安裝低溫省煤器回收煙氣余熱的節能計算

李寶珠

河北筑能工程技術有限公司 河北 石家莊 050000

1.前言

火力發電廠鍋爐排煙溫度約為120～150℃，排煙熱損失約占整個鍋爐熱損失的4～5%，這部分熱量具有很大回收利用的潛力。采取先進的工藝技術降低排煙溫度，不僅可回收余熱，而且可以降低脫硫系統耗水量。同時，可降低除塵器煙道入口的煙氣溫度，可以降低煙氣量，減少下游引風機電耗。

2.煙氣余熱回收技術概述

2.1 基本原理

圖1 鍋爐煙氣余熱回收的基本原理

從圖1可見，燃煤發電廠煙氣余熱回收的基本原理就是回收鍋爐排煙的熱量，將鍋爐排煙溫度降至85℃左右再進入脫硫塔。回收的熱量常用于加熱凝結水，減少汽輪機低加的抽汽量，增加機組的發電功率，從而達到節煤節水的目的。

2.2 低溫省煤器余熱回收系統方案

當前主要的熱交換工藝方式有兩種：一次循環熱交換（直接）和二次循環熱交換（間接）。

1）一次循環（直接）換熱

優點：換熱效率較高，投資少，系統簡單。

缺點：對低溫省煤器的耐腐蝕性、耐壓性要求比較高；凝結水切換時，若操作不當，易污染凝結水水質，對操作人員的技能水平要求較高，初次投入時需凝結水沖洗；系統的安全性一般。

2）二次循環（間接）換熱

優點：對低溫省煤器的耐腐蝕性、耐壓性要求比較低，維檢方便，水源各自獨立，系統的安全性較高。

缺點：間接換熱，熱效率低，投資較高，控制復雜。

經調研，在火力發電廠實際生產中，鍋爐尾部煙氣屬于低品位熱能，對于低品位熱能的利用及回收需付出的經濟代價相對較高，若再采用間接換熱方式，初始投資高，換熱效率較低。因此可通過對低溫省煤器進行針對性的設計，在充分計算鍋爐煙氣中的酸露對其腐蝕影響的情況下，使其滿足煙氣與凝結水直接換熱的要求，推薦采用一次循環換熱方式。

3.安裝低溫省煤器后能耗狀況分析

低溫省煤器布置在除塵器前，必然增加煙氣阻力，同時由于煙氣溫度的降低，煙氣體積流量會隨之減少，因此在進行低溫省煤器節能計算的時候需要考慮三個方面的問題：一是安裝低溫省煤器回收的煙氣余熱，加熱凝結水最終的熱能利用；二是由于安裝低溫省煤器，造成引風機出力增加，由此造成引風機耗電量增加；三是由于安裝低溫省煤器，水側設計方案為主路截流取水，因此會增加凝結水泵能耗，因此需要計算水泵增加的能耗。

綜合考慮計算煙、水、電三個方面的能量轉換，計算得與失，能夠比較客觀的計算出安裝低溫省煤器后的經濟效益。

4.示例

以定州某火力發電廠低溫省煤器節能改造項目為例，該發電廠安裝2×600MW亞臨界參數國產燃煤機組及2×660MW國產超臨界直接空冷機組。每臺機組設1臺增壓風機，每套脫硫系統的煙氣處理能力為相應機組鍋爐最大連續蒸發量時100%煙氣量。

該電廠低溫省煤器改造方案如下：在空氣預熱器后，電除塵器的入口前增設低溫省煤器，回收煙氣余熱，每臺爐配4臺低溫省煤器。凝結水由7號低加進口和7號低加出口處抽取，在7號低加進口管道及出口管道上分別設有電動調節閥，用于調節進、出口的凝結水流量，使得最終進入低溫省煤器內的凝結水溫度達到75℃（可調），滿足低溫省煤器的系統要求。凝結水流入低溫省煤器，從低溫到高溫，溫度由75℃上升至108.5℃（可調），然后引入6號低加入口。

