小型電站排煙及循環水余熱利用系統設計探討

劉媛

（中冶長天國際工程有限責任公司 湖南長沙 410007）

小型電站排煙及循環水余熱利用系統設計探討

劉媛

（中冶長天國際工程有限責任公司 湖南長沙 410007）

為了節省能源，小型電站開始廣泛使用煙氣余熱和循環水余熱技術，對該系統進行優化設計，提高發電效率，減少煤資源的消耗和廢氣的排放，增加發電量，是節能環保的主要措施之一。本文分別從小型電站的排煙以循環水余熱利用系統設計上面做初步探討，僅供相關人士參考。

小型電站；排煙；循環水；余熱利用；系統設計

1 引言

在小型電站中，鍋爐的排煙和循環水的熱損失占據了鍋爐熱損失的大半，而且對環境的污染情況也隨著鍋爐運行的時間而加大。如果能夠在發電過程中，加大新技術和工藝的使用，降低對循環水進行循環利用，充分利用煙氣余熱，對于有效降低小型電站的煤資源的損耗、減少對環境的污染、增加發電量，無疑具有十分重要的意義。

2 煙氣余熱利用系統設計及經濟性分析

本文以下述例子來做簡單介紹，某機組配備燃煤鍋爐，汽輪機為凝汽式汽輪機組。原系統設計中，電除塵器出口煙氣的含塵量不大于100mg/Nm3，除塵器效率不低于99.88％。低溫省煤器煙氣余熱回收系統如圖1所示。

圖1 低溫省煤器煙氣余熱回收系統

2.1 低溫省煤器入口的水溫控制

控制低溫省煤器水側低溫段腐蝕的主要方法是控制入口水的溫度。控制低溫省煤器入口水溫，使管束的最低壁溫高于水露點25℃（水露點溫度43.78℃），以避開了低溫腐蝕區。一般控制入口水溫度不低于70℃。

根據該機組的實際工況，在冬季有抽汽供熱的需求，所以選取了并聯方式。結合汽機THA工況熱平衡圖中各低加入口凝結水溫度，為了降低傳熱溫差，提升設備運行的經濟性，設計時，具體的取水方案為：當在額定工況下運行時，低溫省煤器水側從1號低加入口（純凝工況設計溫度33.61℃）和2號低加出口（純凝工況設計溫度85.98℃）取部分凝結水，混合水的溫度為70℃，且自動控制混合水溫度在70℃以上，經低溫省煤器加熱后，回3號低加出口（純凝工況設計溫度115℃），同時兼顧低溫省煤器出口水溫度大于3號低加出口溫度，排擠更多的上一級低加抽汽。更主要的是隨著機組負荷變化，對低溫省煤器進水溫度兼顧出水溫度進行相應的調整。

2.2 低溫省煤器出口煙氣溫度控制

設計低溫省煤器入口煙氣溫度為150℃，出口溫度為100℃；鍋爐低溫省煤器的凝結水流量可調，如此，即可控制低溫省煤器出口煙溫在設計范圍內，使煙溫高于95℃（煙氣露點溫度計算為95.05℃）。為此，采取的設計方案是通過凝結水流量控制低溫省煤器出口煙氣溫度。在3號低加和4號低加之間的主凝結水管道上，新增加串聯的流量調節閥和該調節閥的電動旁路閥。通過自動調節，控制進入低溫省煤器的凝結水流量，保持低溫省煤器出口的煙氣溫度在95℃以上，從而控制低溫省煤器的腐蝕速率。

2.3 低溫省煤器煙氣壓差控制

低溫省煤器連接在空預器和電除塵之間，工況環境惡劣，煙氣中的含塵量較大，且采用了H型焊接鰭片的高效換熱管，設備積灰的可能性較大。積灰后低溫省煤器的阻力增加，局部煙氣的流速增加，增大了對換熱設備的沖刷和磨損，增加了設備泄漏的幾率。同時，上級受熱面的吹灰或其他固體顆粒都將沉積在低溫省煤器的鰭片中不易清除，因此需對低溫省煤器的煙氣差壓進行連續監視，控制煙氣差壓不超過2000Pa。如不能對煙氣側差壓進行有效控制，可能會引起機組降負荷甚至停機檢修事故，因此需連續監視，掌握設備運行規律，確定合理的吹灰周期。

