煙氣余熱回收裝置應用實例

上海上電電力工程有限公司 王吉翔 譚 青 王偉敏

章 良 張彥琦 胡遠濤

1 概述

我國火力發電廠燃煤蒸汽鍋爐的蒸發量從每小時幾噸到數千噸不等，排煙溫度大約在140℃-180℃之間，鍋爐的熱效率約在87%-94%之間。而排煙熱損失是影響鍋爐熱效率的一個重要因素。為了減少熱量損失，提高鍋爐/機組運行的經濟性，于是就有了在煙道上加裝煙氣余熱回收裝置的需求。

煙氣余熱回收裝置是對原有鍋爐的風煙和水系統（凝結水、除鹽水等）進行改造，利用鍋爐尾部煙氣的熱量加熱水，減少相應熱交換器（除氧器、低壓加熱器等）的蒸汽消耗。

目前已經運行和正在進行的煙氣余熱利用項目都把換熱后的煙氣溫度控制在80-115℃范圍內。因此，從目前的實際出發煙氣的溫度還存在幾十度的下降空間。根據現有的成功經驗，可在煙道上增加換熱器對此部分煙氣余熱進行回收，利用鍋爐煙氣的余熱加熱凝結水/除鹽水，減少除氧器、低壓加熱器等的加熱蒸汽消耗量，增發電量，從而取得節能效益。

2 應用實例

2.1 項目概況

某發電廠總裝機容量為24MW，配備有2臺65t/h燃煤鍋爐和2臺12MW非調整抽汽式汽輪機組，每臺機組具備10t/h的供汽能力，鍋爐排煙溫度為140℃左右。凝結水匯同除鹽水補水，由凝泵升壓、經軸封加熱器、低壓加熱器后進入凝結水母管，再分別送至兩臺除氧器進行加熱除氧，除氧器加熱蒸汽取自機組抽汽。除氧后的凝結水進入低壓給水母管，由給水泵送至高壓給水母管后進入鍋爐。

鍋爐省煤器排出煙氣則經空氣預熱器進入電除塵，由引風機送入煙囪排出。每臺鍋爐煙氣系統配備1臺單吸、雙支承、單出口、離心式引風機。改造前系統簡圖見圖1。

本項改造與發電廠的脫硫改造同期進行。脫硫系統采用不設GGH（GasGasHeater：空氣熱交換器）的石灰石-石膏濕法脫硫工藝，具備降低煙氣溫度的條件，并可減少制漿工藝水的消耗。由于目前電除塵器的粉塵排放濃度在200mg/N m3左右，適當降低進入電除塵的煙氣溫度有助于減少電除塵的粉塵排放，提高石膏的品質，有利于脫硫系統的運行，為此煙氣/凝結水換熱器采用電除塵前/引風機后兩級布置，第一級布置于電除塵前的垂直煙道上,進入電除塵的煙氣溫度按110℃控制。第二級布置于引風機出口至吸收塔的垂直上升段上，煙氣溫度降低至100℃左右，以充分利用煙氣余熱。

2.2 主要改造內容

煙氣系統增加兩級串聯逆流布置煙氣/凝結水換熱器，在電除塵前煙道布置一級換熱器，在引風機后煙道上布置二級換熱器，即可以提高電除塵的效率，也可以最大限度地利用煙氣余熱。改造后的系統見圖2。

凝結水系統增加凝結水增壓泵，換熱器的冷端水取自低壓加熱器進、出口的混合水，該混合水的溫度通過調門控制在不低于65℃的水平，凝結水全流量流經換熱器升溫后引入除氧器進行加熱除氧，由于減少了低壓加熱器內的凝結水流量，因此可以減少低壓加熱器的抽汽量，并且換熱器出口水溫高于原除氧器入口水溫（84℃左右），從而可以減少除氧器加熱的抽汽。減少的低加及除氧器抽汽可實現增發電量的節能效益。

由于仍保留了原凝結水管道和系統，在改造設備故障時，系統可以方便的恢復到原方式運行。

2.3 技術說明

（1）換熱器

1）本煙氣換熱器中的熱交換管采用具有專有技術的“H”型鰭片管換熱器（鰭片管結構見圖3）。

圖3 H型鰭片管結構

它具有較多的擴展受熱面面積、優異的防磨性能、積灰少等優點，既有較高的傳熱性能又能防止積灰結垢，H型肋片把空間分成若干個小的區域，對氣流有均流作用，因此在其它條件相同的情況下，磨損壽命可提高3-4倍。且H型肋片由于肋片焊接在管子不易積灰的兩側，使氣流筆直地流動，氣流方向不改變，鰭片不易積灰。

2）換熱器的材質：

一級換熱器的材質采用20G鍋爐鋼。二級換熱器的材質采用N D鋼，它廣泛用于制造在含硫煙氣中服役的省煤器，空氣預熱器，熱交換器和蒸發器等裝置設備，用于抵御含硫煙氣結露點腐蝕，是“耐硫酸低溫露點腐蝕”常用鋼材。

