一種新型煙氣余熱深度綜合利用技術(shù)

河南華潤電力首陽山有限公司 金瑞峰 周文森 李 峰 吳澤沛 郭 亮 王芳振 孔 亮 翟向紀(jì)

引言

由《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》（發(fā)改能源[2014]2 093號）要求，到2020年現(xiàn)役600MW及以上機(jī)組(除空冷機(jī)組外)改造后平均供電煤耗要低于300g/kWh。國家節(jié)能調(diào)度政策的實(shí)施及更多大容量高效燃煤發(fā)電機(jī)組的投產(chǎn)，使得首陽山項(xiàng)目1、2號機(jī)組只有通過節(jié)能改造，才能提高機(jī)組運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性和競爭力。

目前兩臺機(jī)組運(yùn)行正常，一級低溫省煤器投運(yùn)工況下，夏季機(jī)組高負(fù)荷（630MW）時(shí)引風(fēng)機(jī)后煙氣溫度在122～125℃左右，低負(fù)荷(310MW)時(shí)引風(fēng)機(jī)后煙氣溫度在92～96℃左右；冬季機(jī)組高負(fù)荷（621MW）時(shí)引風(fēng)機(jī)后煙氣溫度在108～113℃左右，低負(fù)荷(305MW)時(shí)引風(fēng)機(jī)后煙氣溫度在85～90℃左右。一級低溫省煤器停運(yùn)工況下，冬季機(jī)組低負(fù)荷(305MW)時(shí)引風(fēng)機(jī)后煙氣溫度約95℃。另外，一級低省存在大面積泄漏，排煙溫度個(gè)別時(shí)段高于設(shè)計(jì)值，對電除塵除塵效率有負(fù)面影響，同時(shí)鍋爐排煙損失增加，經(jīng)濟(jì)性下降，余熱利用還有較大空間。

空預(yù)器在機(jī)組超低排放改造后，空預(yù)器煙氣側(cè)差壓逐漸增大，空預(yù)器煙氣側(cè)差壓大于1.5kPa。空預(yù)器檢修期間，內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)空預(yù)器冷端存在不同程度的積鹽，有少量硫酸氫銨形成，尤其是送風(fēng)機(jī)葉片在熱風(fēng)再循環(huán)投運(yùn)情況下磨損嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅設(shè)備安全運(yùn)行。

1 技術(shù)路線介紹

2013年電除塵節(jié)能提效改造中在空預(yù)器后、電除塵前安裝有一級低溫省煤器，降低煙溫增加飛灰比電阻，提高電除塵收塵效率，同時(shí)利用排煙余熱加熱凝結(jié)水，減少#6低加抽汽量提高汽輪機(jī)效率，取得了一定效果。受煤質(zhì)變化、煙溫偏差不均勻、磨損泄漏等影響，夏季機(jī)組高負(fù)荷（630MW）時(shí)吸風(fēng)機(jī)后煙氣溫度122～125℃左右，還有大量煙氣余熱損失，有進(jìn)一步利用的空間。

本工程在引風(fēng)機(jī)出口增設(shè)二級低溫省煤器，利用凝結(jié)水作為循環(huán)介質(zhì)回收排煙余熱，控制二級低溫省煤器出口煙溫為85℃，在一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)道設(shè)置暖風(fēng)器，利用一二級低省出口凝結(jié)水加熱一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)出口的冷風(fēng)，提高空預(yù)器冷端溫度，減少硫酸氫銨形成，預(yù)留了凝結(jié)水回水加熱熱網(wǎng)回水接口（圖1、2）。

2 技術(shù)原理

煙氣余熱利用系統(tǒng)配置兩級低溫省煤器及一、二次風(fēng)暖風(fēng)器。低溫省煤器、二級低溫省煤器串聯(lián)布置回收利用煙氣余熱，并在一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)出口至空預(yù)器之間的風(fēng)道內(nèi)分別布置一、二次風(fēng)暖風(fēng)器，利用低溫省煤器出口熱水加熱冷一、二次風(fēng)，提高空預(yù)器入口冷一、二次風(fēng)溫度，有效解決空預(yù)器冷端因溫度低造成的堵塞、腐蝕問題。

