李瑞雪

摘要：通過對某大型燃煤電廠鍋爐進行節(jié)能改造，新增鍋爐煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)，并對該新增鍋爐煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)在實際生產(chǎn)過程中停運和投入兩種狀態(tài)試驗和研究，對比投入前和投入后各工況參數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)如果是在600MW負荷的工況下，供電標準煤耗減少了4.9g/（kW·h），煙塵排放的濃度也降低了7.8mg/Nm3。除此之外，脫硫的工藝水消耗量也比之前減少了33.5t/h，熱耗率減少了68.4kJ/（kW·h），廠用電率減少了0.15%，節(jié)能效果顯著，新增鍋爐煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)在運行過程中呈現(xiàn)出調(diào)節(jié)靈活，運行環(huán)境安全可靠的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：余熱深度利用;減排;鍋爐;節(jié)能改造

1 我國火電節(jié)能減排現(xiàn)狀

眾所周知，前些年來我國的霧霾天氣頻發(fā)，火電廠作為燃煤的主要工廠，是這些霧霾污染物形成的原因之一。一方面，我國環(huán)保標準越來越高，國家相應(yīng)出臺了一系列政策來改變這一現(xiàn)狀，一系列的政策將直接或間接的影響火電廠的利益。政策規(guī)定有些地區(qū)的火電廠的煙塵排放量要比20mg/Nm3低。其中，東部地區(qū)新建設(shè)的一些火電廠大氣污染物排放的濃度要求達到排放限值。另一方面，我國要求新建燃煤發(fā)電機組的平均供電標準煤耗不能超過300g/（kW·h）[1]。根據(jù)國家規(guī)定，要求到2020年現(xiàn)役機組改造后低于310g/（kW·h），但是對于600MW以上機組要低于300g/（kW·h）。

要想實現(xiàn)降低供電標準煤耗和大氣污染物的超低排放，不僅要依靠國家政策的硬性要求，還要依靠火電廠自身優(yōu)化運行。當前，如何找到有效的節(jié)能減排方式成為了火電企業(yè)的共同課題。在鍋爐熱損失中損失最大的一項就是排煙熱損失，它的損失占鍋爐熱損失的70%甚至達到80%。鍋爐實際的排煙溫度與鍋爐設(shè)計值偏離的原因有很多，如設(shè)計和運行的調(diào)整，煤炭的種類等。一般大型火力發(fā)電廠的鍋爐排煙的溫度能達到110℃甚至達到160℃。如果把排煙的余熱加以深度利用，使排煙熱損失進一步降低，鍋爐的效率就會進一步提高。

2 煙氣余熱利用現(xiàn)狀

當前，煙氣余熱主要有兩種模式，第一種是利用燃氣輪機排氣中的余熱來產(chǎn)生蒸汽。其應(yīng)用領(lǐng)域主要有熱電聯(lián)產(chǎn)為工廠提供工藝用氣或者在聯(lián)合循環(huán)電廠中向蒸汽輪機供汽。余熱鍋爐與常規(guī)鍋爐的區(qū)別主要在于：余熱鍋爐利用燃氣輪機排出的廢氣為熱源，因此無需燃燒系統(tǒng)（除非有補燃要求）;余熱鍋爐無需配備風機（通風來自燃氣輪機的排氣）;余熱鍋爐可在多壓狀態(tài)下產(chǎn)生蒸汽以提高熱回收效率;熱傳導(dǎo)靠對流而不是靠輻射;余熱鍋爐不采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu);余熱鍋爐采用翅片管最大限度地強化傳熱。

對余熱鍋爐來說，通常補燃有助于盡量提高基本負荷和調(diào)峰能力;與不帶補燃的工況相比，帶補燃時的出力可增加一倍，根據(jù)成熟的電站鍋爐技術(shù)可以選用高溫過熱器和再熱器的材料，高溫燃燒煙道發(fā)展理念起源于爐內(nèi)燃燒技術(shù)。

第二種模式為燃煤鍋爐中的煙氣余熱用來預(yù)熱助燃空氣、加熱熱網(wǎng)水和加熱凝結(jié)水等。其中比較有前途和潛力的節(jié)能措施包括傳統(tǒng)低壓省煤器系統(tǒng)和煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)。傳統(tǒng)的低壓省煤器系統(tǒng)是把換熱器放在空預(yù)器和除塵器二者之間的煙道上，還有一種方式是放在脫硫吸收塔入口的煙道上[2]。在汽輪機回熱系統(tǒng)的配合下，加熱主凝結(jié)水時可以排擠汽輪機的低壓抽汽，這樣有助于提高整個機組效率。

煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)是一種全新的系統(tǒng)，并且已經(jīng)在某些火電廠成功的進行了應(yīng)用，節(jié)能效果也超過國家的標準要求。這個系統(tǒng)的特點是包括四個換熱設(shè)備：第一級、第二級低溫換熱器，高溫換熱器和空氣換熱器。高溫換熱器和第一級低溫換熱器依次布置在空預(yù)器和除塵器之間煙道內(nèi)，第二級低溫換熱器布置于引風機出口和脫硫吸收塔之間煙道內(nèi)，空氣換熱器布置于送風機出口風道內(nèi)。高溫換熱器利用空預(yù)器后的煙氣熱量加熱凝結(jié)水，組成一個高效低壓的省煤器系統(tǒng)?？諝鈸Q熱器和第一、二級低溫換熱器可以形成閉式循環(huán)，第一級低溫換熱器能將煙氣溫度減至95℃。第二級換熱器可以將脫硫塔的入口溫度降至85℃左右，最大限度的降低脫硫工藝水耗量和回收煙氣余熱。將空氣換熱器放置在送風機出口風道，同時把第一、二級低溫換熱器的低品質(zhì)的煙氣余熱進行回收，它的用途就是加熱冷二次風，這樣如果冷二次風溫度提高之后，空氣預(yù)熱器溫度發(fā)生變化，才有利于降低空氣預(yù)熱器的冷端低溫腐蝕情況，減少空氣預(yù)熱器的堵塞，提升煙氣品質(zhì)，提高鍋爐的效率。煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)還有一個優(yōu)點就是各個模塊都能單獨的調(diào)節(jié)，根據(jù)周圍環(huán)境溫度等因素調(diào)節(jié)控制煙溫，確保在機組各負荷工況下投入該系統(tǒng)時安全、經(jīng)濟運行。深度利用煙氣余熱達到節(jié)煤節(jié)水，從而實現(xiàn)深度節(jié)能。

在設(shè)計換熱設(shè)備時要遵循以下幾點原則：磨損嚴重的高塵區(qū)要安置高溫換熱器和第一級低溫換熱器，應(yīng)模擬流場的狀況，選擇合適的煙氣流速、設(shè)置合理的防磨裝備。除塵器前的灰硫比一般在126.4左右，布置在該區(qū)域的余熱深度利用及減排設(shè)備腐蝕問題可不用考慮，這些設(shè)備采用專用的H型的翅片換熱器，設(shè)置加強自吹灰裝置。布置于引風機出口的第二級低溫換熱器要求必須把煙氣溫度降到酸露點之下，隨著灰硫比降低，應(yīng)著重考慮防腐。使用第二級低溫換熱器的換熱翅片，選用可以減慢腐蝕速度的材質(zhì)并控制設(shè)備冷端壁溫延緩腐蝕。要想達到系統(tǒng)性能最優(yōu)，同時需要考慮空氣預(yù)熱器的冷端的溫度。

3 實際案例

傳統(tǒng)用的低壓省煤器系統(tǒng)在德國已經(jīng)開始應(yīng)用，在Schwarze Pumpe（黑泵）電廠2*800MW褐煤鍋爐的機組上使用可以提高供電效率0.5個百分比。在國內(nèi)火電廠改造之后，可以將供電標準煤耗降低2g/（kW·h）左右。位于太原的第二熱電廠的300MW機組，使用改進后的傳統(tǒng)低壓省煤器系統(tǒng)將煙溫降低至125℃，供電標準煤耗降低1.9g/（kW·h），效果顯著。

煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)也已在600MW的火電機組上成功運行，配合超臨界參數(shù)變壓運行直流鍋爐和汽輪機，在機組的額定負荷下，供電標準煤耗降低了4.9g/（kW·h），排煙的粉塵濃度降低了7.8mg/Nm3，節(jié)能和低排效果更明顯。

4 煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)試驗和研究

為了驗證煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)的真正性能，按照國家標準，在保證各個設(shè)備正常運行的基礎(chǔ)上，對煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)進行試驗。在驗證的期間要保證汽輪機和鍋爐以及其它的輔助設(shè)備都能正常安全的運行，并且做到穩(wěn)定不泄露。保證軸封性能良好，真空系統(tǒng)的嚴密性達到標準要求。熱力系統(tǒng)能夠按照設(shè)計的熱平衡圖規(guī)定的熱力循環(huán)方式穩(wěn)定、安全、高效運行;抽汽設(shè)備運行正常，確保煤質(zhì)良好、煤種穩(wěn)定;保證煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)不吹灰，這樣才能使得各項試驗參數(shù)能夠達到要求的數(shù)值，才能保持穩(wěn)定。同時退出AGC裝置，降低電網(wǎng)對機組穩(wěn)定性干擾。根據(jù)某廠煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)投入和停運后，試驗數(shù)據(jù)對比分析如下：

