大型燃煤電站鍋爐煙氣余熱利用系統節能研究

劉燁，劉占淼，楊楠

（華電國際電力股份有限公司天津開發區分公司，天津 300270）

現階段，各國專家人士，針對燃煤電站鍋爐開展資源優化利用設計，以煙氣余熱利用系統為視角，嘗試提升資源的利用有效性，在余熱回收裝置中，以煙氣為主體，對其采取余熱回收循環利用的處理方式，提升余熱利用效率，以合理控制煙氣排放熱值，增強排放物回收循環利用能效，達成降本增效的運行目標，助力企業可持續發展。

1 燃煤電站鍋爐裝置資源優化分析

1.1 燃煤電站鍋爐的系統裝置

某300MW燃煤機組，使用的鍋爐余熱回收循環利用的裝置，在系統靜電除塵器位置，安裝低溫節煤裝置，以期在煙氣進入脫硫系統前，通過低溫省煤器，將排煙溫度降低，能夠有效控制脫硫塔用水能力，提高脫硫效率。

1.2 節能分析

在鍋爐處于BMCR工況時，在低溫省煤器投運后，此時，低溫省煤器入口煙溫的平均值為133.7℃，低溫省煤器出口煙溫的平均值為93.1℃，溫度差值平均值為40.6℃。在煙氣入口位置，壓強參數的平均值為-2081Pa，煙氣出口位置，壓強參數的平均值為-2351Pa，低溫省煤器系統煙氣出入口差壓均值為270Pa。當低溫省煤器投運前，BMCR工況下熱損的原始值為8061.76kJ/kW·h，低溫省煤器投運后，BMCR工況下熱損降至8011.19kJ/kW·h，熱損減少了50.57kJ/kW·h。同時，對于75%負荷、50%負荷進行溫差均值、熱損變化的對比，對比結果如表1所示。

表1 低溫省煤器投產使用時各工況的參數變化情況

由表1可知，低溫省煤器投產使用后，在各工況狀態下，熱損均有不同程度地減少。

1.3 減排效果

在低溫省煤器投產使用后的減排表現：BMCR工況時，煙塵濃度原始值為16316mg/m3，投產后煙塵濃度有所減少，參數為16.3mg/m3，煙塵優化效率達到了99.9%。75%負荷工況時，煙塵濃度排出參數為15681mg/m3，投產后煙塵濃度為13.7mg/m3，煙塵優化效果達到了99.3%。由此推算整年內能夠有效控制煙塵排放，年排放量可減少＞30t，合計為標煤資源節約質量為2381t，同時相應減少二氧化硫（1t）、氮氧化物（11t）。

1.4 經濟效益

節煤效益按常用負荷75%THA計算。根據目前機組運行情況，在75%THA工況下，煙氣降溫幅度（165-140）=25℃，可節省發電標煤耗1.5g/kW·h。年發電量按14億度計算，全年節標煤量2100t，每噸標煤價格750元。直接經濟效益2100×0.075=157.5萬元/年。煙氣溫度降低后，體積流量下降5%左右，減少系統阻力250pa左右，綜合降低引風機電流2%左右，每小時節約電量100kwh左右，每年節約電量（每年按運行5000h計算）50萬kW·h，按0.4元/kW·h上網電價計算，節省電費50×0.4=20萬元。脫硫塔前煙溫降低25℃，減少水蒸發量30萬噸/年，節水效益3×30=90萬元。年經濟效益為：157.5+20+90=267.5萬元。

1.5 節能技術

在國內北方城市，冬季氣溫低，會出現煙氣結露，形成酸雨。如若煙氣溫度較高，會減少酸雨的形成，能夠減少金屬受到煙氣腐蝕作用。然而，煙氣成分中含有硫成分，同時，高硫對于硫酸露點具有一定作用性，如若露點溫度大于管道介質的溫度，將會形成管外腐蝕問題，腐蝕減薄管壁厚度，引起節能管承壓部件泄漏。為防止腐蝕問題的發生，應有效控制低溫省煤器煙氣出口的溫度，使其處于恒溫狀態。在鍋爐電除塵裝置位置，加裝換熱設備，能夠有效控制煙溫。結合煙塵自身屬性，在溫度減少的同時，煙塵自身電阻將會降低，提高除塵效率。然而，在電場振打操作中，煙塵極易形成荷電屬性，形成煙塵與陽極互斥狀態，增加了振蕩作用的不利效果。較為關鍵的是，在低溫省煤器加裝完成時，煙塵電阻獲得了有效控制，能夠有效提升電除塵的有效性。

1.6 運行效果

在燃煤電站鍋爐裝置中添加低溫省煤器、換熱設備，能夠有效提升系統的節能減排運行能效。煙溫降低后提高布袋除塵器運行安全和使用壽命，還可有效降低煙氣流速，提高除塵器效率，同時，回收預熱器出口煙氣余熱和煙氣回流造成的額外余熱。節能裝置的使用，具有顯著的節能效果。

