惠巖波

（寧夏特種設(shè)備檢驗檢測院，銀川 750001）

節(jié)能減排政策的推行對電廠節(jié)能工作提出了更高要求。現(xiàn)階段，各個大型火力發(fā)電機組提高蒸汽初參數(shù)、降低汽輪機排汽參數(shù)等節(jié)能方案，受到金屬材料和環(huán)境溫度的多方面限制[1]。通過優(yōu)化熱力系統(tǒng)來減少發(fā)電機組的各項熱損失成為當(dāng)前一個有效的節(jié)能途徑。目前，燃煤發(fā)電廠尾部煙氣的溫度一般在120～130 ℃，而循環(huán)流化床形式的發(fā)電廠排氣溫度可以更高，達到150 ℃左右[2]。鍋爐過高的排煙溫度使得排氣熱損失在鍋爐的各項熱損失中占據(jù)了極大比例。從鍋爐尾部煙道回收煙氣的廢熱，能夠提高火力發(fā)電廠的熱效率。

鍋爐煙氣余熱回收的措施很多，其中擴大鍋爐煙道中省煤器和空預(yù)器的換熱面積較為簡單。但是，多數(shù)情況下由于空間限制（鍋爐尾部煙道空間太小）或者經(jīng)濟效益差，該措施并未被發(fā)電廠廣泛采用。此外，可以采用氣-氣熱交換器回收煙氣余熱。加裝氣-氣熱交換器后，尾部煙道的高溫?zé)煔獗挥脕砑訜峤?jīng)過脫硫脫硝后的清潔煙氣，從而降低排氣溫度。但是，這種方法不具有節(jié)能效果，且經(jīng)常開啟和關(guān)閉氣-氣熱交換器會給發(fā)電廠的運行帶來一些其他方面的負(fù)面影響。在除塵器和煙氣脫硫裝置之間的煙道下游安裝低溫省煤器不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、對熱力系統(tǒng)影響小的優(yōu)點，而且可以相對減少煤炭和水的消耗[3]。低溫省煤器一般裝在鍋爐尾部，其水側(cè)管路聯(lián)結(jié)于熱力系統(tǒng)凝結(jié)水系統(tǒng)。凝結(jié)水吸收鍋爐排煙余熱，降低了排煙溫度，溫度升高后返回凝結(jié)水系統(tǒng)。在布置熱力系統(tǒng)時，既要考慮低溫省煤器的低溫腐蝕、積灰、磨損，也要考慮運行時其對汽輪機抽汽的影響。我國普遍采用螺旋翅片管或者H形翅片管的低溫省煤器系統(tǒng)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于鍋爐尾部煙氣的余熱回收。需要注意的是，加裝低溫省煤器后，煙氣側(cè)的壓力損失太高，對于引風(fēng)機的出力有較高要求，且改造前的風(fēng)扇可能出現(xiàn)過載問題。

1 低溫省煤器在煙氣余熱回收中的利用

低溫省煤器多采用間壁式交叉流換熱器，通過熱流體與壁面的對流傳熱、壁面的導(dǎo)熱和冷流體與壁面的對流傳熱3個環(huán)節(jié)進行熱量傳遞。其中，低溫省煤器工質(zhì)側(cè)的換熱為管槽內(nèi)強制對流換熱，煙氣側(cè)的換熱類型為外部強制對流換熱。

一般情況下，低溫省煤器安裝在鍋爐的尾部煙道。凝結(jié)水全部或者部分被引出，經(jīng)過低溫省煤器吸收鍋爐排煙余熱，溫度升高后返回凝結(jié)水系統(tǒng)。一方面降低了排煙溫度，減少了鍋爐排煙熱損失；另一方面凝結(jié)水被加熱升溫，在維持給水溫度不變的情況下，可以相對減少各低加抽汽，從而使汽輪機的蒸汽可以做更多功，提高電廠的熱效率[4]。

2 低溫省煤器接入熱力系統(tǒng)的方式

低溫省煤器與管路連接方式不同，其回?zé)嵯到y(tǒng)的熱力計算與熱經(jīng)濟性有很大差別。低溫省煤器系統(tǒng)對整個凝結(jié)水系統(tǒng)的影響會因為聯(lián)結(jié)方式的不同而存在較大差別，一般可以分為串聯(lián)、并聯(lián)以及混合聯(lián)結(jié)3種。

2.1 串聯(lián)方式

凝結(jié)水從某低壓加熱器的出口全部引出，經(jīng)過低溫省煤器中的換熱面與煙氣換熱和加熱升溫后，全部返回后一級的低壓加熱器入口。從凝結(jié)水流動的方向看，加裝的低溫省煤器串聯(lián)于兩個低壓加熱器之間，構(gòu)成凝結(jié)水系統(tǒng)不可或缺的一部分。

