1000MW超超臨界二次再熱機組煙氣余熱深度利用經濟性分析

張超 杜未 張凱

摘要：以1 000 MW超超臨界二次再熱機組為例，對現有煙氣余熱利用方式提出了兩種改進方案，并對兩種方案的節能效果進行了計算分析，結果表明：通過熱量轉移置換等手段將回收利用的低能級煙氣用于加熱高加給水，可大幅改善煙氣余熱回收效果，節能效果顯著。

關鍵詞：1 000 MW;超超臨界;煙氣余熱;經濟性分析

0? ? 引言

當前，火力發電在我國仍占據主導地位，大容量、高參數機組不斷增多。同時，我國對大型火力發電機組節能降耗的要求不斷提升，逐步提高電廠燃料利用效率成為我國今后發展火力發電的重點工作[1-2]。在電站鍋爐的各種熱損失中，鍋爐排煙損失占50%以上，隨著機組容量的提升，鍋爐排煙損失總量也逐漸升高[3-4]，雖然煙氣余熱這部分能量屬于低能級熱量，但數量十分巨大，隨著能源價格的不斷攀升以及節能減排政策性要求的提出，火力發電廠鍋爐煙氣余熱利用的研究和應用受到了廣泛重視，目前已開展了大量研究[5-6]。

1? ? 煙氣余熱利用思路與方案

目前國內燃煤發電機組回收低溫煙氣余熱采用的主要方式是在除塵器入口或脫硫吸收塔布置低溫省煤器，利用煙氣側吸熱的工作介質來加熱凝結水或空預器入口冷風，不同機組根據實際條件采用不同的組合方式以使經濟效益達到最優。

如圖1所示，在鍋爐煙氣側出口，煙氣經過空氣預熱器、電除塵裝置、引風機、脫硫塔后經煙囪排入大氣，現有常規的煙氣余熱回收方式是在除塵器入口或脫硫吸收塔前布置低溫省煤器。當將低溫省煤器布置在除塵器入口時，除塵器入口的煙氣經低溫省煤器降溫后，煙氣的體積流量減少，飛灰比電阻隨之降低，在回收煙氣余熱的同時電除塵器的除塵效率也隨之提高;當將低溫省煤器布置在脫硫吸收塔入口時，煙氣經過除塵器后，其中的堿性顆粒幾乎被除塵器捕捉，低溫省煤器處于低塵區工作，對換熱器來說基本不存在磨損和堵灰的問題，這種布置方式只要考慮對低溫省煤器的低溫段材料和低溫省煤器與吸收塔之間的煙道進行防腐即可。

目前，利用煙氣余熱加熱凝結水的低溫省煤器技術成為火電機組鍋爐煙氣余熱利用的主要有效途徑。但低溫省煤器屬于對低能級煙氣段的余熱回收利用技術，余熱利用排擠的也是汽輪機低參數抽汽。為此，國內外對于將余熱回收利用向高能級方向上發展進行了大量研究，在利用低能級煙氣余熱排擠低能級汽機抽汽的基礎上，研究利用低能級煙氣余熱排擠高能級煙氣熱量，以利用高能級煙氣熱量排擠高能級汽機抽汽，實現低能級煙氣余熱的充分回收利用。

2? ? 兩種煙氣余熱利用方案

下面將根據已有技術設計思路，結合某1 000 MW成型汽機設計方案，對鍋爐煙氣余熱回收方案進行計算對比，以探討不同煙氣余熱回收方案的節能水平，為方案設計提供參考依據。

2.1? ? 兩級低溫省煤器加熱凝結水方案

在煙氣流動方向上布置低溫省煤器后，回收熱量用來加熱汽輪機側凝結水。設置Ⅰ級低溫省煤器可降低煙氣體積流量，降低引風機軸功率，Ⅰ級高溫段低溫省煤器加熱凝結水，因排煙溫度的升高，可以加熱高溫段凝結水，節約相對高品質的抽汽，余熱利用效率較高。Ⅱ級低溫省煤器的設置可回收煙氣經過引風機的溫升余熱，并有效節約脫硫裝置的耗水量。兩級低溫省煤器加熱凝結水系統布置情況如圖2所示。

