燃煤电厂烟气余热置换高品位热源技术研究
时间：2023-06-04 20:45:16 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
林吕荣
（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）
燃煤电厂作为我国的煤炭资源和水资源的消耗大户，研究燃煤电厂中的节煤降耗和节水措施具有深远的意义。我国现役燃煤锅炉排烟温度普遍维持在125～150℃左右水平，排烟温度高是一个普遍现象，排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，占锅炉各项热损失的50%以上，深度利用烟气余热作为燃煤电厂的节煤降耗的重要方向之一。在我国大机组中，脱硫主要采用湿法脱硫系统，而湿法脱硫的耗水量为燃煤电厂的主要耗水点之一，节约湿法脱硫系统的耗水将对降低燃煤电厂的水耗起到重要作用。目前，常规的一些余热利用回收技术在国内已经广泛的应用，有些余热回收利用技术的节煤效果不明显，主要起到一些环保效益和节水的效果，如MGGH技术；
有些余热回收利用技术主要为了服务其他设备，主要起到改善其他设备的运行效果，如烟气余热+暖风器技术；
有些余热回收利用技术由于烟温降低，回收的能源品质较低，转化成节约标煤量较低，节能减排的效果有限，其回收的热量大部分通过凝汽器散发到环境中，进行回收利用的热量占比不超过20%。如何深度回收烟气余热，并且提高回收能源的品质，成为了本文所研究的重点内容。本文通过研究获取引风机出口的低品位烟气余热来置换SCR出口的高温烟气余热，通过能量的置换，获取高品位的烟气余热用来加热锅炉的给水及汽机的凝结水，进而节约高压加热器和低压加热器的高品位的抽气，高品位的蒸汽可增加其在汽轮机中做功能力，进一步降低燃煤电厂的煤耗，达到深度节能减排的目的。
1.1 利用烟气余热+暖风器技术
目前燃煤电厂大机组绝大部分均配置回转式空预器，由于冬季环境温度低，冬季进入空预器的冷空气的温度低，导致空预器低温段存在大量的腐蚀和堵塞现象，现象较轻者导致空预器的阻力升高，增加全厂的电耗，严重者导致机组需停炉检修，造成重大的经济损失。通过获取引风机出口的烟气余热用于加热空预器入口的冷空气，提升进入空预器的空气温度，抬升空预器冷端的平均温度，减轻空预器腐蚀和堵塞现象。
1.2 低温省煤器技术
自低级低压加热器处取低温凝结水，与烟气进行换热，吸收烟气中的余热，抬升凝结水的温度，再返回至更高级低加加热器，通过排挤低压加热器的蒸汽抽气，增加蒸汽在汽轮机中继续做功，提高了机组汽轮机的做功量，从而达到节煤的效果。
1.3 烟气余热+加热热网回水
对于北方冬季需要供暖的季节，利用燃煤电厂的余热进行加热热网水是具有较大经济价值的，目前常规的供暖给水温度为95℃左右，供暖回水的温度为55～75℃左右。此时烟气的余热完全能够满足加热热网回水的要求。
1.4 MGGH
目前大部分的烟囱都处于湿烟囱排放的状态，伴随着烟囱冒大白烟的现象也极其明显，对于一些城郊电厂经常遭到周围居民的投诉，因此急需采用采用消除大白烟的技术，因此采用取脱硫前的烟气余热加热烟囱入口的低温烟气，抬升烟气温度，减轻或者完全消除烟囱大白烟的现象。
通过布置与引风机出口的烟气余热换热器吸收烟气中的余热，将脱硫入口的烟气温度降低至85℃左右，最大限度的回收烟气中的低品位热量，将此部分低品位的热量用于加热空预器入口的暖风器，降低冷空气在空预器的吸热量，将此部分多余的热量通过空预器旁路用来加热锅炉的给水和汽机的凝结水，进而获得节省高压加热器和低压加热器等高品位的蒸汽量，节省的高品位蒸汽得以在汽轮机中继续膨胀做功，增加汽轮机的总做功量，提高了机组的效率，降低了发电煤耗。
本原理的系统示意图如图1所示，本系统主要包含了：（1）烟气余热+暖风器的系统。（2）高压省煤器系统。（3）低压省煤器系统。
3.1 机组设计参数