4.1 額定工況節約功率計算

BMCR工況從#7低加入口取水557.77t/h，溫度56℃，從#7低加出口取水314.69t/h，溫度108.5℃，混合至75℃，總水量872.46t/h。根據凝結水取水方案可知，從#7低加入口取水，會排擠#7低加部分抽汽。因此，煙氣余熱利用方案的節約發電煤耗計算如下：

1）7號低加排擠的抽汽量Gp7

Gp7=557770×（456.2-234.4）/（2758.6-257.5）=49463.59kg/h

式中 557770 kg/h—從7號低加入口取的凝結水量；

234.4 kJ/kg—7號低加入口水焓；

456.2 kJ/kg—7號低加出口水焓；

2758.6 kJ/kg—7號低加抽汽焓；

257.5 kJ/kg—7號低加疏水焓。

2）節約蒸汽做功W1

W1=（49463.59×2758.6-49463.59×2443.2）/3600=4333.56kW

式中2443.2kJ/kg為BMCR工況乏汽焓。

4.2 引風機增加能耗

在除塵器前布置低溫省煤器，引風機處煙溫由131℃降到90℃左右，根據理想氣體的狀態方程 PV/T=C，單位時間內煙氣流量將減少約10.14%。由此，煙氣流量減少而空出引風機出力4500×10.14%=456.3Pa（4500Pa為引風機BMCR工況出力）。BMCR工況運行時，低溫省煤器設計阻力為509Pa，因此加裝低溫省煤器后增加引風機負擔為509-456.3=52.7Pa，即加裝低溫省煤器后，運行時增加引風機出力52.7Pa。

聯軸器連接時，取0.95～0.98；用三角皮帶傳動時，取0.90～0.95；用皮帶傳動時，取0.8；

V——引風機風量，m3/h；

H——引風機風壓，Pa。

引風機增加功率計算如下：

式中：544950 Nm3/h——鍋爐最大連續蒸發時每臺省煤器入口煙氣量；

90℃——鍋爐最大連續蒸發時除塵器入口煙溫；

53 Pa ——低溫省煤器運行時導致引風機增加的出力；

1.1 ——電動機備用系數；

9.81 ——重力加速度值；

273.15 ——開爾文溫度；

0.9 ——電動機效率。

4.3 水泵增加能耗

由于水側設計方案為主路截流取水，因此會增加凝結水泵能耗，增加能耗如下：

1） 凝結水泵增加功率

P1=9.81×20/3600/0.85×1651=106 kW

式中 20 m ——凝結水泵增加的揚程；

0.85 ——凝結水增壓泵效率；

1651 t/h——BMCR工況凝結水泵流量。

2）新增熱媒增壓水泵功率

熱媒增壓泵及輔助循環泵用于凝結水在低加與低溫省煤器循環出力，額定工況運行時凝結水流量為872.46t/h，熱媒增壓泵及輔助循環泵額定工況下單臺流量1460t/h，按照額定工況計算，需要系數為0.6。

P2=450kW×0.6=270kW。

3）新增熱媒輔助水泵功率

P3=132kW×0.6=79.2kW。

4.4 技改綜合能耗計算

節約功率為4333.56kW，引風機增加能耗為60kW，水泵增加能耗為106+270+79.2=455.2kW。按照年利用小時數5500h計算，可發電（4333.56-60-455.2）×5500=2100.10萬kWh。根據中電聯2018年全國電力工業統計快報，電廠供電標煤耗308g/kWh；折標系數暫按3.08tce/萬kWh計算，折標煤6468.30t/a。

5.結語

節能已成為時代的主題，緩解能源供需矛盾，促進國民經濟可持續健康發展，促進產業結構調整和升級。對于耗能大戶的節能技術改造方興未艾，在計算節能相關指標時需要多方考慮，謹慎細心計算。新增設備能耗以及由于新增設備導致系統其他設備出力增加的能耗都需要進行逐一核算。