淺談低溫省煤器在火力發電廠中的運用

商永強

【摘 要】隨著我國社會經濟的不斷發展，用電需求也呈現出了不斷上升的增長態勢，在這樣的條件下強化用電供給能力就限制至關重要。本文簡要敘述了“低溫省煤器”的特點及不同的運用方式，分析了其運用的經濟性。對火力發電廠660 MW級機組采用低溫省煤器，可使全廠發電效率提高0.22%，發電標準煤耗降低1.1～ 1.2 g/kWh，以800元/t的標煤價計算，機組年運行7000小時，年等效利用小時為5000 h，每臺機組全年的燃料成本約可節約320萬元，每年節約用水量約35萬噸。投資回收年限約：2.98～3.86年。采用低溫省煤器可提高機組熱效率，節能、節水效果顯著，符合國家“節能減排”的政策，具有很好的發展前景和應用推廣價值。

一、當前火力發電廠面臨的嚴峻形勢

隨著全球及我國經濟、能源和環保形勢的發展，當前火力發電廠特別是燃煤發電廠，將面臨更為嚴格的環保要求和嚴峻的市場經營形勢，突出表現在如下方面：

1.節能和減排已成為燃煤發電企業發展的兩個約束性指標

國務院發布的《能源發展“十二五”規劃綱要》中明確提出了“建設資源節約型、環境友好型社會；堅持開發節約并重、節約優先，按照減量化、再利用、資源化的原則；大力推進節能節水節地節材，加強資源綜合利用，完善再生資源回收利用體系，全面推行清潔生產，形成低投入、低消耗、低排放和高效率的節約型增長方式?！边@表明節能降耗和減少排放已成為對燃煤發電企業生產的兩個約束性指標。在節能方面，規劃提出到2015年中國萬元GDP能耗要降低20%（即由1.22噸標煤/萬元GDP下降到0.98噸標煤/萬元GDP左右）；一次能源消費總量控制目標為27億噸標煤左右；年均增長4%；規劃中對燃煤發電行業的要求是到2015年全國火力發電企業的平均供電煤耗降低20g/kWh，廠用電率下降至4.5%左右。

2.燃煤發電企業的電量調度已經由銘牌調度逐漸向節能調度過渡

2007年8月國務院轉發了由國家發改委、環?？偩?、電監會、能源辦制定的《節能發電調度辦法》，對于燃煤機組按照能耗水平由低到高排序，按照能耗水平進行電量調度。隨著電力供求矛盾的逐步緩減，新的電源點不斷投運，高能耗燃煤發電企業的生產和發展將受到限制，其經營形勢變得非常嚴峻，將面臨激烈的競爭。公司只有對外不斷爭取市場份額，對內加強管理、最大限度的降低消耗，對低效高耗的主輔機進行技術更新和改造，才能在激烈的市場競爭中生存和發展。

3.國內外煤炭價格持續上漲，燃煤發電企業經營嚴峻

近年來，國際煤炭價格不斷飆升。受國際煤炭價格上漲因素的影響，國內發電用煤價格也持續上漲，且合同煤價與市場煤價逐步逼近，燃煤發電企業將面臨更大的成本壓力?；痣姍C組的傳統設計理論和技術經濟分析結果認為：電站鍋爐的排煙溫度在120～140℃內較佳。目前國內能源價格和環保脫硫要求與傳統理論和以前技術經濟分析所依據的基礎數據發生了巨大的變化，能源價格高漲，從經濟性方面考慮，應選用更低的鍋爐排煙溫度；從節能減排和經濟性兩方面考慮，降低排煙溫度對于節約燃料、降低污染具有非常重要的實際意義。因此，深度降低排煙溫度是目前電站鍋爐節能減排技術發展的必然選擇。

二、低溫省煤器的運用現狀

我國目前也以降低排煙溫度為目的的鍋爐技術改造方案較多，這為電站鍋爐節能開辟了新的途徑。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度，一般我國許多電站鍋爐的排煙溫度大多高于設計值，一般約比設計值高出20～50℃。排煙熱損失是鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般為5%～12%，占鍋爐熱損失的60%～70%。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度。一般情況下，排煙溫度每增加10℃，排煙熱損失上升0.6%～1%，相應多耗煤1.2%～2.4%。若以燃用熱值為20000KJ/kg煤的410t/h高壓鍋爐為例，則每年多消耗近萬噸動力用煤。我國許多電站的排煙溫度高于設計值約20～50℃，因此降低排煙溫度對于節約燃料、降低污染具有非常重要的實際意義。

深度降低排煙溫度并開發低溫省煤器的設計理念來自于1973年能源危機前后美國和歐洲廣泛推廣的節能策略，低溫省煤器系統在國外至今已有幾十年的使用歷史。在歐洲，主要用來降低褐煤爐的排煙溫度，在日本，還用來提高除塵效率。目前已發展出數種形式，采用高肋化比的換熱元件作為傳熱體，采用耐硫酸鋼材和不銹鋼材料加工，利用蒸汽或脈沖吹灰器解決運行積灰問題，取得了成功的使用業績。

