本文主要是對(duì)大容量燃煤鍋爐煙氣余熱利用的研究記錄。對(duì)大容量火力發(fā)電廠660MW級(jí)燃煤鍋爐增設(shè)煙氣余熱換熱器回收煙氣余熱方案，提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性和增加的投資方面進(jìn)行分析研究。在引風(fēng)機(jī)出口匯合煙道前裝設(shè)煙氣余熱換熱器，回收的熱量加熱凝結(jié)水，進(jìn)入回?zé)嵯到y(tǒng)，可提高全廠熱效率0.16%，機(jī)組發(fā)電標(biāo)煤耗率降低1.0g/kWh，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。
1 煙氣余熱換熱器的應(yīng)用情況
原蘇聯(lián)為了減少排煙損失而改裝火力發(fā)電廠燃煤鍋爐機(jī)組時(shí)，在鍋爐對(duì)流豎井的下部設(shè)煙氣余熱換熱器，供加熱熱網(wǎng)回水之用。對(duì)于近期發(fā)展起來的超超臨界發(fā)電機(jī)組而言，德國Schwarze Pumpe電廠2×800MW褐煤發(fā)電機(jī)組在靜電除塵器和煙氣脫硫塔之間加設(shè)了煙氣冷卻器，利用煙氣加熱鍋爐凝結(jié)水。
2 煙氣余熱換熱器布置方案
大部分燃用褐煤的機(jī)組將煙氣余熱換熱器布置在吸收塔入口，煙氣余熱換熱器將煙氣溫度從約160℃降低到約100℃后進(jìn)入吸收塔，煙氣用來加熱凝結(jié)水。煙氣余熱換熱器實(shí)際上起到管式GGH加熱器中煙氣冷卻作用。煙氣經(jīng)過除塵器后，煙氣含塵濃度已經(jīng)小于30mg/Nm3，煙氣余熱換熱器處于低塵區(qū)工作，因此，飛灰對(duì)管壁的磨損程度已大大減輕。由于煙氣中的堿性顆粒幾乎被除塵器捕捉，煙氣余熱換熱器出口的煙氣帶有酸腐蝕性。但是由于其布置位置在除塵器及引風(fēng)機(jī)之后，煙氣不會(huì)對(duì)這些設(shè)備造成腐蝕。由于吸收塔內(nèi)本來就是酸性環(huán)境，煙氣離開吸收塔時(shí)溫度約為46℃，脫硫區(qū)域已進(jìn)行了防腐處理。因此，該布置方案腐蝕較少，通常采用該種煙氣余熱換熱器布置方案。
660MW級(jí)燃煤鍋爐煙氣余熱換熱器共設(shè)置兩臺(tái)，分別布置于兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出口的水平煙道內(nèi)。考慮設(shè)備的換熱性能及抗腐蝕能力，煙氣余熱換熱器內(nèi)換熱元件采用H型翅片管，管子及翅片管均采用優(yōu)質(zhì)改進(jìn)型ND鋼，設(shè)備壽命超過55000h。換熱元件管組前后兩級(jí)布置，吹灰器布置于設(shè)備中央位置。同時(shí)，煙氣余熱換熱器前煙氣溫度較高，除塵器及引風(fēng)機(jī)的容量無法降低，除塵器的耗電功率無法減少，且由于加裝煙氣余熱換熱器后煙氣阻力增加400Pa，引風(fēng)機(jī)軸功率加大，電機(jī)功率加大。
3 熱力系統(tǒng)方案
汽輪機(jī)回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)擬采用煙氣余熱換熱器和低加并聯(lián)的方案。根據(jù)汽輪機(jī)廠提供的660MW(THA)工況下的熱平衡圖，7號(hào)低加出口凝結(jié)水溫度為100℃，6號(hào)低加出口凝結(jié)水溫度為121.9℃，煙氣余熱換熱器出口的煙氣溫度約100℃和7號(hào)低加出口凝結(jié)水溫度相近，因此，本方案將經(jīng)煙氣余熱換熱器后的凝結(jié)水接至7號(hào)低加出口凝結(jié)水管道。考慮到煙氣余熱換熱器的換熱效率及避開鋼材的敏感腐蝕區(qū)，系統(tǒng)設(shè)置調(diào)節(jié)旁路，保證煙氣余熱換熱器的進(jìn)水溫度不小于60℃。凝結(jié)水側(cè)設(shè)置兩臺(tái)增壓泵，一運(yùn)一備，變頻控制。
4 熱平衡計(jì)算
4.1 煙氣余熱換熱器換熱計(jì)算
660MW機(jī)組在THA 況下，根據(jù)鍋爐廠資料，鍋爐空預(yù)器出口煙溫(修正后)為125℃，，考慮引風(fēng)機(jī)溫升，引風(fēng)機(jī)出口煙氣溫度約為126.9℃。軸封加熱器出口約278.6t/h，33.6℃凝結(jié)水進(jìn)入煙氣余熱換熱器加熱后溫度提升為100℃后，進(jìn)入7號(hào)低加出口的凝結(jié)水管道。
