除氧器排氣余熱回收系統節能效益分析

谷永輝，張繼武，郭卓群，王庚峰

(華能吉林發電有限公司農安生物質發電廠，吉林 農安 130200)

近年來，隨著國家環境保護排放標準不斷提高，節能減排工作越來越引起各級政府和相關企業的高度重視。發電廠作為能源轉換的一個至關重要環節，開展節能減排工作十分必要。在全國大力推行節能減排的形勢下，生物質電廠的節能減排也引起了一些行業內人士的高度重視。結合華能農安生物質發電廠原有各系統的實際情況，并參照國內一些燃煤發電廠節能改造經驗，經過充分研究和科學論證，確定對原有系統中的除氧器進行有效利用，這不僅可以回收熱能，減少燃料消耗，同時還可以回收排放蒸汽的凝結水，減少除鹽水消耗，從而實現節能減排目的[1]。

1 現有生物質電廠概況

華能農安生物質發電廠一期工程始建于2007年7月，于2012年1月建成投產。一期工程裝設了1臺130 t/h高溫高壓水冷振動爐排生物質自然循環鍋爐，供貨商是北京隆基公司；配1臺青島捷能汽輪機股份有限公司生產的C25-8.83/0.49型抽凝式汽輪機；發電機是濟南發電設備廠生產的QF-30-2型空冷發電機；除氧器是青島青力鍋爐輔機有限公司生產的GCM-150/50高壓(0.588 MPa)定壓運行除氧器。

生物質發電廠自建成投產后，由于是單臺機組運行，沒有承擔對外供熱負荷，致使機組的發電出力受到限制[2]。為了提升機組的發電出力，從而提高電廠運行的熱經濟性，2015年12月對配套系統進行了改造，改造后的汽輪發電機組額定出力可以達到30 MW，2017年全年發電量達到了2.17億kWh，2018年和2019年全年發電量均達到了2.2億kWh以上，機組年利用小時數達到7000 h以上。

在原有除氧器排氣系統中，除氧器排氣管道上只裝設了一道手動截止閥，截止閥后通過管道直接排入大氣，現場施工也是按照設計進行施工。實際運行中由于機組負荷變化，排氣量也發生變化，手動截止閥無法實現自動調整排汽量[3]。為此，2015年在除氧器排氣管道上的手動截止閥之后加裝一道電動調節閥，從而解決了運行中的自動調整排氣量問題，裝設電動調節閥后仍然是通過管道直接排入大氣。

2 增設余熱回收系統的必要性

在生物質電廠實際運行中，除氧器是伴隨機組運行而連續運行的設備，在除氧器對空排氣中，排放少量不凝結氣體的同時，還攜帶排放了大量蒸汽。

按照生物質電廠除氧器的實際運行參數和排汽管道規格進行初步估算，除氧器對空排氣所排放的蒸汽流量為2 t/h。按照每年機組年利用小時數7000 h計算，每年除氧器對空排氣所排放的蒸汽量為14 000 t，其對應的熱損失為36 499.96 GJ。

為了進一步提高生物質電廠運行的經濟性，利用國內現有成熟技術，將生物質電廠現有除氧器排氣中所攜帶的熱能和工質進行合理回收利用，這不僅符合國家現行相關政策，而且可以提高電廠運行經濟性，減少水資源消耗，降低運行成本。因此，對現有除氧器排氣中所攜帶的熱能和工質進行合理回收利用十分必要。

3 余熱回收系統方案研究

就目前國內除氧器排氣余熱回收的型式來看，主要是利用低溫水通過換熱器來回收排氣余熱，并將除氧器所排放的蒸汽凝結回收利用。具體的換熱器型式有2種：表面式換熱器，類似于汽輪機的軸封加熱器；混合式換熱器，類似于電廠的除氧器。

結合電廠原有系統中可利用的低溫水源情況和余熱回收后合理利用條件，以及改造后運行的經濟性，經過研究確定采用混合式換熱裝置，該裝置由氣水混合器和脫氣貯水罐構成，為常壓設備。選用合適的低溫水源至關重要，經過方案對比研究確定選用鍋爐側爐排水冷套出口的冷卻水作為冷卻除氧器排氣的低溫水源。機組正常運行時，鍋爐側水爐排冷套是隨機組運行而連續運行的設備，其冷卻水也是連續運行且水溫適宜，因此可以保證冷卻除氧器排氣的低溫水源連續供應。