2.參與表演，豐富學生想象。在故事性強的文本學習中，教師要讓學于生，讓學生充當小演員，在文本的空白處、精彩處啟發想象，發展學生的想象能力，提高學生的創新能力。如在學習人教部編本七下《駱駝祥子》一課教學中，教者以6名學生為一小組，合作完成一個故事。教師讓學生研讀課文，并進行組內分工，將文本改成課本劇。表演是一種創造性活動，學生只有深入研究人物語言、動作、神態，才能深層次把握人物的特征，才能使自己演得傳神。在表演后，教師要評出最佳劇本、最佳創意、最佳演員，激發學生的活動熱情。

2.4 鍋爐低溫省煤器保護

選定設計參數時，須考慮系統及設備長期運行的可靠性。低溫省煤器應有防止腐蝕的壁溫低保護、泄漏監控報警和溫度報警裝置，一旦發生壁溫低、泄漏等故障情況，具備快速處理技術手段，根據具體情況，能有效隔離部分或全部系統。

2.5 低溫省煤器實際運行改造控制效果

經過近1年的運行實踐，低溫省煤器運行良好，熱工控制的凝結水溫度和流量平穩，滿足了低溫省煤器的運行需要，除塵效果和節能降耗達到了預期效果。在額定負荷工況下，電除塵器出口的排放濃度由17.92mg/Nm3，降至11.68mg/Nm3；在75％額定負荷工況下，電除塵器出口的排放濃度由16.18mg/Nm3，降至12.43mg/Nm3。根據熱力試驗，得到低溫省煤器投入后供電煤耗的降低值，在100％額定工況下為2.14g/kW·h，在75％額定工況下為1.52g/kW·h，在50％額定工況下為0.70g/kW·h。

3 循環水余熱利用系統設計及經濟性分析

本文以下述例子來做簡單介紹，某小型電站循環水余熱回收利用系統采用的是基于吸收式循環的熱電聯產集中供熱技術，其工藝流程如圖2所示。根據實際工程測試發現，影響熱泵COP因素的主要參數，驅動蒸汽溫度、熱網水溫度與熱泵COP成反比關系，熱源水溫度/流量、熱網水流量與熱泵COP成正比關系。對COP影響程度依次為熱網水溫度→熱源水溫度→驅動蒸汽溫度→熱網水流量→熱源水流量。設計控制方法的基本原則為在保證各數據參數、生產以及設備安全的情況下，提高熱泵COP參數，盡量多地利用循環水的低品位熱能，通過驅動蒸汽流量及熱網水流量的變化來調節整個循環水余熱回收系統。

3.1 熱網水控制系統

熱網水控制系統設計要求為調節管道內熱網水壓力滿足熱泵工作要求，為保證熱網水出口溫度，應精確地調節熱網水流量。當熱網水出口溫度過高時，COP指數下降很快，當進入系統熱網水較少時或熱網水管道內壓力較低時，會降低整個系統效率。基于上述控制原則，熱網水控制系統充分發揮DCS對模擬量控制精確的特點，采用雙閉環控制邏輯，利用PID算法調節電動調節閥門以達到精確控制熱網水流量，利用變頻器調節升壓泵調節熱網水壓力。

圖2 熱電聯產集中供熱工藝流程示意圖

驅動蒸汽調節系統的目的是根據循環水余熱回收系統整體要求，將驅動蒸汽溫度調節至某一個使余熱回收系統性能指數最高的值且維持其穩定，這就要求調節系統調節速度快且穩定。余熱回收系統利用1、2號機凝結水對1號機采暖抽汽進行冷凝。基于上述控制原則，驅動蒸汽溫度調節系統采用DCS作為控制設備，PID作為控制算法，3個電動減溫水調節閥進行聯鎖控制，無備用，使整個系統有較快的響應速度。