2 節能優化

2.1 低溫防腐

加強燃煤電站鍋爐裝置運行系統的性能保護，減少其腐蝕作用、性能損壞問題發生，具體防護工作如下：低溫省煤器裝置應加強材料選擇，管束材料以優質鋼材為首選，以提高管束的耐腐蝕性能，保證整體機組的性能。設定低溫省煤器入口水溫，保證管束溫度的最小值，大于低溫腐蝕的溫度條件。結合燃煤電站的運行情況，優化低溫省煤器出口的排煙溫度。開展節能裝置的性能評估檢測，需準確獲取燃煤電站鍋爐裝置各環節的水溫情況。如果發現異常情況，應及時進行警報處理，便于維修燃煤電站運行系統。

2.2 管束磨損控制

在燃煤電站鍋爐裝置運行期間，低溫省煤器在高溫狀態下，其管束將會積存一定數量的煙氣灰塵。因此，針對管束磨損、積灰問題，應加強有效控制。結合燃煤電站鍋爐裝置的實際運行情況，合理控制煙氣流速，有效防止管束運行累加的磨損問題。以煙氣流速10m/s作為煙氣流速控制標準，現場煙氣的實際測定流速結果為9.2m/s，此速度能夠有效減緩管束在煙塵作用下形成的磨損問題。優化管束的性能結構。例如，使用蛇形管彎頭，具有隔離作用，保持煙氣流動區的獨立性，回避彎頭磨損問題；針對迎風側，采取增設防磨瓦的處理方式，能夠有效提升管壁的防護功能。

2.3 防寒防凍

針對燃煤電站鍋爐裝置內的積水，應減少裝置閑置運行狀態下形成的結冰現象，合理回避設施在冷環境中的凍裂問題。因此，在裝置運行的關鍵位置，增加疏水管道，以減少裝置內部積存水問題。對于燃煤鍋爐處于自然環境中的設備部分，對其開展保溫防護，減少冷環境對鍋爐設備的不利影響。針對關鍵性儀器設備，增設電加熱裝置，保障設備溫度的平穩性。設備在閑置停運狀態時，應由專業人員進行疏水操作，加強污水排放，減少積水結冰現象，保障設備安全。

3 煙氣余熱利用的形式

3.1 余熱加熱

煙氣余熱加熱應用，在空氣預熱器完成安裝時，加裝余熱回收裝置，對水進行循環處理，水冷卻處理形成的熱量，進行有效收集，用于加熱冷空氣。在運行期間，對于冷卻水溫進行了有效控制，使其大于煙氣露點溫度，以防控低溫腐蝕問題。冷空氣在余熱作用下，將會升高溫度，回輸至原有空氣預熱裝置中，作為空氣預熱的全新形式。此種煙氣余熱利用形式，能夠合理防控腐蝕問題，同時有效控制排煙熱量，能夠顯著提升鍋爐效率。

3.2 余熱發電

使用余熱進行資源轉化發電時，在空氣預熱器裝置上，完成了低溫省煤器裝置，借助煙氣余熱作用，促使發電裝置凝結水處于加熱狀態，以合理控制汽輪機的汽量抽取效果，便于在汽輪機內部完成蒸汽做功，以期提升電能轉化效率，實現煙氣余熱發電。余熱發電是使用余熱換熱器替換低溫省煤器，對冷卻水進行高效利用，使其有效吸收煙氣余熱，將在溫度升高后的水，輸入至低溫發電裝置中。現階段使用較為廣泛的循環發電工藝，工質為沸點不高的有機物，在余熱加熱作用下，能夠有效生成蒸汽，對于輪機形成驅動作用，完成直接發電。同樣在運行時，應加強冷卻水溫度控制，使其控制在煙氣露點溫度以下。

3.3 余熱制冷

冷卻水在完成煙氣余熱吸收后，處于高溫狀態時，輸入至低溫制冷裝置中。現階段，制冷工藝使用較為廣泛，以水作為制冷媒介，讓水在真空環境中，以汽化形式完成熱量吸收，達成制冷效果。真空效果的作用介質為溴化鋰溶液，利用其高效完成水蒸氣的吸收，為制冷應用奠定基礎。

4 結語

綜上所述，以燃煤電站鍋爐為視角，開展的煙氣余熱資源充分利用研究，能夠有效提升系統運行的節能性，使其排放量有所減少，提升系統運行的經濟性。能夠實現電袋除塵器運行安全性的全面提升，使除塵器前煙氣溫度降低，大大提高電袋除塵器濾袋使用壽命。同時，還可以回收煙氣余熱加熱機側凝結水，節約發電煤耗，取得較高的經濟效益，展現出余熱發電的節能優勢。因此，在后續燃煤電站鍋爐節能研究中，以成本控制、環保技術為方向，嘗試挖掘其節能價值。