600MW机组烟气余热利用技术综合分析

600MW机组烟气余热利用技术综合分析

朱文超

通辽发电总厂有限责任公司 内蒙古通辽市 028000

摘要：中国“蓝天保卫战”进入攻坚期，电力行业超低排放转型加速。目前，燃煤机组排气温度过高的问题相当普遍。随着低温除尘技术和湿法脱硫的发展和普及，为进一步降低排气温度提供了更多的需求空间。研究表明，废气热损失占锅炉总热损失的60%以上，废气温度每降低20℃，可降低煤耗约2g/(kw·h)，对节能意义重大，也有利于提高电除尘效率和脱硫用水量。但随着烟气温度的降低，尾部烟道及相关设备的低温腐蚀和堵灰风险进一步加剧，在烟气余热利用改造中应综合考虑，采取措施加以防范。

关键词：余热回收；深度利用；氟塑料；低低温省煤器；

排烟热损失是锅炉各项热损失的重要组成部分，以某600ＭＷ燃煤机组为研究对象，阐述了烟气余热深度利用改造的原则，提出了分别采用钢材和氟塑料的两级换热技术方案，进行了系统的设计和参数的计算。该项目改造后可降低煤耗2.5ｇ／（ｋＷ·ｈ），同时改善了电除尘效率和湿法脱硫水耗指标，具有良好的经济效益和社会效益。

一、改造原则

1.在不影响机组安全运行的基础上，使烟气余热回收量最大化，实现余热深度利用。

2.充分考虑系统运行的可靠性，防范因改造引起低温腐蚀、堵灰和设备磨损等情况对机组正常运行造成影响，系统故障时机组具备隔离运行条件。

3.结合机组的现状，充分考虑烟气余热回收改造工程的建设条件，确保设备尺寸等指标满足现场空间条件，并校核烟道阻力裕量。

二、改造方案

烟气换热器由于耐高温、耐磨和耐腐蚀的工作环境要求，一般采用钢材的材质，当烟气温度达到低低温状态时，随着烟气温度的进一步降低，钢材的腐蚀速率急剧上升。因此，烟气余热深度利用改造采用两级换热布置方式，在空气预热器后电除尘器前布置一级低低温省煤器，将电除尘入口烟气温度降低至低低温状态，在引风机与脱硫塔间水平烟道布置第二级换热器，采用耐腐蚀性更好的新型材质，进一步降低脱硫塔入口烟气温度以深度回收烟气余热。两级换热装置串联布置，深度回收烟气余热用于加热凝结水。第一级换热器出口烟温已低于烟气酸露点，该处低低温省煤器沿着烟气流动方向分成高温段和低温段，对应的换热器材质根据耐腐蚀特性分别采用２０号钢和ＮＤ钢。第二级换热器工作温度更低、烟气含尘量小，工作环境具有低温腐蚀风险大、磨损风险相对较小的特点，该处设计采用耐腐蚀性好、传热系数高的氟塑料换热装置。整个烟气余热深度利用系统由低低温省煤器、氟塑料换热器、减压装置、升压泵、凝结水连接管道、吹灰装置、在线清洗装置、阀门组以及控制系统等组成。由于氟塑料换热器承压性能的限制，凝结水需经过减压装置降压后再进入氟塑料换热器，然后经升压泵升压后再进入低低温省煤器，最后再按“能级匹配、温度对口”原则接入主凝结水系统，升压泵同时为整个余热回收系统提供循环动力。

三、系统参数设计

1.边界条件。经计算，本工程电除尘器入口处烟气灰硫比为２２５，水蒸气露点温度为45℃，烟气酸露点温度为102℃，适用低低温电除尘技术。考虑到低低温省煤器金属换热设备的低温腐蚀速率，设计选取低温段热媒水入口水温65℃，系统边界条件设计如下：（１）低低温省煤器高温段：根据机组实际运行情况，本项目设计空气预热器出口烟气温度边界值取为145℃，将烟气温度从145℃降低至114℃。（２）低低温省煤器低温段：将烟气温度由１１４℃降低至90℃。（３）氟塑料换热器：将烟气温度由９５℃（考虑烟气经风机后有５℃的温升）降低至８０℃进入脱硫塔。（４）热媒水侧：氟塑料换热器入口水温为５５℃，出口水温为６５℃；低温段换热器入口水温为６５℃，出口水温为８０℃；高温段换热器入口水温为８０℃，出口水温为１００℃，热媒水流量为１０４０ｔ／ｈ。氟塑料换热器进水取自８号低压加热器入口和６号低压加热器入口的混合水，高温段换热器出水接入６号低压加热器出口。

