300MW火力發電機組煙氣余熱回收裝置技術研究

莊博　郭建

摘 要：文章對采用煙氣-水形式煙氣換熱器的300MW火力發電機組煙氣余熱回收裝置的系統擬定、可行性及經濟性進行研究。

關鍵詞：300MW；火力發電機組；煙氣余熱回收

1 概述

鍋爐排煙熱損失是鍋爐各項熱損失中最大的一項熱損失，由鍋爐熱力計算可知，排煙溫度每上升20℃，鍋爐就要損失約1%的熱效率。燃用褐煤的機組鍋爐設計排煙溫度一般都比較高，通常都要達到了140℃左右，但在實際運行中往往高達160℃以上，如果能使鍋爐的排煙溫度降低40℃，則鍋爐效率就可以提高2%左右，換算成機組的總效率則能提高約0.8～0.9%。

國內常規設計燃燒煙煤鍋爐的排煙溫度～125℃，燃用褐煤的鍋爐～140℃，鍋爐排煙溫度較高的原因主要是：若排煙溫度低，會引起尾部受熱面的低溫腐蝕及堵濕灰；鍋爐尾部受熱面傳熱溫差減小，傳遞同樣的熱量，需要較多的受熱面積，鍋爐金屬耗量增大，鍋爐通風阻力及風機電耗也隨之增加，鍋爐外形尺寸也要增大，布置上也會帶來一定的困難。合理的排煙溫度，是根據排煙熱損失和受熱面金屬消耗費用，通過技術經濟比較而確定的。為了避免空預器冷端酸腐蝕及堵濕灰，冷端的金屬壁面溫度必須高于排煙酸露點溫度并留有一定預量。

本研究主要對采用煙氣-水形式煙氣換熱器的煙氣余熱回收裝置的系統的擬定、可行性及經濟性進行研究。研究的機組形式為300MW等級供熱機組。

2 煙氣余熱回收裝置系統設計

2.1 吸熱介質的確定

對于300MW等級的供熱機組，由于有熱網水對外供熱，采用煙氣換熱器有優勢。因供熱電廠的熱網回水溫度一般設定為70℃，冬季采暖期可以將其引至煙氣換熱器換熱后回收熱量，對外供熱。但需要注意的主要是熱網水的水質問題。

而夏季時吸熱介質可采用汽機凝結水。按汽機廠熱平衡，夏季TRL工況，一般7號低加凝結水進出口溫度為63℃和87℃。可以與主機廠配合，自7號低加入口引出部分凝結水，至鍋爐側煙氣換熱器中，與煙氣換熱升溫后，再匯入7號低加出口凝結水主路，以回收煙氣熱量。

2.2 系統設計

設置單級煙氣換熱器，煙氣換熱器安裝于引風機后。

以某亞臨界300MW供熱機組為例，該機組的運行參數為：

水側：自汽機側至鍋爐側設有煙氣冷卻水管道環形母管，母管中汽機側設有煙氣水-水換熱器，鍋爐側設有煙氣冷卻水泵，用以克服煙氣換熱器及冷卻水管道的阻力。冬季切除汽機側煙氣水-水換熱器，打開與熱網水管相連閥門，冷卻水管成為開式水系統，自熱網循環水泵出口母管引出部分熱網回水進入煙氣冷卻水管道中，溫度為70℃，經煙氣冷卻水泵升壓后至煙氣換熱器，加熱后至101℃，再打入熱網循環水供水母管。

夏季關掉與熱網循環水管道連接的支路上的閥門后，再接通煙氣水-水換熱器，煙氣冷卻水系統成為閉式水系統。凝結水作為煙氣換熱器的冷卻介質，與煙氣冷卻水進行二次換熱。8號低加出口引出部分凝結水，溫度為63℃，至煙氣水-水換熱器，與煙氣冷卻水換熱后升溫至89℃，經泵升壓后匯入7號低加出口凝結水母中。煙氣冷卻水被凝結水冷卻后溫度降至73℃，經煙氣冷卻水泵升壓后進入煙氣換熱器加熱至101℃，再進入煙氣水-水換熱器被冷卻。夏季同時還有溴化鋰熱水制冷負荷，進水溫度75℃，回水溫度90℃。值得注意的是此負荷在類似印度等炎熱地區非常大。

煙氣側：煙氣側進口溫度138℃，出口溫度100℃。

3 煙氣余熱回收裝置的經濟技術分析

采用年費用法，分析采用煙氣余熱回收裝置的初投資、年運行費等，對加裝煙氣余熱回收裝置的經濟性作出總和評價，決定是否采用煙氣余熱回收裝置。

3.1 經濟效益分析

3.1.1 節煤分析

在機組冬季供熱期間，在供熱采暖負荷達到機組原有最大采暖供熱能力前回收的煙氣余熱可減少機組的采暖抽氣，達到節煤目的，根據供熱計算，采暖期2臺機組可節約標煤5837t。

在機組非采暖期，煙氣余熱回收至凝結水系統，可減少7段抽氣，按非采暖期平均工況計算，非采暖期兩臺機組可節約標煤3674 t。

全年運行，采用煙氣換熱器2臺機組全年共節約標煤9511t。

3.1.2 節水分析

設置煙氣換熱器，可將煙氣溫度從～137℃減至～100℃進入煙氣脫硫塔，比煙氣直接以～137℃進入脫硫塔節省大量脫硫塔噴水量，經計算，采用煙氣換熱器后2臺機組每年可節約水量～27.5萬噸。

3.1.3 減排分析

燃煤電廠主要排放污染物為CO2和SO2，按每年兩臺機組節約標煤耗量11790t，可減少CO2 4500t，可減少SO2 50t，具有很好的社會效益和經濟效益。

3.2 設置煙氣余熱回收裝置的經濟比較

4 結束語

上述論述和對比可知，設置煙氣余熱回收裝置可合理回收煙氣中的余熱，大量降低發電機組能耗，雖然增加了初投資，但2臺機組每年節水約27.5萬噸、節標煤9511噸、多供熱269431 GJ/a、減排CO2約4500t、減排SO2約50t，煙氣換熱器設備初投資約2年即可收回，具有很大的社會效益和經濟效益。

煙氣換熱器的設置，在高排煙溫度和低的酸露點溫度的條件下，具有很大的經濟效益，尤其對于有供熱或制冷負荷的電廠。其應用方式和吸熱介質的選取有很大的靈活性，關鍵在于對系統與換熱參數的精確的分析。