超超臨界火力發電廠煙氣余熱利用系統研究

摘 要：作為能耗和排放大戶的火力發電廠，如何合理地利用煙氣余熱，成為火電廠提高機組效率、減少煤耗而達到節能降耗的主要舉措之一。大型的火力發電廠每年要消耗我國煤炭總產量的一半以上，在這些能耗中其排煙熱損失是電站鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般在7%，占鍋爐總熱損失的75%或更高。排煙熱損失的主要影響因素是鍋爐排煙溫度，一般情況下，排煙溫度每升高10℃，排煙熱損失增加0.8%，發電煤耗增加2g/kWh。我國現役火電機組中，鍋爐排煙溫度普遍維持在120～145℃左右水平，褐煤鍋爐為165℃左右，排煙溫度高是一個普遍現象，由此造成巨大的能量損失。

關鍵詞：超超臨界；火力發電廠；煙氣余熱

1 大唐國際呂四港電廠基本情況

江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司一期4×660MW超超臨界燃煤發電機組，配置哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產制造，由三菱重工業株式會社提供技術支持的超超臨界參數變壓運行直流鍋爐。鍋爐型號：HG-2000/26.15-YM3。設計煤種為神府東勝煤，鍋爐設計排煙溫度為127.5℃，鍋爐設計效率93.8%，本爐長期以來排煙溫度偏高，夏季運行最高達到145℃。超出排煙溫度設計值20℃。爐內通過空氣預熱器換熱元件更換、省煤器延伸、制粉系統優化、設備消缺等措施，可將空氣預熱器出口溫度降低到130℃左右，繼續降低排煙溫度單靠爐內的措施（已達極限）已不可能。因此決定采取爐外加裝低溫換熱器，以期達到深度回收煙氣余熱、節省脫硫水耗、保護煙囪的目的。

2 課題目前國內、外研究概況和發展趨勢

2.1 課題在國內研究及發展情況

余熱回收技術，是余熱利用產業鏈中的核心環節，是國家鼓勵扶持的環保項目。“十一五”期間，我國對余熱利用產業實施的專項扶持，促進了我國余熱利用技術進步和發展。“十二五”期間我國對余熱再利用扶持政策力度將進一步的加大，將繼續推動余熱利用產業及余熱回收邁向一個新的階段，它的市場前景會更加廣闊。國內已有600-1000MW機組大部分采用濕式煙氣脫硫系統，要求進入脫硫塔的煙氣溫度在80度，因此鍋爐排煙中部分熱量未被充分利用，通過使用噴水降溫，造成熱量的浪費。排煙余熱回收利用可以把這部分的熱量用于加熱水。

近十年來，通過創新，國內高參數、大容量為主導的現代化大型火力發電廠建設取得了快速的發展。這些新機組及新技術的應用大大提高了我國在火力發電技術應用上的技術水平。目前，華能國際玉環電廠已實現45.5%的全廠指標。在通過主輔機容量及參數的改進從而取得循環效率大幅進步之后，如何提高電廠的熱力循環效率，是個新的課題。本文以鍋爐的煙氣余熱回收利用為題，進一步探討如何通過新技術、新工藝的應用來實現對煙氣余熱的充分利用，進一步提高全廠的熱力循環效率。根據現代超超臨界鍋爐技術的發展，鍋爐出口蒸汽的初參數已發展到30MPa/605℃/605℃這一水平，鍋爐效率已達到并超過了95%的水平，通過對鍋爐本身的燃燒控制以及改進汽輪機的設計來提高效率似乎已達到了工程應用的極限范圍。因此，我們不妨換個角度，考慮如何從全廠綜合利用的角度進一步挖潛改造，提高火力發電廠全廠凈效率。

在國內，已經有電廠在進行低溫換熱器的改造工作，如上海外高橋電廠2×1000MW機組就進行了低溫換熱器改造工作，低溫換熱器布置在引風機后脫硫裝置前，已經完成了安裝調試，并投入運行，根據性能考核報告，其節能效果明顯。

2.2 課題在國外研究及發展情況

在國外發達國家，煙氣余熱回收早就得到了應用。最初，前蘇聯為減少排煙損失而改裝鍋爐，在鍋爐豎井下部裝低溫換熱器供加熱熱水。對于發展起來的超超臨界發電機組，也能找到低溫換熱器改造的痕跡，德國電廠2×800MW褐煤發電機組在電除塵器和煙氣脫硫塔之間加裝了冷卻器，利用煙氣余熱加熱鍋爐凝結水，其原理同低溫換熱器一致。德國的科隆1000MW級褐煤發電機組采用分隔煙道系統充分降低排煙溫度，把低溫換熱器裝在空氣預熱器的煙道中，引入部分煙氣到煙道內加熱鍋爐給水。日本常陸那珂電廠采用了水媒方式的管式。煙氣放熱段布置在除塵器上游，煙氣被冷卻后進入低溫除塵器，煙氣加熱段的布置煙囪入口，循環水加熱煙氣。

