn)一步降低煤耗的難度較大，但通過本技術(shù)的應(yīng)用可進(jìn)一步降低機(jī)組的煤耗值。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2 分析方法

目前研究煙氣余熱的熱力學(xué)方法主要是采用等效焓降法，本文對(duì)技術(shù)改造的效果研究采用等效焓降法，考慮了熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的特點(diǎn)，研究熱力過程中熱功轉(zhuǎn)換和能量利用程度的方法。假設(shè)熱力系統(tǒng)的微小變化不會(huì)對(duì)引起全部各級(jí)抽氣量的變化，只對(duì)某幾級(jí)產(chǎn)生影響，而系統(tǒng)所減少的蒸汽全部用于增加汽輪機(jī)的發(fā)電功率，從而提高汽輪機(jī)的效率。采用等效焓降法體現(xiàn)出了計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確及方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。由于是新建機(jī)組，可將修改空預(yù)器的設(shè)計(jì)參數(shù)，使空預(yù)器出口的排煙溫度及空預(yù)器出口的一二次風(fēng)溫與原設(shè)計(jì)參數(shù)保持不變，空預(yù)器旁路的煙氣量由暖風(fēng)器側(cè)所獲得的熱量確定，暖風(fēng)器側(cè)所獲得的熱量為引風(fēng)機(jī)出口的煙氣放熱量，煙氣放熱量由下列公式計(jì)算所得：

式中，hg為煙氣的焓值，kJ/Nm3；Vx為煙氣組成成分的體積分?jǐn)?shù)；(Cpt)x為溫度為t時(shí)煙氣組成成分的焓值，kJ/Nm3。

式中，qg為煙氣放熱量，kW；hgi、hgo分別為煙氣進(jìn)口的焓值和煙氣出口的焓值，kJ/Nm3；Qg為煙氣量，Nm3/s?？疹A(yù)器旁路的煙氣流量通過煙氣放熱量qg與空預(yù)器的進(jìn)出口煙溫確定，空預(yù)器旁路的煙氣分別通過空預(yù)器旁路的高壓省煤器及低壓省煤器，出口匯合至空預(yù)器的出口，如上圖1所示。

3.3 空預(yù)器旁路高壓省煤器出口煙溫研究

通過將低品位煙氣余熱置換高品位熱源的技術(shù)，將置換的高品位熱源通過空預(yù)器旁路的換熱裝置進(jìn)行回收利用，利用高壓省煤器回收高溫?zé)煔庥糜诩訜徨仩t的給水，利用低壓省煤器回收剩余的熱量用于加熱汽機(jī)的低加凝結(jié)水。因此，高壓省煤器與低壓省煤器之間有一個(gè)溫度的界限，高壓省煤器的出口煙溫的選擇涉及較多因素。

主要的影響因素為如下3個(gè)方面：（1）高壓省煤器的換熱器的大小和換熱面積的影響因素；（2）節(jié)煤量；（3）高壓省煤器的縱向排數(shù)。

根據(jù)空預(yù)器旁路入口的高溫?zé)煔鉁囟?71℃和高壓省煤器的取、回水溫度分別為190℃、312℃，本文選取了四個(gè)個(gè)不同的高壓省煤器出口煙溫250℃、240℃、230℃及220℃進(jìn)行分析。從圖2中可以看出，隨著高壓省煤器出口溫度的降低，所需的換熱面積增加，并且換熱面積增加的幅度大于煙溫出口降低的幅度，因此，高壓省煤器出口的煙溫不宜選取的太低。

從圖3中可以看出縱向排數(shù)隨著高壓省煤器出口的降低而增加，并且增加的趨勢(shì)與換熱面積的增加趨勢(shì)相似。從圖4中可以看出隨著高壓省煤器出口煙溫的降低，系統(tǒng)的節(jié)煤量也跟著相應(yīng)的增加，高壓省煤器出口從250℃降至240℃時(shí)，系統(tǒng)的節(jié)煤量上升幅度較大，從240℃降至220℃時(shí)，整體的節(jié)煤量呈現(xiàn)出較平緩的上升趨勢(shì)，結(jié)合縱向排數(shù)與高壓省煤器的換熱器面積等因素的考慮，推薦高壓省煤器的出口煙溫在230℃左右為宜。

3.4 系統(tǒng)節(jié)煤、節(jié)水效果分析

通過對(duì)空預(yù)器旁路高壓省煤器出口煙溫的研究將其出口的煙溫按照230℃進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)參數(shù)表如表2所示。通過本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將引風(fēng)機(jī)溫升引起的熱量也一并回收進(jìn)入系統(tǒng)，將煙氣的余熱吃干耗盡，達(dá)到深度余熱回收的目的，本項(xiàng)目可節(jié)約3.3g/kW·h的煤耗耗量，及節(jié)約48t/h的耗水量。

表2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

4 結(jié)語

（1）本系統(tǒng)通過布置于吸收塔前的煙氣余熱回收換熱器吸收煙氣余量，將熱量用來加熱暖風(fēng)器，減輕空預(yù)器的低溫腐蝕和堵塞現(xiàn)象，并且降低了煙氣在空預(yù)器的放熱量，多余的熱量可通過空預(yù)器旁路的高壓省煤器及低壓省煤器進(jìn)行回收，減少蒸汽的抽氣量，增加系統(tǒng)的做功，從而達(dá)到節(jié)煤及節(jié)水的目的。

（2）對(duì)于百萬機(jī)組的旁路煙道煙氣余熱回收項(xiàng)目，高壓省煤器及低壓省煤器的分界線溫度按照230℃左右設(shè)計(jì)為宜。

（3）通過本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，達(dá)到深度余熱回收的目的，并且將低品位的能源置換成高品位的能源進(jìn)行回收，本項(xiàng)目可節(jié)約3.3g/kW·h的煤耗耗量及節(jié)約48t/h的耗水量。