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電廠鍋爐煙氣餘熱回收換熱器熱力學經濟性

    摘要:本文結合了大唐太原第二熱電廠火力發電#10、#11 機組增設煙氣餘熱換熱器(低壓省煤器)工程改造方案,提出在引風機出口煙道位置安裝煙氣餘熱回收換熱器(低壓省煤器),將煙氣溫度降低到102℃,將回收的熱量輸送到凝結水回熱係統中(冬季的工況不同,加熱熱網供水),使用熱力學進行分析,可以使發電標煤耗降低,使每台機組的脫硫吸取塔噴淋降溫用水減少。

傳統設計概況:
     在傳統的鍋爐設計中,要對煤炭的價格、鋼材的價格、煙氣的低溫腐蝕進行綜合的考慮,通常將大型電站的燃煤鍋爐空氣預熱器排煙溫度設置在120℃~130℃左右,對硫分和水分較多的燃料要將排煙的溫度設定到更高的數值。這樣的設計在不強製煙氣脫硫和煤炭價格較低的情況是可以使用的。 

傳統設計缺點分析:
     火電廠煙氣脫硫工藝中最常用的是以濕式石灰石———石膏煙氣脫硫技術,煙氣進入到脫硫塔中的溫度(最佳反應溫度)大約在80℃左右,鍋爐空氣預熱器出口的煙氣一般經過GGH 或者是噴淋減溫後進入到脫硫塔中。回轉式GGH 方式因為有漏煙的現象,對脫硫的效率等會造成影響,所以使用的較少,噴水減溫方式雖然簡單可行,但是需要消耗大量的水資源。 

本文結合了大唐太原第二熱電廠火力發電#10、#11 機組增設煙氣餘熱換熱器(低壓省煤器)工程改造方案為例,脫硫塔不使用GGH 技術,對煙氣進脫硫塔之前和部分凝結水換熱進行探討,目的降低脫硫煙氣的溫度,利用非標設計電廠鍋爐煙氣餘熱回收換熱器將機組效率的可行性和經濟型進行提高。

 一、工程概況
     太原第二熱電廠#10、#11 號鍋爐為東方鍋爐廠設計製造的亞臨界、中間一次再熱、全懸吊、自然循環、平衡通風、燃煤汽包爐。鍋爐型號為DG1065/17.4-Ⅱ12。廠址區域地震動峰值加速度0.2g(對應震烈度為8 度),地震動反應譜特征周期0.35s。地下水位埋深一般2.6-2.8m,根據水質分析結果,場地內地下水對鋼筋混凝土基礎無任何腐蝕性。

二、 #10#11 機組增設電廠鍋爐煙氣餘熱回收換熱器(低壓省煤器)設計條件

 鍋爐原煙氣的流經順序為鍋爐鍋爐尾部煙道靜電除塵器→鍋爐煙氣餘熱回收換熱器脫硫吸取塔煙囪,煙氣被冷卻後放出的熱量用來加熱熱網水或汽機凝結水。

煙氣餘熱回收換熱器的水來自除鹽水或熱網水,在冬季進行運行時,煙氣餘熱換熱器接入熱網水係統,來自熱網回水母管的水(溫度約為60℃左右)進入煙氣餘熱換熱器,通過煙氣餘熱換熱器換熱元件與煙氣進行換熱,被煙氣加熱後(水溫110℃左右)送回至熱網回水母管,並入熱網係統。在夏季進行運行時,煙氣餘熱換熱器切換至依靠除鹽水自循環運行,並通過板式換熱器加熱來自7 號低加入口處的凝結水,被加熱後的凝結水溫度達到7 號低加出口水溫,回至凝結水主係統,主凝結水回路與煙氣餘熱換熱器回路成並聯布置。汽機凝結水進、出水選用參數選擇按照《某熱電廠300MW 機組熱力性能數據》進行選取。冬季采暖期取水點可切換至熱網係統,以提高熱能利用率。   

2.1 煙氣餘熱回收換熱器的換熱形式為煙氣水換熱器,每台機組設套煙氣餘熱回收換熱係統,本工程共台機組,共設套餘熱換熱係統。

2.2 換熱管的平均壁溫小於煙氣的酸露點溫度的區域均視為存在低溫腐蝕區域。為避免低溫腐蝕區域的換熱現象,除在管道材料上采取應有措施外,即推薦選用耐腐蝕的氟塑料材質,同時若有條件,可從腐蝕源頭上解決防腐蝕設計。
     2.3 本工程煙氣餘熱換熱器的安裝位置為靜電除塵器之後煙道內,按室外布置考慮,預留安裝位置為原脫硫增壓風機後水平煙道。