該方案在THA工況下的主要技術參數如表1所示。

如表1所示，經計算，在THA工況下，Ⅰ級低溫省煤器的換熱量約26.6 MW，Ⅱ級低溫省煤器的換熱量約19.3 MW。

2.2? ? 煙氣余熱深度回收方案

設置兩級低溫省煤器+暖風器+空預器煙氣旁路，將可利用的煙氣余熱分為四個梯度，兩級高能級的熱量分別用于加熱高壓給水和凝結水，兩級低能級的熱量可用于加熱空預器入口冷風和部分凝結水。針對回收利用的排煙余熱，利用系統設備的合理組合，從系統的角度，通過熱量轉移置換等手段，提高用于加熱回熱系統的余熱能級，以獲得更大的經濟效益。

如圖3所示，煙氣余熱深度回收系統中，在除塵器前和引風機后設置兩級低溫省煤器，回收鍋爐排煙熱量。在空預器空氣側入口設置冷風加熱器，利用兩級低溫省煤器回收的鍋爐排煙余熱，加熱進入空預器的冷風。在空預器前主煙道上設置空預器的旁路煙道，一小部分煙氣不經過空預器，進入旁路設置的兩級煙氣換熱器，分別加熱部分給水與部分凝結水。在冷風加熱器與低溫省煤器之間設置熱媒水系統，熱媒水取自凝結水主路，從低溫省煤器中吸熱后先加熱部分凝結水，然后流入冷風加熱器加熱冷風后回到低溫省煤器，在兩級低溫省煤器和暖風器間進行循環。

設計階段遵守煙氣換熱器端差基本保持在25 ℃左右、給水與凝結水進出口參數最終需與汽機熱平衡圖相匹配、旁路出口煙溫和水溫與主路相同的原則，最終選擇空氣預熱器旁路煙道份額為15%。該方案在THA工況下的主要技術參數如表2所示。

經計算，在THA工況下，空預器旁路給水換熱器中給水吸熱量約21.4 MW，空預器旁路凝結水換熱器中凝結水吸熱量約6.0 MW，熱媒水系統中凝結水吸熱量約19.1 MW。

3? ? 技術經濟分析

根據上文的熱量收益計算，對兩種方案汽輪機的熱耗值進行了計算，THA工況下燃燒設計煤種的機組煤耗計算結果如表3所示。

如表3所示，采用常規兩級低溫省煤器方案可節約發電標準煤耗1.13 g/kWh，采用煙氣余熱深度利用方案可節約發電標準煤耗3.1 g/kWh。

4? ? 結語

通過對兩種節能改造方案的對比計算可以看出，使用低溫省煤器回收煙氣余熱是有效的節能改造手段，雖然煙氣低溫余熱這部分能量屬于低能級熱量，但通過熱量轉移置換等手段將回收利用的低能級煙氣用于加熱高加給水，可大幅改善煙氣余熱回收效果，節能效果顯著。

[參考文獻]

[1] 閆哲，張士明，顧勇.1 000 MW超超臨界二次再熱機組設計優化方案的探討[J].發電設備，2017，31（5）：360-362.

[2] 鄧建玲，楊志平，陶新磊，等.二次再熱機組再熱壓力的選取[J].汽輪機技術，2013，55（6）：465-468.

[3] 徐鋼，許誠，楊勇平，等.電站鍋爐余熱深度利用及尾部受熱面綜合優化[J].中國電機工程學報，2013，33（14）：1-8.

[4] 王喬良，鄭莆燕，盧冬冬，等.電站鍋爐煙氣余熱利用現狀分析[J].上海電力學院學報，2017，33（5）：451-455.

[5] 楊勇平，張晨旭，徐鋼，等.大型燃煤電站機爐耦合熱集成系統[J].中國電機工程學報，2015，35（2）：375-382.

[6] 程東濤，馬汀山，陳愷，等.低溫省煤器對汽輪機組熱力系統經濟性影響研究[J].熱能動力工程，2015，30（3）：427-430.

收稿日期：2019-12-24

作者簡介：張超（1972—），男，山東人，高級工程師，研究方向：電廠熱能動力裝置。