熱耗率的變化情況。對汽輪機進行性能測試，收集整理數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用該系統(tǒng)熱耗率明顯減少，在600MW負荷工況熱耗率減少68.4kJ/（kW·h）;在480MW的負荷工況，熱耗率減少64.8kJ/（kW·h）;在300MW負荷工況熱耗率減少97.4kJ/（kW·h）。

廠用電率的變化情況。運用余熱深度利用及減排系統(tǒng)之后，增加的水泵耗電增加，各個風機因風煙道增加換熱設(shè)備工作阻力增大，耗電增加，這必定會影響廠用電率，所以要對廠用電率進行研究分析。根據(jù)實際的用電測量，結(jié)果顯示廠用電率整體最終都減少了。在600MW負荷工況下廠用電率減少0.15%;在480MW負荷工況下廠用電率減少0.13%，在300MW負荷工況下廠用電率減少0.07%。

標準煤耗的變化情況。在對鍋爐進行綜合試驗、測試發(fā)現(xiàn)，煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)可以減低發(fā)電和供電時的標準煤耗率。通過數(shù)據(jù)顯示，在600MW負荷工況，試驗供電煤耗減少4.08g/（kW·h），在480MW負荷工況，試驗供電煤耗減少2.74g/（kW·h）[3]，在300MW負荷工況，試驗供電煤耗減少3.68g/（kW·h）。另外，當對煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)進行修正之后，煤耗率降低的程度更大了。在600MW負荷工況，供電標準煤耗減少4.9g/（kW·h），在480MW負荷工況，供電標準煤耗減少4.93g/（kW·h），在300MW負荷工況，供電標準煤耗減少3.68g/（kW·h）。通過對比不難發(fā)現(xiàn)，480MW的負荷工況下，供電標準煤耗率最低。

除塵效率的變化情況。未使用煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)之前，600MW負荷工況的除塵效率是99.387%，煙塵濃度達到42.12mg/Nm3，使用該系統(tǒng)之后除塵效率達到99.502%，，粉塵濃度減少到34.32mg/Nm3。粉塵濃度降低了7.8mg/Nm3，效果明顯。

脫硫工藝水量的變化情況。投運該系統(tǒng)之后，在600MW負荷工況下可節(jié)約33.5t/h，480MW的工況下可節(jié)約51.20t/h，300MW工況下節(jié)約18.15t/h。

5 煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)的經(jīng)濟、社會效益

某廠煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)技術(shù)改造投入運行后，防磨防腐可控，該廠的機組年發(fā)電按照5400h發(fā)電小時數(shù)進行計算，每年可以節(jié)省標煤1.5萬噸左右，二氧化碳的排放量將大大減少。與此同時除塵效果好、效率高，煙囪的粉塵排放濃度可以降低大約18mg/Nm3。該系統(tǒng)如果應(yīng)用在300MW及以上各種類型火電機組上，在分析電廠鍋爐出口的排煙溫度、燃煤質(zhì)量的基礎(chǔ)上，投資成本可以達到3000萬元至5000萬元，該系統(tǒng)可以幫助電廠在約3年左右回收成本。

6 結(jié)語

一方面，鍋爐煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)能幫助火電廠實現(xiàn)真正意義上的節(jié)能降耗，為電廠生產(chǎn)經(jīng)營提質(zhì)增效。通過深度利用煙氣余熱，降低鍋爐熱損失，提高鍋爐熱效率。鍋爐煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)具有它自身獨特的優(yōu)點，它不使用汽輪機高品位的抽汽，而是排擠汽輪機高品位的抽汽，減少汽輪機熱耗，提高汽輪機熱效率，降低廠用電率，降低脫硫塔工藝水耗水量，投運后機組效率提升明顯，進而實現(xiàn)大幅度降低供電煤耗率。在600MW負荷工況，試驗測量的供電標準煤耗降低4.08 g/（kW·h），在進一步修正后供電標準煤耗比之前降低4.90 g/（kW·h），降低供電標準煤耗效果可觀，實現(xiàn)真正意義上的節(jié)能降耗。

另一方面，鍋爐煙氣余熱深度利用及減排系統(tǒng)能幫助火電廠實現(xiàn)大氣污染物超低排放，更好的適應(yīng)國家愈來愈高的環(huán)保標準。

參考文獻

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[3]花秀峰，李曉明.火力發(fā)電廠煙氣余熱利用的分析與應(yīng)用[J].節(jié)能，2011，30（Z2）：89