本文章针对某新建2×1000MW机组发电机组采用低品位余热置换高品位热源技术进行研究。该机组的锅炉主要设计参数如表1。本项目机组已采用二次再热技术，已将煤耗降低至255g/（kW·h）时左右，已达到了我国甚至是世界的先进水平。因此进一步降低煤耗的难度较大，但通过本技术的应用可进一步降低机组的煤耗值。
表1 锅炉设计参数
3.2 分析方法
目前研究烟气余热的热力学方法主要是采用等效焓降法，本文对技术改造的效果研究采用等效焓降法，考虑了热力系统结构和参数的特点，研究热力过程中热功转换和能量利用程度的方法。假设热力系统的微小变化不会对引起全部各级抽气量的变化，只对某几级产生影响，而系统所减少的蒸汽全部用于增加汽轮机的发电功率，从而提高汽轮机的效率。采用等效焓降法体现出了计算结果准确及方法简单等优点。由于是新建机组，可将修改空预器的设计参数，使空预器出口的排烟温度及空预器出口的一二次风温与原设计参数保持不变，空预器旁路的烟气量由暖风器侧所获得的热量确定，暖风器侧所获得的热量为引风机出口的烟气放热量，烟气放热量由下列公式计算所得：
式中，hg为烟气的焓值，kJ/Nm3；
Vx为烟气组成成分的体积分数；
(Cpt)x为温度为t时烟气组成成分的焓值，kJ/Nm3。
式中，qg为烟气放热量，kW；
hgi、hgo分别为烟气进口的焓值和烟气出口的焓值，kJ/Nm3；
Qg为烟气量，Nm3/s。空预器旁路的烟气流量通过烟气放热量qg与空预器的进出口烟温确定，空预器旁路的烟气分别通过空预器旁路的高压省煤器及低压省煤器，出口汇合至空预器的出口，如上图1所示。
3.3 空预器旁路高压省煤器出口烟温研究
通过将低品位烟气余热置换高品位热源的技术，将置换的高品位热源通过空预器旁路的换热装置进行回收利用，利用高压省煤器回收高温烟气用于加热锅炉的给水，利用低压省煤器回收剩余的热量用于加热汽机的低加凝结水。因此，高压省煤器与低压省煤器之间有一个温度的界限，高压省煤器的出口烟温的选择涉及较多因素。
主要的影响因素为如下3个方面：（1）高压省煤器的换热器的大小和换热面积的影响因素；
（2）节煤量；
（3）高压省煤器的纵向排数。
根据空预器旁路入口的高温烟气温度371℃和高压省煤器的取、回水温度分别为190℃、312℃，本文选取了四个个不同的高压省煤器出口烟温250℃、240℃、230℃及220℃进行分析。从图2中可以看出，随着高压省煤器出口温度的降低，所需的换热面积增加，并且换热面积增加的幅度大于烟温出口降低的幅度，因此，高压省煤器出口的烟温不宜选取的太低。
从图3中可以看出纵向排数随着高压省煤器出口的降低而增加，并且增加的趋势与换热面积的增加趋势相似。从图4中可以看出随着高压省煤器出口烟温的降低，系统的节煤量也跟着相应的增加，高压省煤器出口从250℃降至240℃时，系统的节煤量上升幅度较大，从240℃降至220℃时，整体的节煤量呈现出较平缓的上升趋势，结合纵向排数与高压省煤器的换热器面积等因素的考虑，推荐高压省煤器的出口烟温在230℃左右为宜。
3.4 系统节煤、节水效果分析
通过对空预器旁路高压省煤器出口烟温的研究将其出口的烟温按照230℃进行设计，设计参数表如表2所示。通过本系统的设计，将引风机温升引起的热量也一并回收进入系统，将烟气的余热吃干耗尽，达到深度余热回收的目的，本项目可节约3.3g/kW·h的煤耗耗量，及节约48t/h的耗水量。
表2 系统设计参数
（1）本系统通过布置于吸收塔前的烟气余热回收换热器吸收烟气余量，将热量用来加热暖风器，减轻空预器的低温腐蚀和堵塞现象，并且降低了烟气在空预器的放热量，多余的热量可通过空预器旁路的高压省煤器及低压省煤器进行回收，减少蒸汽的抽气量，增加系统的做功，从而达到节煤及节水的目的。
（2）对于百万机组的旁路烟道烟气余热回收项目，高压省煤器及低压省煤器的分界线温度按照230℃左右设计为宜。
（3）通过本系统的设计，达到深度余热回收的目的，并且将低品位的能源置换成高品位的能源进行回收，本项目可节约3.3g/kW·h的煤耗耗量及节约48t/h的耗水量。
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