該接入方式所有的凝結(jié)水都要經(jīng)過低溫省煤器進行加熱升溫，流經(jīng)低溫省煤器的水量很大，可以降低尾部煙氣溫度。低溫省煤器效率高，總體經(jīng)濟效果較好。但是，較安裝之前，凝結(jié)水要額外通過低溫省煤器的管道，因此凝結(jié)水系統(tǒng)的水流阻力會相應(yīng)增加，這就要求凝結(jié)水泵的壓頭也要有所增加。另外，當(dāng)省煤器發(fā)生故障時，該接入方式需要切斷全部凝結(jié)水系統(tǒng)進行維修，維修較不便。

2.2 并聯(lián)方式

低溫省煤器工質(zhì)側(cè)凝結(jié)水取自于第七低壓加熱器入口。凝結(jié)水在第七低壓加熱器入口分流，一部分通過第七低壓加熱器，另一部分通過加裝的管路進入低溫省煤器。這部分凝結(jié)水在低溫省煤器中加熱升溫后在第七加熱器的出口與之前的主凝結(jié)水匯合。在凝結(jié)水系統(tǒng)中，所加裝的低溫省煤器與低壓加熱器構(gòu)成并聯(lián)形式。該接入方式根據(jù)具體的水溫條件，與低溫省煤器并聯(lián)的低壓加熱器可以是一個，也可以是多個。

相較于串聯(lián)系統(tǒng)，當(dāng)?shù)蜏厥∶浩饕圆⒙?lián)方式接入熱力系統(tǒng)時，由于分流的作用，部分凝結(jié)水可以不用經(jīng)過所并聯(lián)的低壓加熱器，而是進入低溫省煤器升溫。分流所減少的阻力足以補償增加的低溫省煤器管道所帶來的阻力，因此對于凝結(jié)水泵的揚程并沒有較高要求。另外，當(dāng)系統(tǒng)采取這種聯(lián)結(jié)方式時，低溫省煤器系統(tǒng)是一個完全獨立的旁路，可以在保證給水的情況下切除，便于停用和維修。然而，該接入方式由于分流導(dǎo)致水流量減少，煙氣冷卻效果不理想。

2.3 混合聯(lián)結(jié)方式

低溫省煤器工質(zhì)側(cè)的凝結(jié)水取自兩點，一是八號低壓加熱器出口，二是七號低壓加熱器出口。來自兩部分的凝結(jié)水經(jīng)混合后，水溫處于兩者水溫之間?；旌虾蟮哪Y(jié)水在低溫省煤器經(jīng)過加熱升溫后返回凝結(jié)水系統(tǒng)。

這種混合聯(lián)結(jié)的方式結(jié)合了串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)的特點，依據(jù)凝結(jié)水系統(tǒng)中各級低加的進、出口溫度的差別，通過控制兩個引入點引入凝結(jié)水的比例，可以有效控制低溫省煤器入口的凝結(jié)水溫度。這樣穩(wěn)定的水溫可有效降低低溫省煤器管道的低溫腐蝕程度，延長設(shè)備的使用年限。但是，該聯(lián)結(jié)方式管路連接較為復(fù)雜，增加了運行過程的控制參數(shù)。此外，與前兩種方式相比，低溫省煤器入口水溫相對較高，為保證煙氣余熱的利用效果，換熱面面積也應(yīng)相應(yīng)擴大。

3 低溫省煤器的布置方式

鍋爐尾部煙道內(nèi)需要進行除塵、脫硫、脫硝等多種工序，因此低溫省煤器在煙道內(nèi)的布置也有多種方式可供選擇。

3.1 低溫省煤器布置在除塵器前

這種布置形式具有如下特點。

（1)鍋爐尾部煙氣可以通過低溫省煤器降低20～30 ℃[5]。根據(jù)氣體狀態(tài)方程，溫度較低的煙氣體積也會減小，單位體積內(nèi)含灰量將增加，可以很大限度提高除塵器的效率。對于考慮安裝低溫省煤器的新建機組而言，煙氣體積的減少將會使低溫省煤器之后的煙道截面相應(yīng)減小，可在設(shè)計時減少建筑鋼材的消耗，經(jīng)濟效益可觀。

（2)隨著煙氣的體積減小，引風(fēng)機和脫硫增壓風(fēng)機的出力也可以一定程度上減小，從而進一步減少廠用電的消耗，間接提高效率。

（3）對于許多安裝有濕法脫硫裝置的發(fā)電機組，當(dāng)溫度較低的煙氣進入脫硫裝置時，脫硫過程中蒸發(fā)的水分將會變少，從而可減少脫硫用水消耗。

（4）橫掠低溫省煤器蛇形管的煙氣沒有經(jīng)過除塵，煙氣中包含的大量灰塵會造成低溫省煤器受熱面積灰、磨損甚至堵塞。

3.2 低溫省煤器布置在脫硫裝置前

低溫省煤器的另一種布置方式是將其布置在除塵器與脫硫裝置之間的煙道內(nèi)。這種布置形式有以下幾個方面的特點。

（1）煙氣經(jīng)過引風(fēng)機做功后會有一定的溫升。布置于引風(fēng)機后至脫硫裝置之前的低溫省煤器可以充分利用引風(fēng)機帶來的煙氣溫升，提高煙氣余熱的回收和利用效率。