三、 #10、#11 機組增設鍋爐煙氣餘熱回收換熱器運行要求
  
    目前運行狀況:
    ①目前實際燃用煤質狀況:
    幹燥無灰基揮發份35±5%(絕對值)。收到基全水分10±4%(絕對值)。 收到基灰份35±5%(絕對值)。 收到基低位發熱量17Mj±10%(相對值)。
    ②目前排煙溫度狀況:140~160℃(電除塵後)。
    要求改造後餘熱換熱器出口煙氣溫度降至102℃。
    通過換熱器的煙氣量按1100000Nm3/h 設計;最大煙氣量按1200000Nm3/h 校核。

四、 換熱器的熱平衡計算

根據#10、#11 機組的THA 工況進行計算,煙氣換熱器將電除塵器的出煙口溫度降至102℃進入到脫硫塔中。
    由軸封加熱器出口分流部分凝結水到換熱器,凝結水的溫度在換熱器內進行加熱後回到6 號低壓加熱器和7號低壓加熱器出口的凝結水彙合。使用熱平衡計算方法確定換熱器的凝結水流量。凝結水在換熱器中吸取的熱量在7 號、8 號低壓加熱器中吸取的熱量進行抵消,7 級、8 級抽汽量則降低,降低的抽汽量增加了低壓缸做功,使熱量的利用效率得到了提高。
    安裝鍋爐煙氣餘熱回收換熱器後的熱平衡如下圖所示:


從安裝換熱器前後的對比圖中可以看出低壓缸各級的抽汽流量會發生變化,但是溫度和壓強卻沒有得到改變,凝結水的溫度也沒有發生改變。首先按照餘熱換熱器煙氣側的放熱量對換熱器的水側流量進行計算,然後按照熱量平衡計算出各低壓抽汽的流量。7 級、8 級抽汽所降低的部分在低壓缸中做功。進行換熱器安裝後,煙氣的阻力會得到增加,使引風機的能耗也得到上升,低壓缸排氣增加將使凝汽器循環水的能耗得到上升。

五、 節約標煤量的計算
     根據熱量計算公式,將水從t1℃加熱到t2℃,需要的熱量為:
     Q=1000·c·m·(t2﹣t1)
     如標準煤完全燃燒含熱量按29306kj/kg 計算,則提供Q 熱量所需的標準煤量:
     A=Q/29306/1000
     其中:Q:熱量,單位:j;c:水的比熱容4200,單位:j/kg/℃;m:水的質量,單位:t;t1:水的初溫,單位:℃;t2:水的末溫,單位:℃;A:折合成標準煤量,單位:t。當水量m 單位為t/h 時,即水流量時,則相應的標準煤量A 的單位亦為t/h,A 乘以某一時間段就是該時間段內的節煤量。

 六、運行效果 

6.1 #10 爐低省係統運行效果

 #10 鍋爐煙氣餘熱回收換熱器12 月2 日投運#10 爐熱網水後,運行很平穩。根據#10 爐的運行參數,進口煙溫大約在120℃-132℃之間,當進口煙溫達到最高132℃左右時,加熱熱網水水量達到198t/h 左右,熱網水的來水水溫由50℃左右升為103℃-106℃。根據記錄的#10 爐煙氣餘熱換熱器的運行參數,從12 月2 日投運至12 月22 日共計20 天,在這段時間內加熱的熱網水水量所吸取的熱量相當於完全燃燒531t 標準煤(7000 大卡熱值,即29306千焦)所放出的熱量。
     6.2 #11 鍋爐低省係統運行效果
     #11 爐於8 月16 日正式上水運行,截止到2012 年11 月26 日進入轉投熱網水程序後,運行穩,換熱效果良好。根據#11 爐的運行參數,當進口煙溫達到140℃左右時,加熱凝結水水量達到390t/h 左右,凝結水回水水溫在95℃-97℃之間。
   

本次節能改造在電除塵後部、脫硫吸取塔前煙道中為電廠鍋爐加裝煙氣餘熱回收換熱器,利用煙氣餘熱冬季加熱熱網水,夏季加熱汽機凝結水,以提高機組綜合效率,同時將排煙溫度降低到102℃±5℃。

增設鍋爐煙氣餘熱回收換熱器可以使煙氣進入脫硫塔的溫度有效的得到降低,對煙氣餘熱進行回收利用,不僅可以提高鍋爐的工作效率,還可以為企業節約燃料成本,同時可以減少脫硫吸取塔的噴淋水量,值得在鍋爐機組改造中應用。

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