低溫省煤器采用管式換熱器，布置在電除塵入口水平煙道內(nèi)，每臺機(jī)組布置四臺低溫省煤器，采用H型翅片管，雙管圈、順列、逆流布置，每臺低溫省煤器分三層換熱面，為方便更換低溫腐蝕管束，每層換熱面分低溫側(cè)、中間側(cè)與高溫側(cè)管組。每層管組設(shè)進(jìn)出口集箱，通過鋼管將低溫側(cè)、中間側(cè)與高溫側(cè)管組相連；每層換熱面的進(jìn)出水集箱通過閥門與進(jìn)出水匯集箱相連，方便單層換熱面泄漏時(shí)切除。

二級低溫省煤器采用管式換熱器，布置在吸風(fēng)機(jī)出口至脫硫吸收塔進(jìn)口水平匯集煙道內(nèi)。每臺機(jī)組布置兩臺二級低溫省煤器，采用H型翅片管，每臺二級低溫省煤器分為三層換熱面，每層換熱面分為高溫段、低溫段，高溫段換熱器管材為ND鋼，低溫段換熱器管材為316L，每套二級低溫省煤器垂直于煙氣方向分為3×2個(gè)模塊，每臺機(jī)組安裝2套，可實(shí)現(xiàn)在線運(yùn)行時(shí)單回路切除。

一次風(fēng)暖風(fēng)器采用管式換熱器，布置在每臺一次風(fēng)機(jī)出口的冷一次風(fēng)道內(nèi)，利用低溫省煤器出口熱水加熱冷一次風(fēng)，提高空預(yù)器入口一次風(fēng)溫至40℃以上；二次風(fēng)暖風(fēng)器采用管式換熱器，布置在每臺送風(fēng)機(jī)出口的冷二次風(fēng)道內(nèi)，利用低溫省煤器出口熱水加熱冷二次風(fēng)，提高空預(yù)器入口二次風(fēng)溫至40℃以上；#1、#2爐一、二次風(fēng)暖風(fēng)器之間設(shè)聯(lián)絡(luò)管道，以方便機(jī)組啟動(dòng)初期或冬季極端寒冷、極端低負(fù)荷、切高加等特殊工況時(shí)，可依靠高負(fù)荷機(jī)組的高溫凝結(jié)水對低負(fù)荷機(jī)組的一、二次風(fēng)進(jìn)行加熱；在二級低溫省煤器入口設(shè)置三臺變頻低省增壓泵，兩運(yùn)一備，調(diào)整煙氣余熱利用系統(tǒng)進(jìn)水流量。

煙氣余熱利用系統(tǒng)采用部分流量取水方式，一路取自#7、#8低加出口凝結(jié)水母管，另一路取自氧器上水調(diào)門后，兩路混合后溫度控制在65℃，經(jīng)低省增壓泵依次進(jìn)入二級低溫省煤器和低溫省煤器吸熱，將二級低溫省煤器后煙溫降至85℃。低溫省煤器出口熱水，一部分輸送至一、二次風(fēng)暖風(fēng)器加熱冷一、二次風(fēng)，另一部分回水至#6低加入口。一、二次風(fēng)暖風(fēng)器出水回至低省增壓泵入口。

3 技術(shù)亮點(diǎn)

本工程采用了機(jī)爐串聯(lián)、爐爐串聯(lián)、機(jī)熱（網(wǎng)）串聯(lián)等方式，提高了多套系統(tǒng)設(shè)備的性能如：電除塵系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、空預(yù)器設(shè)備、送風(fēng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)備得到了有效發(fā)揮，該系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保上進(jìn)行了全面考量優(yōu)化。

一級低省采用整體軋制螺旋翅片管。由于一級低省位于電除塵器前高粉塵、粗顆粒區(qū)域，受熱面管易磨損泄漏，此次受換熱管采用一體式整體軋制螺旋翅片管，該管道為14mm厚壁管道，通過中頻加熱用專用刀具輥扎而成，硬度比原基材提高80%，耐磨性大大提高，同時(shí)翅片與基材為一體式零熱阻直接傳導(dǎo)，換熱效果比H型翅片提高40%，換熱面積可大大減少，另外，翅片根部為梯形氣流沿管道旋轉(zhuǎn)時(shí)，可將根部積灰自行清理干凈，該管型具有自清灰功能，這種整體軋制螺旋翅片管在國內(nèi)首次運(yùn)用到一級低溫省煤器系統(tǒng)上。