（2）經(jīng)過除塵裝置的煙氣，含塵量將會大幅降低。低溫省煤器的工作環(huán)境要比前一種布置方式好很多，換熱管的積灰與磨損問題會得到極大改善，大大降低了運行風(fēng)險和運行難度。

（3）對于安裝有濕法脫硫裝置的發(fā)電機組，同樣可以在一定限度上節(jié)約脫硫用水。

（4）低溫省煤器安裝于尾部煙道靠后處，因此會離主廠房較遠(yuǎn)，會增加從低加系統(tǒng)取水的凝結(jié)水管長度，需要相關(guān)的水泵有足夠的壓頭來克服管道阻力。

3.3 低溫省煤器分段布置

低溫省煤器還有一種布置方式是將其進行分段布置，即一部分在除塵器之前，另一部分在脫硫裝置之前。這種分段布置的方式結(jié)合了前兩種布置方式的特點，是兩種方法優(yōu)缺點的折中考慮。需要注意，該布置方式的省煤器設(shè)計和管路布置非常復(fù)雜，會增加不必要的運行難度。

綜合3種布置形式，第1種方法將低溫省煤器布置在除塵器之前，在廢熱回收效率、優(yōu)化除塵效率、減少煙道阻力、增加鍋爐總體循環(huán)熱效率方面表現(xiàn)優(yōu)良，但存在受熱面積積灰、磨損甚至飛灰堵塞等問題，可以通過低溫省煤器結(jié)構(gòu)上的設(shè)計加以避免。目前，將低溫省煤器布置在除塵器前基本滿足常規(guī)的設(shè)計要求，是國內(nèi)電廠普遍采用的布置方式。

4 加裝低溫省煤器需要考慮的問題

4.1 低溫腐蝕

低溫省煤器工質(zhì)側(cè)的凝結(jié)水溫度較低，很容易出現(xiàn)低溫腐蝕問題。在工程實踐中，考慮采用兩種方法來防止或者減輕低溫省煤器的低溫腐蝕。一是設(shè)計合理的低溫省煤器系統(tǒng)，控制受熱面的壁溫在允許范圍內(nèi)，使腐蝕速度降低到可以接受的程度。二是低溫省煤器的管子選擇合適的耐腐蝕材料。對于布置于脫硫裝置入口處的低溫省煤器，面臨酸腐蝕的可能性更多，因此應(yīng)該選取耐腐蝕性能更好的材料。推薦使用的材料有不銹鋼、合金鋼和表面經(jīng)過相應(yīng)搪瓷處理的碳鋼材料等。

4.2 受熱面的積灰與磨損

低溫省煤器的受熱面為連接于進口聯(lián)箱和出口聯(lián)箱之間的蛇形管道。低溫省煤器的管子可以采用光管、鰭片管或者螺旋肋片管等。非光管的傳熱面積和傳熱效果一般優(yōu)于光管式低溫省煤器，但是非光管結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，肋片或者鰭片之間容易產(chǎn)生積灰磨損等問題。工程實踐結(jié)果表明，肋片管的積灰程度與煙氣流速和煤質(zhì)特性具有直接關(guān)系，因此在設(shè)計低溫省煤器時應(yīng)考慮選擇合適的煙氣流速，同時選取合理的管道橫向節(jié)距和縱向節(jié)距，以減少積灰與磨損發(fā)生的可能性。

鍋爐煙氣中的灰分對于換熱器有諸多不利影響。由于運行時間增長，灰分會污染受熱面，增加換熱面的污垢熱阻，影響換熱器的傳熱效率，嚴(yán)重時還會堵塞煙氣流通的通道，使煙氣側(cè)的流阻增大，導(dǎo)致蛇形管受熱不均，甚至影響鍋爐的安全運行，引起非計劃停爐等事故。

為了減輕灰分對于低溫省煤器受熱面的影響，一般考慮從兩個方面加以改善。一方面，在設(shè)計低溫省煤器時應(yīng)當(dāng)考慮采用較高的煙氣流速。為了減輕煙氣飛灰對管壁的磨損，應(yīng)當(dāng)選擇耐磨損強的換熱面材料。煙氣流速不宜過大，一般要求大于10 m·s-1[6]。另一方面，合理布置低溫省煤器的吹灰器，確保吹灰器正常工作時可以吹到所有的受熱面，不存在盲區(qū)。當(dāng)吹灰器工作時，適當(dāng)調(diào)節(jié)低溫省煤器的入口煙氣擋板，使煙氣流通面積減小，增加吹灰器工作時的煙氣流速，可使吹灰器的吹灰效果更好。

5 結(jié)語

大型火力發(fā)電廠加裝低溫省煤器均能夠有效降低排煙溫度，降低脫硫系統(tǒng)水耗，減少煤耗，提高經(jīng)濟效益。水側(cè)不同的接入方式各有優(yōu)劣，將低溫省煤器布置在除塵器前，可基本滿足常規(guī)的設(shè)計要求，是國內(nèi)電廠普遍采用的布置方式。