原有爐排水冷套的冷卻水取自凝結水泵出口的主凝結水，凝結水經過水冷套升溫后再回到1號低壓加熱器的主凝結水中。機組正常運行時，進入水冷套的凝結水設計入口溫度為33 ℃，出口水溫為45 ℃，水冷套系統冷卻水量為35 t/h。

為了回收除氧器排氣余熱，需要從現有的除氧器排氣管道上的手動截止閥和電動調節閥之間引出一條分支管道，在該分支管道上裝設一道可調節的電動截止閥和一道手動截止閥；該電動截止閥與原有系統中的電動調節閥之間設有聯鎖，當其中的一道電動閥需要關閉時，另一道電動閥會自動開啟。從該分支管引出的除氧器排氣至余熱回收裝置的混合器，在混合器內除氧器排氣與低溫凝結水相混合，低溫凝結水來自鍋爐側水冷套出口的凝結水。凝結水在混合器中將蒸汽凝結并吸收熱能升溫后，以氣水混合物的形式自流至脫氣貯水罐內，降溫后的少量不凝結氣體從脫氣貯水罐頂排出。

升溫后的凝結水從脫氣貯水罐下部排出經管道自流至熱水回收泵入口，通過熱水回收泵升壓后，回到1號低壓加熱器出口的主凝結水管道中。系統正常運行時，熱水回收泵連續運行。在熱水回收泵與脫氣貯水罐的水位之間設有聯鎖，當脫氣貯水罐的水位高至一定值時，熱水回收泵自動啟動，當脫氣貯水罐的水位低至一定值時，熱水回收泵自動停止。

系統中設有2臺110%容量的熱水回收泵，1臺運行、1臺備用。為了合理控制脫氣貯水罐水位，在水冷套出口凝結水進入混合器的管道上設有電動調節閥。除氧器排氣余熱回收系統的控制納入主機DCS系統進行協調控制。除氧器余熱回收熱力系統見圖1。

圖1 除氧器余熱回收熱力系統

4 余熱回收系統實際運行效果

華能農安生物質發電廠除氧器排氣余熱回收系統于2019年11月下旬建成后投入運行，在機組帶滿負荷并穩定運行時進行了相關技術參數測試工作，有關測試參數見表1。

表1 除氧器排氣余熱回收系統投運后相關測試參數

5 余熱回收系統投資情況和節能效益

華能農安生物質發電廠增設除氧器排氣余熱回收系統后，整個系統的總靜態投資(包括設備、材料、安裝及土建施工費用)約為50萬元。

在進行節能效益分析時，要研究除氧器排氣余熱回收系統投運后所產生的效益和所增加的運行成本。從實際運行來看，所產生的效益主要是：回收熱能減少燃料消耗量，回收工質減少除鹽水消耗量；所增加的運行成本是增加了余熱回收泵的運行耗電量。按照華能農安生物質發電廠增設除氧器排氣余熱回收系統投用后的實際運行測試參數，對整個項目進行節能效益分析。有關節能效益計算原始參數見表2。

表2 節能效益計算原始參數

按照表1和表2中的相關數據進行計算，除氧器排氣余熱回收系統投運后余熱回收情況及降低運行成本情況見表3。

表3 余熱回收情況及降低運行成本情況

由此可見，華能農安生物質發電廠增設除氧器排氣余熱回收系統且正常投運后，雖然增加了一定額度的建設投資，但是所帶來的效益十分可觀。初步測算，按照目前的燃料價格和上網電價，在半年內就可以回收靜態投資。

6 結論

a.在現有生物質發電廠增設除氧器排氣余熱回收系統，雖然增加了建設投資和消耗了一定電能，但是降低了燃料和除鹽水的消耗量，經濟效益十分可觀。

b.由于該系統投運后降低了燃料的消耗量，相應降低了廠內外燃料運輸的壓力和灰渣排放量以及鍋爐大氣污染物排放量。

c.由于該系統投運后降低了除鹽水的消耗量，相應降低了制備除鹽水的淡水消耗量，這為我國淡水資源相對缺乏的“三北地區”節約淡水資源消耗提供了條件。

d.具備條件的其他生物質電廠可以進一步推廣應用。