煙氣余熱利用技術（低溫省煤器）在600MW超臨界機組上的應用

郭為

摘 要：合理利用電廠鍋爐排煙中的余熱，可達到節能、環保的目的。本文以低溫省煤器在600MW機組中應用為例，對低溫省煤器應用情況進行介紹。為相似機組的煙氣余熱回收改造提供參考。

關鍵詞：超臨界機組；煙氣余熱利用；低溫（壓）省煤器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.24.001

1 低溫省煤器應用的背景

目前，火力發電廠由于各方面原因，燃煤鍋爐排煙溫度通常遠高于設計值，這給發電企業的節能和環保工作帶來了沉重的壓力。利用低溫省煤器來降低鍋爐排煙溫度，成為解決該問題的有效途徑。

（1）鍋爐排煙溫度偏高。由于國家明確了火電廠排放氮氧化物控制標準，目前運行機組陸續完成脫硝改造?？疹A器換熱元件的改造通常帶來空預器換熱效率降低、鍋爐排煙溫度升高的問題。

另外，發電廠為了降低發電成本，大量燃用低發熱量的劣質煤，也導致了鍋爐排煙溫度升高。

（2）粉塵達標排放要求。2014年，我國出現了霧霾天氣，環保部和公眾對發電廠排放污染物關注程度日益增加。新排放標準中更是規定了自2014年7月1日起，現有火力發電鍋爐執行30mg/Nm3的粉塵排放限值。降低鍋爐排煙溫度，可以降低粉塵比電阻，提高電除塵的效率，實現達標排放。

（3）應用情況。國際上，日本已有成功應用煙氣余熱利用技術的先例。日本1997年成功開發應用低溫電除塵及氣氣換熱技術，并在日本各大燃煤電廠推廣。其鍋爐排煙溫度經回收利用后，一般可降至90℃。如原町電廠百萬機組，鍋爐排煙溫度可降至93℃，滿負荷時煙塵排放濃度可達7mg/Nm3。在我國，已有部分電廠成功應用了煙氣余熱回收技術。

2 低溫省煤器應用實例

福建某電廠4號爐通過在尾部煙道布置低溫省煤器，利用鍋爐排煙將凝結水加熱、降低最終排煙溫度，實現了煙氣余熱回收利用。在增加該系統后，達到了節能和環保效果。停爐后檢查中，在煙道、電除塵、引風機等設備沒有發生低溫腐蝕、積灰現象。

（1）機組概況。該鍋爐為哈鍋生產的HG-1900/25.4-YM4型超臨界變壓運行直流鍋爐，由于運行中煤種變動大、空預器改造后換熱效率減低，導致鍋爐排煙溫度高（夏季達到140～160℃，冬季為120～140℃）、除塵效率下降。同時由于機組建設時國家對火力發電廠煙囟煙塵濃度執行的是2003版標準，要求排放濃度限值為50mg/m3，高于現行標準。因此需通過在鍋爐尾部煙道增設低溫省煤器，降低進入電除塵的煙氣溫度，達到節能減排的目的。

（2）工作原理及工藝。在鍋爐尾部煙道內設置受熱面，引入機側凝結水與熱煙氣進行換熱，使得凝結水升溫，并使進入電除塵器的煙氣溫度由150℃降低到90～100℃，達到利用煙氣余熱和環保排放的目的。由于該受熱面布置在鍋爐尾部煙道，并且與機側低溫低壓的凝結水系統相連，為了與原有的省煤器區分，稱該煙氣余熱利用裝置為低溫（壓）省煤器。

低溫省煤器的兩級受熱面采用逆流換熱布置，分別布置于電除塵進口喇叭處和空預器出口的垂直煙道處，前者為低溫受熱面，后者為高溫受熱面。

低溫省煤器的進水分別取自7、8號低加進口、6號低加進口，通過混合得到合適的溫度后，通過變頻增壓泵升壓把凝結水送至受熱面中換熱。調節入口電動調節閥或增壓泵的頻率，可實現系統進水量的切換和調節。低溫省煤器的回水口根據回水溫度選擇6號低壓加熱器出口或5號低壓加熱器出口，經過加熱的凝結水與主凝結水匯合后最終送往除氧器。

為了防止積灰，在各受熱面處還設置了聲波吹灰器和振打裝置。

（3）運行參數控制。運行中主要控制參數主要有：低溫省煤器入口水溫、入口凝結水流量。通過調整這兩個參數，使低溫省煤器出口煙溫降至95℃左右。為了防止低溫腐蝕，根據煤質情況，考慮到煙氣的酸露點和水露點的因素，設置低溫省煤器入口水溫為57℃?？刂葡到y根據入口水溫和出口煙溫設定值，自動調節變頻泵出力，調節系統中凝結水流量。

出口煙溫的選取，需根據煤質進行計算得出。燃煤煙氣酸露點有多種計算方法，受爐型、燃料含硫量、灰分、水分、過量空氣系數等參數影響，很難從理論上推導出精確的煙氣酸露點公式。國際上至少有7種計算公式，其中前蘇聯1973年鍋爐熱力計算標準兼顧了各種因素的影響。在低溫受熱面采用ND鋼，并控制進口水溫高于煙氣水露點20℃以上，可有效控制受熱面換不發生低溫腐蝕。

3 應用效果

（1）節能效果。加裝低溫省煤器系統后，機組在滿負荷工況下（負荷600MW，排煙溫度150℃）排煙溫度可降低至95℃，最高降幅達55℃。由于煙氣溫度大幅度下降，煙氣體積隨之下降、煙氣中粉塵比電阻下降，引風機電率下降幅度約為10%，同時脫硫系統的水耗和電除塵的電耗有一定下降。

汽機側試驗數據表明，在機組滿負荷時，汽輪機的熱耗下降52kJ/kWh。滿負荷驗收試驗結果表明，機組供電標準煤耗可降低1.5g/kWh。

（2）環保效果。在投入低溫省煤系統后，粉塵排放值下降幅度明顯，從原55.6mg/Nm3下降到約30 mg/Nm3。SO3脫除測試表明，在投入低溫省煤系統運行后，SO3脫除率達到73.78%。

（3）受熱面腐蝕、積灰情況。經過材料低溫腐蝕測試表明，低溫省煤器應用的Q235和SPCC兩種材料的耐腐蝕性能都較強，腐蝕級別均達到5級以下。Q235的平均年腐蝕率為0.0537mm，SPCC的平均年腐蝕率為0.0412mm。該系統自2012年9月投入運行至今，歷次停爐后檢查均未發現明顯腐蝕、積灰現象。

4 結論

經運行和相關試驗表明，在600MW超臨界鍋爐中設置低溫省煤器，可有效利用鍋爐排煙熱量，實現煙氣余熱利用，達到降低煤耗、水耗、引風機和電除塵器電耗的效果，提高了電除塵器的提運行效率，降低了粉塵的排放，并能除去煙氣中部分SO3。該系統運行維護簡單，對于燃煤火力發電廠是一種較為實用的降耗、節能、環保項目。

參考文獻：

[1]岑可法等.鍋爐和熱交換器的積灰、結渣磨損和腐蝕的防止原理與計算[M].北京：科學出版社，1994.

[2]趙恩嬋，張方煒.火力發電廠煙氣余熱利用設計研究[J].熱力發電，2008（10）.