4.2 機(jī)組熱平衡計(jì)算
同時(shí)由于換熱器煙氣阻力增加，引起引風(fēng)機(jī)軸功率增加，以及增加凝結(jié)水煙氣余熱利用裝置水泵耗功。同時(shí)由于278.6 t/h凝結(jié)水經(jīng)煙氣余熱換熱器換熱，減少了7段和8段抽汽量，在機(jī)組額定功率不變的情況下，減少了機(jī)組的進(jìn)汽量，機(jī)組熱效率提高0.16%，發(fā)電標(biāo)煤耗率降低1.0 g/kWh。
機(jī)組尾部煙道安裝煙氣換熱器后，會(huì)增加煙氣阻力和工質(zhì)阻力，相應(yīng)地會(huì)增加引風(fēng)機(jī)和水泵的功耗。
采用定功率法，經(jīng)計(jì)算主蒸汽量降低7.36t/h，相應(yīng)輔機(jī)功率下降約160 kW，扣除該部分后總能耗增加值為341 kW，扣除輔機(jī)耗功后節(jié)省標(biāo)煤量為0.84 g/kWh。
5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析
5.1 熱經(jīng)濟(jì)性分析
根據(jù)熱平衡和熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果，由于換熱器煙氣阻力增加，引風(fēng)機(jī)軸功率增加，凝結(jié)水側(cè)增加水泵耗功。同時(shí)由于278.6t/h的凝結(jié)水經(jīng)煙氣余熱換熱器換熱，減少了7段和8段抽汽量。綜合計(jì)算，機(jī)組熱效率提高0.16%，發(fā)電標(biāo)煤耗率降低1.0g/kWh。
由于設(shè)置了旁路系統(tǒng)，機(jī)組需增加兩臺(tái)增加泵，一運(yùn)一備，每臺(tái)泵功率約36kW。
另外，由于煙氣余熱換熱器后煙氣溫度降低，脫硫塔內(nèi)噴水減溫用水量減少。加裝煙氣余熱換熱器前，脫硫系統(tǒng)工業(yè)水耗量約110t/h，加裝煙氣余熱換熱器后工業(yè)水耗量約為80t/h，節(jié)約水量約30t/h。
5.2系統(tǒng)投資
根據(jù)660MW機(jī)組工程的設(shè)計(jì)參數(shù)，經(jīng)與廠家初步溝通，整個(gè)煙氣余熱換熱器系統(tǒng)包含設(shè)備及管道等在內(nèi)，每臺(tái)機(jī)組增加費(fèi)用約1050萬元。
5.3 經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果
標(biāo)煤價(jià)按750元/t，水費(fèi)1.5元/t，機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)5500h，全年發(fā)電量不變。
機(jī)組采用煙氣余熱換熱器后，由于機(jī)組發(fā)電標(biāo)煤耗率降低1.0g/kWh，扣除輔機(jī)耗功后節(jié)省標(biāo)煤量為0.84 g/kWh，機(jī)組全年節(jié)約燃煤采購成本約228.7萬元，即：
660MW×0.84g/kWh×5500h×750元/t=228.7萬元。
機(jī)組工業(yè)水用量減少30t/h，全年節(jié)約水費(fèi)用約24.75萬元，即：
30 t/h×5500h×1.5元/t=24.75萬元。
根據(jù)與廠家溝通的結(jié)果，由于設(shè)備壽命約為55000h，設(shè)備到期后需有60%的設(shè)備更換量，因此設(shè)備年檢修維護(hù)費(fèi)用約為51萬元。
綜合以上數(shù)據(jù)計(jì)算，投資回收期約為6.9年。
結(jié)語
綜上所述，采用煙氣余熱加熱凝結(jié)水，能回收煙氣的余熱，提高機(jī)組效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。如果裝設(shè)煙氣余熱換熱器可提高全廠熱效率0.16%，每臺(tái)機(jī)組增加投資約1050萬元，全年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用202.45萬元，投資回收期約為6.9年。隨著機(jī)組運(yùn)行后鍋爐排煙溫度的升高，機(jī)組節(jié)省的年運(yùn)行費(fèi)用將大大增加，投資回收年限降低。
