燃煤电厂常规低温省煤器与热管低温省煤器综合对比
时间：2023-06-07 20:30:16 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
谢庆亮，谢山样，王正阳
（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）
2010 年以来，低温省煤器技术广泛应用于燃煤电厂的烟气余热利用，但有超过50%的项目在投运不足3 年的时间内就出现了冷却水泄漏情况，从而影响到低低温电除尘器的安全稳定运行，甚至影响到超低排放效果的稳定性。张志中[1]等针对某2×600MW机组低温省煤器的腐蚀和堵塞问题进行了分析与技术改造，并计算和对比了节能效益。刘舫辰[2]等采用数值模拟方法，通过在烟道内添加导流板来优化流场，提高低温省煤器的抗磨性。由于常规低温省煤器多以在烟道内布置翅片管换热器进行汽水间壁式对流换热为主，虽然采取的一些防磨措施能在一定程度上延长设备的使用寿命，但最终还是无法避免出现管束磨穿、冷却水泄漏进入烟道内部的问题。
具有冷却水零泄漏及易于检修更换等特征的新一代热管低温省煤器烟气余热利用装置的研制成功，将杜绝原烟气换热器由于烟尘颗粒冲刷导致的换热管磨损泄漏问题。谢庆亮[3]从技术原理出发对新型热管低温省煤器的技术可行性进行了论证，并介绍了具体项目应用情况。黄元进[4]介绍了低低温电除尘系统配套重力热管烟气余热利用装置后的性能情况，论证了基于重力热管的烟气余热利用低低温电除尘系统的可行性。段宏波[5]从项目应用的角度论证了热管低温省煤器的防泄漏和降温效果。本文将以某燃煤电厂660MW 机组为例，从技术路线、运行经济性、碳减排效果和设备使用寿命等多方面，对常规低温省煤器和重力热管低温省煤器进行综合比较分析。
1.1 常规低温省煤器
常规低温省煤器采用管壳式的余热利用换热装置，将其布置在除尘器入口前烟道，利用锅炉空预器出口高温烟气加热汽机的凝结水。常规低温省煤器的冷却水取自低加系统中的前级低加，经加热后返回后级低加，通过低加吸热减少排挤抽汽，从而实现了烟气余热回收和机组节煤的效果。
1.2 热管低温省煤器
热管低温省煤器是在现有常规管壳式低温省煤器基础上做出的变革，热管低温省煤器用真空热管作为换热元件，具有可实现冷却水零泄漏的特点（见下图）。
（1）进行热交换的冷却水和烟气从换热器的上、下部分分别流过，这两种换热介质在不同的密封结构里，而且由管板进行分隔，不会出现串漏。
（2）每根热管都是独立的换热元件，不像常规的低温省煤器那样各换热管之间直接连通在一起。即使热管在烟气侧发生磨损或腐蚀导致管壁出现破孔情况，也只有此根热管内的极少量工作介质泄漏进入烟道，而水侧的冷却水则无法进入烟道。由于热管管内的工作介质的量极少，即使热管被烟尘冲刷磨损发生工作介质泄漏，泄漏的工作介质也会被热烟气迅速蒸发。
热管低温省煤器零泄漏原理图
因此，采用热管低温省煤器从机理上可杜绝现有管壳式换热管破孔造成大量冷却水泄漏到烟道及电除尘器中的问题，避免造成烟道堵塞、电除尘排放超标及灰斗堵灰等问题。
1.3 技术路线对比
两种技术路线对比见表1。
以该机组为例，对采用常规低温省煤器和重力热管低温省煤器的两种情况进行余热利用方案设计。按年发电利用数4500h、厂用电价0.375 元/kW·h、标煤价格800 元/t、工业用水2 元/t 计算，具体运行效益对比分析见表2。
2.1 运行经济性分析
（1）脱硫吸收塔入口烟温降至95℃，可节约脱硫系统的耗水量，同时提高脱硫效率。
（2）常规低温省煤器泄漏后导致设备本体堵塞，增加烟气侧阻力，引风机电流上升，进而增加了引风机电耗且无法及时检修，应用热管低温省煤器可以实现冷却水零泄漏和低阻稳定运行。
表1 两种技术路线对比
表2 运行经济性对比
（3）热管低温省煤器运行稳定，保证了低低温电除尘器的排放效果，节约了除尘器电耗。
（4）对于机组在常规低温省煤器运行条件下因堵塞严重，可能会导致不得不降低机组运行负荷，进而对发电量造成负面影响的问题，这里暂未考虑和计算。