3 課題目標、主要內容以及需解決的關鍵問題

3.1 課題研究的目標和主要內容

為了降低排煙溫度，減少排煙損失，提高呂四港電廠的運行經濟性，考慮利用煙氣余熱回收系統加熱凝結水的方案可行性。本工程以大唐呂四港660MW超超臨界燃煤發電機組為例，考慮在鍋爐下游某適當位置加裝低溫換熱器吸收排煙余熱，將排煙溫度降低，以回收熱量，對低加出口凝結水進行加熱。

低溫換熱器余熱回收系統的具體節能原理為：凝結水在低溫換熱器內吸收排煙熱量，降低排煙溫度，自身被加熱、升高溫度后再返回汽輪機低壓加熱器系統，代替部分低壓加熱器的作用。在發電量不變的情況下，可節約機組的能耗。同時，由于進入脫硫塔的煙溫下降，還可以節約脫硫工藝水的消耗量。

3.2 課題需解決的關鍵問題

低溫換熱器的安裝位置。由于低溫換熱器的傳熱溫差低，因此換熱面積大，占地空間也較大，所以在加裝低溫換熱器時，需合理考慮其在鍋爐現場的布置位置。防止磨損采取的技術措施。換熱器的磨損問題是國內外各電廠鍋爐普遍存在的問題，也是本次改造要考慮的技術要點之一。防止低溫腐蝕采取的技術措施。由于降低了排煙溫度，為防止低溫腐蝕，本設計方案應考慮到本廠燃用煤的特點，結合運行煤種平均硫份較高，收到基全水分較高的情況，在設計過程中慎重考慮受熱面的結露腐蝕問題。防止積灰采取的技術措施。關于防止受熱面積灰，影響換熱效果，也是本設計重點考慮的因素。

4 課題的設計方案

可靠性的原則。所有設計參數的選定必須首先考慮機組運行可靠。經濟性的原則。在運行可靠的前提下，盡可能增大換熱溫差，減少換熱面的體積和量，減少設備投資。優化的原則。爭取回收熱量的能級最高。通過鍋爐系統與汽輪機系統合理耦合，優化低壓省煤器取水、回水點的位置達到。安全的原則。合理控制受熱面金屬壁溫，避開煙氣露點。這是保證受熱面不泄漏的前提條件，所有方案必須首先滿足這一條件。

由于低溫換熱器安裝位置不同將對余熱利用系統帶來不同問題，本文重點討論以下兩種安裝方案，并進行對比，分析其各自的優缺點，來確定最終選擇。

本文煙氣余熱利用系統的位置布置方案有兩種選擇：方案一，布置在空預器后、電除塵器前；方案二，布置在引風機后、脫硫裝置前。

5 課題的研究計算方法

采用等效熱降法進行熱經濟性計算。將低壓省煤器回收的熱量作為煙氣余熱送入汽輪機回熱系統，而鍋爐的有效熱量不變。低壓省煤器回收的熱量將排擠低加的抽汽，它們將各自返回汽輪機做功，從而使機組的發電功率增加，熱耗降低。

6 結束語

根據上述設計指導思想，鍋爐回收煙氣熱量僅用于汽輪機的回熱系統。在這種情況下，排擠部分抽汽而導致冷源損失增加，使得所回收的熱量產生的節能量降低。由于回收的余熱作為外部熱量輸入回熱系統，所以汽輪機只要增發，就會使循環效率提高，給發電系統帶來的效益：在保證總功率不變的條件下，汽輪機汽耗率降低、熱耗率降低，標準煤耗減少。

實施本方案，可為發電廠帶來如下經濟、環境效益：利用了排煙余熱，可以提高循環熱效率，降低煤耗率；創造了鍋爐脫硫系統長期連續安全運行的煙氣溫度條件；在節水的同時降低了凈煙氣中的含濕量，保護煙囪。節省燃煤的同時，減少了粉塵，SO2，NOx等污染物的排放，環保效益顯著。

參考文獻

[1]丁全才.火電廠余熱綜合利用技術探討[J].中國高新技術企業.