3.3 疏水液位控制系統

疏水液位控制系統的基本控制原則是在保證疏水罐液位安全的同時，將疏水直接送入低壓加熱器，在兼顧低加水位與疏水罐水位的同時調整疏水速度。疏水泵系統采用了1個電動調節閥門，3個變頻疏水泵，采用二主一備的方法。兩個運行變頻器全部采用自動調頻策略。

3.4 吸收式熱泵

吸收式熱泵控制系統主要包括兩部份：①生產流程控制；②生產安全控制。負荷自動調節，自動對系統驅動熱源輸入量及溶液循環量進行跟蹤調節，使機組高效、穩定、經濟運行。根據熱泵生產實際采用如圖3的供熱系統。溶液泵變頻控制，根據機組負荷變化情況，由變頻器進行無極調速，保證溶液循環量處于最佳循環狀態，發生器液面穩定在最佳區域內。安全控制包括熱泵內參數監視，設備故障監視等。以汽輪機抽汽為驅動能源Q1，驅動機內溴化鋰溶劑循環做功，產生制冷效應，回收乏汽中的余熱Q2。消耗的驅動蒸汽熱量Q1與回收的乏汽余熱量Q2一同加入到熱網水中，即：熱網得到的熱量為Q1+Q2。

圖3 吸收式熱泵回收余熱示意圖

3.5 總體控制策略

在上述電廠實際生產過程中，因吸收式熱泵本體采用PLC進行控制，泵組間無通訊無協調，常出現的狀況為多臺泵蒸氣閥門全開，溶劑泵超負荷運轉，而少數泵效率低下，發生器出口熱網水溫度也不相同，從節約能源和設備使用壽命上來看是極其不利的。利用DCS可將循環水余熱回收利用系統中全部熱泵設備作為一個整體進行控制，熱泵調節統一在DPU內進行處理，可保證所有設備處于最優工況下。圖4為系統總體控制框圖，以熱網水出水流量和驅動蒸汽調閥為被控量，以熱網水出水口溫度為反饋調節，吸收式熱泵之間緊密通信。

3.6 經濟性分析

本方案采用DCS一體化設計方案，該循環水余熱回收利用系統通過72h試運行，經測試，本循環水余熱回收利用系統控制策略實用性良好，設備保護能力完好，余熱利用系統各參數均優于設計要求，在節約能耗方面效果顯著，主要指標對比如表1。

圖4 總控制系統結構框圖

表1 循環水余熱回收利用系統主要指標對比表

如表1所示，采用本控制系統可將系統總效能比提高至1．80，在相同熱網水流量情況下可節省抽汽量35．14t/h。在控制設備投入方面，本系統采用與廠方原DCS系統相同的硬件設備，該硬件設備為國內先進控制系統，硬件可靠且價格要低于其他吸收式熱泵采用的PLC控制設備。因與廠方原有系統硬件相同，故接入原有系統十分方便，無需對運行人員進行培訓。另外，本系統歷史功能完善，可同時查詢分析歷史數據，實時數據，為廠方繼續優化生產流程提供了方便。

4 結束語

隨著人們對環境保護的意識越來越強，如何合理利用好現有的資源，將成為中小型電站的一個重要工作。從總體上說，排煙和循環余熱利用系統具有很強的可行性，對于當下節水節煤的效果十分顯著，從而做到節能微排，創造凈水藍天的目標。

[1]羅海華.空氣壓縮機冷卻循環水余熱利用系統設計[J].華電技術，2013（6）：80～81.

[2]邵連友，金豐，天罡，等.火力發電廠循環水余熱利用改造模式研究與探討[J].東北電力技術，2014，35（5）：11～13.

[3]郭小丹，胡三高，楊昆，等.熱泵回收電廠循環水余熱利用問題研究[J].現代電力，2010，27（2）：58～61.

TM621

A

1004-7344（2016）02-0233-02

2015-12-25

劉媛（1981-），女，工程師，本科，主要從事余熱發電設計工作。