由表2 可知，应用热管低温省煤器比常规低温省煤器每年增加运行经济效益167.5 万元。
2.2 碳减排分析
2.2.1 通过回收热量减少二氧化碳（CO2）排放量
机组在660MW 工况下，按设计参数的烟气流量、进出口温度，计算回收烟气热量为40 249kW。根据设计参数，结合机组抽气回热系统，经等效焓降法计算设计工况下常规低温省煤器和热管低温省煤器，分别可降低标煤耗量约2.25g/kW·h 和1.9g/kW·h，换算到年节约标煤量为6683t 和5643t，可减少CO2排放量为19 265t/年和16 267t/年。
2.2.2 通过减少引风机电耗降低CO2排放量
由于重力热管低温省煤器替换了原堵塞严重的常规低温省煤器，以及对烟道进行流线型改造，满负荷烟气阻力约降低1000Pa，降低引风机能耗1210kW·h，按照设备堵塞严重时间为年有效利用时间4500h 的80%（即3600h），年降低电耗435.6 万kW·h，按照供电煤耗295g/kW·h 计，可实现年减少标煤耗1285t，相应的可以减少CO2排放量3705t/年。
2.2.3 通过减少除尘器电耗降低CO2排放量
常规低温省煤器由于泄漏问题，导致电除尘器的故障率较高，影响其高效稳定运行。而热管低温省煤器电除尘器的除尘效率稳定，可降低除尘器能耗282.5kW·h，按设备年有效运行4500h 计算，每年可节约电耗约127 万kW·h，每年可节约用电成本47.7 万元，每年相应可减少CO2排放约1115t。
2.3 设备使用寿命
通过对已投运的161 台常规低温省煤器进行跟踪，发现有超过40%的项目在投运2—3 年后就出现冷却水泄漏问题[6]。常规低温省煤器的冷却水泄漏具有隐蔽性，极难发现，一旦被发现，说明已经影响到了下游电除尘设备的安全稳定运行。常规低温省煤器设备采用自上而下的模块堆叠方式进行安装，如果泄漏点发生在中间模块，检修困难，只能采用简单的封堵模式，关联部位未泄漏的换热面也不得不退出运行。
目前，江西景德镇电厂已投入使用的660MW 大型燃煤机组热管低温省煤器已安全稳定运行近2 年，未发生凝结水泄漏进入烟道的事故。其冷却水（凝结水）系统设置在烟道外，通过基于逆流顺排布置的“迷宫形水套管排+中隔板组件”的双重物理隔离结构，在实现常规翅片管低温省煤器的所有功能的同时，具有换热管即使被烟尘颗粒冲刷磨损后凝结水也不会泄漏到烟道内的关键属性，可保证换热装置的使用寿命在10 年以上。
2.4 综合对比
经过实际测算，在达到同等性能参数下，1 台660MW 机组常规低温省煤器静态投资为1150 万元左右，而热管低温省煤器静态投资为1500 万元左右，后者比前者高30%左右，原因在于后者采用新工艺、新技术，生产环节流程多，质量控制要求高，生产复杂程度大于前者。结合运行效益数据，热管低温省煤器静态投资回收期为3.7 年，常规低温省煤器静态投资回收期为4.8 年。以10 年期为例，假设传统低温省煤器寿命为5 年，热管低温省煤器使用寿命为10 年，两者的综合运行效益分别为1210 万元、4094 万元，差异明显。
综上，不论是投资回收期还是综合运行效益，与传统低温省煤器相比，热管低温省煤器都具有明显优势。
本文对常规低温省煤器和热管低温省煤器进行了多角度对比。在技术路线方面，热管低温省煤器冷却水零泄漏的结构属性可以使换热装置和电除尘设备安全高效运行，这是常规低温省煤器不具备的；
在运行经济性方面，常规低温省煤器由于冷却水泄漏导致了一系列的运行问题，增加了运行检修费用，热管低温省煤器的应用可以避免这些问题；
在节能减碳和使用寿命方面，热管低温省煤器也有一定的优势；
在综合投资回收期和运行效益方面，热管低温省煤器明显优于传统低温省煤器。
热管低温省煤器与低低温电除尘器作为一个组合，协同用于烟气余热回收和烟气高效除尘，为原有低温省煤器和低低温电除尘器提供了一个安全可靠的替代技术升级改造方案。
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