2.低低温省煤器结构及参数。低低温省煤器分４路布置在电除尘器前的４个水平烟道处。每路低低温省煤器由４个换热模块组成，包含２个高温段换热模块和２个低温段换热模块，采用“２＋２”的布置形式，即２个高温段模块在高度方向叠置，出水采用集箱汇集，２个低温段模块在高度方向叠置，进水通过分水集箱配水，高温段和低温段换热模块沿烟气方向布置。在低低温省煤器结构设计时充分考虑了系统的防堵灰、防磨损性能要求，在管束布置等结构设计、合理选取烟气流速等方面进行优化。在低低温省煤器前的烟道内设置烟气导流板，调整烟气流场，避免烟气走廊、烟气偏流等现象导致的换热管局部受到烟气的正交冲刷，延缓换热管磨损；对迎烟气方向的前两排换热管增加防磨瓦，减少飞灰颗粒对换热管道的直接冲击性磨损。换热管采用防积灰性能较好的Ｈ型翅片管，并采取错列布置以改进换热器自清灰效果和传热性能，并配套安装吹灰装置。经核算，换热器烟道截面总尺寸6200ｍｍ×6010ｍｍ，大于原烟道的４１００ｍｍ×４１００ｍｍ，需对原烟道进行相应的扩展，安装该低低温省煤器后在设计工况下烟气阻力增加500Ｐａ。

3.氟塑料换热器结构及参数。氟塑料换热器布置在引风机和脱硫塔之间的水平烟道处，由２个换热器模块组成，沿烟气方向布置。换热管采用Ｕ型光管，呈正三角形布置。为确保换热管外壁清洁，设计了一套在线清洗装置，定期对氟塑料换热管外壁进行清洗除灰。经核算，氟塑料换热器在设计工况下增加烟气阻力１５０Ｐａ，换热器烟道截面总尺寸９０００ｍｍ×８７００ｍｍ，大于原烟道的８８００ｍｍ×８０００ｍｍ，需对原烟道进行相应的扩展。

四、影响因素分析

进行烟气余热深度利用改造后，对机组经济性的影响主要体现在以下几个方面：（1）利用烟气余热加热凝结水将排挤低压加热器抽汽，使其在低压缸继续做功而增加了汽轮机出力。同时，冷源损失由于凝汽器排汽量的增加而增大。（２）烟道加装换热设备后，引起烟气局部阻力增加，同时，烟气经换热器降温后烟气量减小，改造后对烟道烟气阻力的影响是以上两者的综合效果，对引风机的电耗有直接影响。（３）由于增加了热媒水管道，为克服新增阻力损失使凝结水泵、升压泵等循环水泵电耗增大，对机组供电煤耗有一定影响。（４）由于电除尘器入口烟气温度降低，降低了飞灰比电阻。同时也减少了电除尘器入口烟气量，使除尘效率得以提升。另外，由于脱硫塔前烟气温度降低，脱硫塔的减温水耗降低，系统具有一定的节水收益。

总之。烟气余热深度利用系统设计应充分考虑系统可靠性和能量传输效率问题。本项目的换热器采用两级串联布置形式，在不同温度区分别采用２０号钢、ＮＤ钢和氟塑料３种材质，结合不同材质在耐高温、耐腐蚀、耐磨损方面不同的特性进行合理布置，所回收的余热根据“能级匹配、温度对口”原则用于加热机组凝结水。系统可实现将脱硫塔入口烟气温度降至８０℃，并具有良好的变工况运行调节能力。系统设计应充分考虑进一步强化系统的防磨和防堵灰性能。本项目通过采取优化选取烟气流速、优化管束布置结构与型式、设置导流板及防磨瓦、设置吹灰及清洗系统等手段，进行了系统优化及匹配设计。本项目改造后，满负荷工况下可降低供电煤耗2.5ｇ／（ｋＷ·ｈ），具有良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

［１］王萍．浅谈600MW机组烟气余热利用技术综合分析.2019.

［２］刘秀丽．关于600MW机组烟气余热利用技术综合分析.2020.