（2）排灰和吹灰

一級換熱器入口的煙氣從兩側進入換熱器下方，換熱器下方設灰斗，該灰斗和電除塵灰斗一樣設置蒸汽加熱盤管。灰斗出口設閘閥，下連電動鎖氣器和箱式沖灰器，將灰水排入灰溝。

一、二級換熱器都設置耙式吹灰器，吹灰介質采用機組供熱蒸汽，參數為1.2MP a、300℃。一級換熱器的上方和二級換熱器的下方布置蒸汽介質的耙式吹灰器。耙式吹灰器是目前廣泛用于脫硝催化劑的吹灰器，吹灰效果較好。

（3）換熱器入口水溫的調節

二級換熱器入口的水溫應控制在65℃以上，進入換熱器的水由低壓加熱器出口的凝結水和低壓加熱器入口的凝結水混合，通過調節低壓加熱器入口較低溫度水的流量控制混合水的溫度。入口水溫的調節將設置自動控制系統。

（4）一二級換熱器出口煙氣溫度的控制

一級換熱器的煙氣出口溫度應控制在110℃左右，但鍋爐蒸發量減少或環境溫度降低后一級換熱器煙氣出口溫度可能降低到105℃以下。為保證電除塵的正常運行，系統設置了換熱器凝結水旁路及旁路流量調整門。通過減少凝結水流過換熱器的流量，可以提高煙氣出口溫度。計算結果表明：在一級換熱器溫度正常的范圍內，二級換熱器的出口溫度在95℃左右，雖然系統同樣設置了旁路，一般不需要開啟旁路。

（5）改造系統的電氣和自動控制

該發電廠的機組沒有安裝DCS系統（Distributed Control System：分散控制系統），改造系統的監控信號需要進入脫硫DCS系統，以實現以下功能：

● 換熱器系統的煙氣、凝水溫度、流量和差壓的測量、監測、趨勢圖等。

● 換熱器凝結水進口溫度的控制。

● 換熱器節能和增發電量的統計和計算。

運行人員可以在脫硫控制室內對本系統進行正常運行的監視、調整以及事故的處理等。

煙氣余熱回收系統將新增吹灰器、電動鎖氣器以及電動調門等用電設備，所有電源都將取自脫硫的配電系統，每臺機組的煙氣余熱回收系統設置電源控制柜，分別由脫硫配電系統的兩路電源供電，通過自切裝置進行自動切換，再提供給各用電設備。

（6）利用現有的煙道構架

換熱器分兩段布置在電除塵入口及引風機后的煙道構架上。既可提高電除塵的效率，也可以最大限度地利用煙氣余熱。雖然現場兩處煙道均有煙道混凝土構架，具備加裝換熱器及其附件的空間?？紤]到換熱器的重量，構架、基礎需進行必要的校核加固，特別是布置第二級換熱器的引風機構架，還必須考慮換熱器出口至吸收塔的煙道部分的載荷和固定問題。換熱器和煙道的連接，尤其是一級換熱器入口煙道和空預器，二級換熱器出口煙道和脫硫塔的連接必須順暢協調。

3 煙氣余熱回收裝置應用效果

3.1 節能量計算原則：

換熱器凈增發電量 =換熱器合計節省蒸汽折算發電增量-換熱器煙阻功耗-增壓水泵消耗電功率

全年節省標煤量=換熱器凈增發電量 /機組額定功率×電廠供電煤耗×機組年發電量3.2換熱器實際節省標煤量（見表1）

表1 換熱器經濟收益表

計算結果，年節約標煤量827.85t。

4 項目投資回收期

煙氣余熱回收裝置主要由換熱器本體、耙式吹灰器、灰斗及出灰裝置、凝結水管道及閥門等組成，兩臺機組共安裝兩套煙氣余熱回收裝置，其投資成本約為400萬元。

投資回收期計算方法：

投資回收年限 =設備總投資 /實際年收益

由表2可知：投資回收期小于5年。

表2 設備投資回收期計算表

5 前景展望

我國鍋爐平均運行效率比國際先進水平低10～15個百分點，鍋爐節能改造被國家列為十大重點節能工程之一。鍋爐效率低的主要原因之一是熱能轉換裝置工藝技術落后，排煙溫度高，熱能損耗大。我國現有50多萬臺工業鍋爐，即使只有1萬臺較大噸位鍋爐進行改造換熱裝置，按排煙溫度平均降低30～40℃保守測算，每年總計可節能3000萬t標準煤，價值150億元，并可相應減少二氧化硫排放240萬t、二氧化碳排放2400萬t。

煙氣余熱回收裝置不僅具有投資少、見效快、回收期短、使用壽命長，節能效益大等優勢，而且適用性極其廣泛，可以靈活配置于工業鍋爐、熱電聯產鍋爐、電站鍋爐、油田注氣爐、石化加熱爐等各類鍋爐，涉及電力、石油、化工、石化、冶金、紡織等行業，具有明顯的可持續開拓的強大技術優勢，節能效果明顯，前景非常廣闊。

[1]《鍋爐原理及計算》馮俊凱，科學出版社

[2]《余熱鍋爐設計與運行》北京有色冶金設計研究總院，冶金工業出版社