在我國，電站鍋爐深度降低排煙溫度正成為一種趨勢。據調研，華電國際百年電力發展有限公司首次在4號機組完成了深度降低排煙溫度的改造，將鍋爐排煙溫度從145℃降低至85℃（平時運行保持90℃），節省標準煤耗3.6g/kwh。上海外高橋三期的零能耗脫硫系統，也成功地將鍋爐排煙溫度降低到87℃，節省標準煤耗2.0g/kwh。國內其他電廠如國電荊門電廠、揚州二電廠、六枝電廠、萊蕪電廠、太原第二熱電廠等也在積極進行深度降低排煙溫度的努力，相繼制定相關技術改造方案或進行實施。上海電氣電站集團上海鍋爐廠有限公司目前已經將新建機組鍋爐設計排煙溫度最低控制在105～110℃范圍內，超越了傳統設計理念，為電站鍋爐節能降耗作出了重要和優異的業績，同時也承接鍋爐增加低溫省煤器的改造業務，為眾多需要節能降耗的電廠提供技術支持和項目實施。

三、低溫省煤器的工作原理

1.系統介紹

低溫省煤器系統的改造方案，通常是在鍋爐除塵后部的煙道中加裝低溫省煤器，利用煙氣加熱汽機凝結水，提高機組綜合效率，同時將排煙溫度降低到102℃，實現煙氣余熱的深度回收，大幅度降低脫硫塔入口煙溫，減少脫硫系統水耗，提高機組整體熱經濟性。

2.系統組成

上述幾種布置方式中，單級布置場地安排方便，投資較小些；兩級布置方式較復雜，但可以降低進入電除塵的煙溫，飛灰比電阻可從下降1～2個數量級，這樣可大大提高電氣除塵器的收塵效率；水媒復合GGH能最大限度提高回收熱量的利用率（100%的回收熱用來再熱凈煙氣），但是，鑒于目前GGH凈煙氣夾帶石膏漿液現象無法根治，容易造成凈煙氣加熱換熱用肋片管外堵塞，導致阻力失控，制約了該方案的推廣使用。增加低溫省煤器系統可有不同的做法，幾種可行的布置方案如下圖所示：考慮兼顧增加發電量和冬季使用暖風器節能需要，通常推薦采用單級布置帶暖風器系統的布置方案，該系統由低溫省煤器系統和暖風器系統組成。利用鍋爐排出的100～160℃的煙氣作為熱源，用來加熱鍋爐給水和暖風器內部循環工質，達到提高發電系統效率，保護空氣預熱器避免低溫腐蝕，同時能通過降低脫硫系統入口煙氣溫度，達到減少脫硫系統水耗的目的。低溫省煤器中的工質水從汽輪機低壓缸的低加系統抽出，抽出水的溫度根據低溫省煤器出口換熱面壁溫高于煙氣露點的要求決定，一般選擇內部水溫在50～90℃的低壓加熱器，考慮低負荷運行需要，低溫省煤器作為該級低壓加熱器的并聯系統，在低負荷時可以調整低溫省煤器內工質流量保證低溫省煤器的煙氣出口溫度不低于煙氣露點溫度過多。露點溫度根據蘇聯標準和日本標準計算方法計算，設計控制煙氣排放溫度不低于露點一定范圍。為進一步提高系統的利用能力，低溫省煤器設計分為多級，其最后一級和暖風器系統并聯，暖風器系統通過低溫省煤器的末級吸熱，熱水通過暖風器循環泵強制在末級低溫省煤器和暖風器間循環，暖風器系統工質無需連續提供，只需要定期更換即可。

3.布置方案

一般系統的低溫省煤器，可以根據現場場地情況，建議布置在引風機后脫硫風機前的水平煙道上， 較適合于和新設計機組、加裝脫硫系統改造、拆除GGH改造同步進行。這種方案中低溫省煤器內部煙氣灰含量很低，設備磨損較小，對電除塵設備影響不大，這種布置方式為優先推薦方案。暖風器布置在送風機出口的水平風道上，可以同時設置一次風和二次風暖風器。根據設計換熱量的大小，低溫省煤器可以分成兩級或三級布置。其中最末級在投用暖風器時，可以作為暖風器的熱源換熱器。為核算余熱回收效果，計算經濟效益，抽取某電廠660MW 機組的設計煤種，BMCR工況條件的煙氣參數，對汽輪機組增加發電量部分，委托汽輪機公司核算采用和不采用本系統兩種方案，核算發電汽耗和機組輸出電功的變化，得出比較結果。