#1、#2爐暖風(fēng)器串為互聯(lián)，相互備用。原送、一次風(fēng)機(jī)出口未加裝暖風(fēng)器設(shè)備，靠熱風(fēng)再循環(huán)提高空預(yù)器冷端溫度、但溫升有限，冬季空預(yù)器冷端溫度低，存在硫酸氫銨聚集造成空預(yù)器差壓大堵塞，同時(shí)送風(fēng)機(jī)葉片受再循環(huán)熱風(fēng)沖刷磨損嚴(yán)重，易造成設(shè)備損壞。為了進(jìn)一步節(jié)能挖潛，提高設(shè)備安全可靠性，在送、一次風(fēng)機(jī)出口加裝暖風(fēng)器，采用二級低省回水作為暖風(fēng)器加熱水源、水水換熱，提高空預(yù)器入口風(fēng)溫。

暖風(fēng)器采用二級低省回水作為加熱水源，水水換熱。將#1、#2爐暖風(fēng)器互為串聯(lián)，相互備用，在機(jī)組啟動(dòng)階段可采用鄰機(jī)一級低溫省煤器回水加熱冷一二次風(fēng)溫，改善機(jī)組啟動(dòng)初期鍋爐燃燒，縮短投油時(shí)間，減少啟動(dòng)油耗，同時(shí)改善投煤后的燃燒，避免未燃盡尾部自然風(fēng)險(xiǎn)。

利用二級低省回水加熱熱網(wǎng)回水，提供采暖供熱。冬季城市采暖供熱靠中壓缸排汽進(jìn)行加熱熱網(wǎng)回水，為了節(jié)約能耗，設(shè)計(jì)時(shí)一、二級低省串聯(lián)，利用一級低省回水來加熱熱網(wǎng)回水，提供采暖供熱，減少四抽抽汽量，經(jīng)過核算能夠降低煤耗約3.82g/kWh，但由于目前供熱面積小，投資相對較大，暫先預(yù)留接口和出具施工圖紙，待條件成熟實(shí)施。

煙氣余熱回水成功消除白色煙雨，滿足環(huán)保排放要求。2016年以來上海、天津、唐山、徐州等相繼發(fā)布關(guān)于消除石膏雨、有色煙羽治理的要求。首陽山項(xiàng)目立項(xiàng)初期就緊盯環(huán)保政策和行業(yè)發(fā)展趨勢，針對多種技術(shù)路線，采取深度余熱回收，利用冷凝來降低吸收塔出口煙溫產(chǎn)生廢熱的技術(shù)路線，通過大量的數(shù)據(jù)計(jì)算及理論分析，結(jié)合我公司采用的煤質(zhì)含水低優(yōu)勢，確定將煙氣余熱利用出口邊界條件設(shè)定為85℃，以滿足2018年11月洛陽政府剛發(fā)布《洛陽市人民政府關(guān)于深化燃煤電廠污染綜合治理的通知》（洛政明電〔2018〕2號）石膏雨、有色煙羽綜合治理中吸收塔出口煙溫的要求。供電煤耗降低1.62g/kWh，同時(shí)達(dá)到機(jī)組煙氣消白目標(biāo)，節(jié)省煙氣消白投資費(fèi)用約7000萬元。降低常規(guī)煙氣消白技術(shù)路線的運(yùn)行成本約2000萬/年。

4 經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

節(jié)能收益。單臺機(jī)組進(jìn)行煙氣余熱深度利用及暖分器改造后，年節(jié)省標(biāo)煤4645噸，年節(jié)水10.87萬噸，且降低發(fā)電煤耗約1.62g/kWh。單臺機(jī)組投資為2250萬元。

環(huán)保收益。實(shí)施煙氣余熱深度利用及暖風(fēng)器改造可減少大量排煙余熱，降低機(jī)組供電煤耗率，減小脫硫系統(tǒng)耗水量，每年節(jié)省標(biāo)煤量4645噸，脫硫系統(tǒng)每年節(jié)省水量10.87萬噸，具有明顯的環(huán)境效益。提前實(shí)現(xiàn)了洛陽市政府要求的石膏雨、有色煙羽治理目標(biāo)要求，不僅節(jié)省投資費(fèi)用4000～7000萬，也成為區(qū)域內(nèi)首個(gè)煙氣消白完成的機(jī)組。

煙氣余熱系統(tǒng)改造不單單減低了鍋爐排煙溫度至85℃，提高了鍋爐效率，同時(shí)還提高了電除塵收塵效率以及遏制了石膏雨、有色煙羽的形成，提高了環(huán)保指標(biāo)。是一個(gè)可推廣應(yīng)用的系統(tǒng)。