四、低溫省煤器的經濟性分析

1.對熱力系統效率的改善

先考慮不投暖風器工況，最大收益狀態為所有汽輪機低壓缸凝結水進入低溫省煤器。在燃用設計煤種時，BMCR（機組輸出功率P=660×1.1=726MW），低溫省煤器內部水壓1.67MPa， 進出水焓分別為232.41kJ/kg和328.91kJ/kg。標準煤低位發熱量為29310kJ/kg。上述條件下，回收的熱量為：Q=F×（i”-i）= 370.285×3600 ×（328.91-232.41）=1.286×108 kJ/h=35.72MW， 考慮從汽機到低溫省煤器間輸送熱量損失5%，每滿負荷運行小時節煤ΔBj=0.95×Q/29310=0.95×1.286×108 / 29310=4168.2 kg/h， 折算為鍋爐煤耗為 ΔC=ΔBj/P= 4168.2 ×1000 / 726000 =5.742g/kwh。對加熱冷凝水的方案，汽輪機低壓缸少抽汽部分可以繼續做功，對應上述回收熱能的蒸汽在汽機低壓缸做功效率僅為11.78%（按照汽機熱平衡圖對比計算得到），發電機組可以多發電35.72×0.95× 11.78% =3.997MW，汽機熱耗從7419kJ/kwh降為7378kJ/kwh，發電效率從48.52%提高到48.79%，提高0.27%， 考慮鍋爐效率94%，發電標準煤耗從269.30 g/kwh降為267.81 g/kwh，降低1.49 g/kwh。每小時節約標煤為1.49×10-3×726×103=1081.74kg/h。

2.系統多耗能部分

多耗能部分包括（1）低溫省煤器的流通阻力，（2）輸送汽機冷凝水的泵功損失，（3）暖風器循環泵的功耗。輸送（克服阻力）功率為：W = m×ΔP/（ρ×η）/1000 kw，（m：質量流速，kg/s，ΔP：流通阻力，Pa，ρ：水密度：986kg/m3，η：風機（泵）的效率，下面計算取泵為η=0.90，引風機為η=0.80）。輸送水的功率： w1= 370.285×0.2×106 /（986×0.90）/1000=83.45kw煙氣阻力多耗功為：（煙氣密度0.956kg/m3，阻力1.0kPa）w2=750.6×1000 /（0.956×0.80）/1000= 981.42 kw暖風器循環泵功耗：（泵耗用揚程0.3MPa，輸送水量200kg/s，水密度1000kg/m3）w3=200×0.3×106 /（1000×0.90）/1000=66.7kw考慮電廠效率（按42%），上述耗用電功率折算為鍋爐熱輸入量算法為：w/0.42， 折算為每小時煤耗的計算方法為： w/0.42×3600 / 29310 （kg/h）。無論采用何種熱源，暖風器的空氣阻力都變化不大。因此只要采用暖風器，就必須耗用送風機功率，采用該方案不會增加額外的送風機功耗。另外，采用閉式循環水加熱暖風器的工質阻力要小于采用蒸汽，這一部分功耗節約有限，不予計入。

3.凈收益計算

計算上述供貨范圍內的設備造價如估算為1000萬元左右（具體費用按照供貨范圍詳細計算數值，不含暖風器投資費用），安裝費用預計為150萬元，電廠配套設備約為150萬元，則該項目總建設（或改造）投入費用約為1300萬元。設備的年收益（發電收益、暖風器收益和減少脫硫運行噴水收益，未算入不裝GGH的運行收益）計算為336.57萬元，投資回收周期為2.98～3.86年。按照投運壽命一個大修周期計算（6年），電廠的凈收益為 6×336.57-1300=713.42萬元，節煤6×3990.21=23941萬噸（標準煤）；總節約脫硫噴水量34.71×6=208.3萬噸。凈降低發電煤耗 1.10g/kwh，發電成本下降不低于0.088分/kwh。

五、低溫省煤器的綜合使用意義

低溫省煤器-暖風器鍋爐余熱回收系統是一項產出遠大于投入的設備，具有良好的經濟性。該系統對運行要求很低，沒有轉動換熱部件和風機，控制簡單，維護工作主要為及時更換局部腐蝕嚴重的部件。已有設備的實際運行情況表明，對低溫省煤器布置在電除塵器后方的方案，堵灰現象輕微，用吹灰器定期清理就能滿足，基本上不需要進行水沖洗。對燃用高硫煤鍋爐，采用涂搪瓷表面管束或不銹鋼管束，可以有效延長設備的使用壽命。該系統非常適合于替代現有FGD脫硫系統中的GGH設備，由于低溫省煤器不接觸含有石膏的凈煙氣，因此不會出現管束堵塞現象，換熱管束采用順列布置和H型肋片，可以進一步提高吹灰效果。其每年得到的巨大收益，完全能支付因取消GGH后對煙囪等設備的防腐改造的投入費用，取消GGH還能帶來降低廠用電率、簡化運行維護工作等好處。由此可見，這種改造不但可長期獲益，其重要的是符合國家“節能減排”的政策，具有很好的發展前景和應用推廣價值。

低溫省煤器之所以能夠在火力發電廠中得到廣泛的應用，其最重要的原因就在于低溫省煤器具有較高的經濟性和環保性。通過對低溫省煤器的合理安裝和利用，將會為火力發電廠帶來巨大的經濟效益。面對當前世界能源儲量的不斷下降以及能源價格的不斷上升，低溫省煤器將會在火力發電廠中得到更多的應用，并且在相關的技術上也將得到不斷地彌補和改進，發揮出更大的功效。

參考文獻：

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