低压省煤器在循环流化床锅炉中实现深度节能的可行性分析与实践R.doc

低压省煤器在循环流化床锅炉中降低排烟温度实现深度节能的可行性分析与实践低压省煤器在循环流化床锅炉中降低排烟温度实现深度节能的可行性分析与实践孙奉仲1 黄新元1 陆万鹏1 史月涛1 齐林虎2 王爱平2（1山东大学能源与动力工程学院，山东，济南，250061）（2济南达能动力技术有限责任公司，山东，济南250061）摘要：循环流化床锅炉由于采用炉内喷钙脱硫方式，使得尾部烟道中烟气露点温度降低，从而可以把排烟温度大幅度降低，实现深度节能。另外，对于采用尾部湿法脱硫的锅炉，分析了GGH系统运行状况，指出取消GGH是大势所趋。本文分析了采用低压省煤器回收循环流化床锅炉尾部余热的可行性，讨论了用低压省煤器代替GGH，实现余热回收并有可能实施“零能耗脱硫”的可能性。文章用一实例说明了低压省煤器的应用过程和效果。关键词：低压省煤器；节能；排烟温度； 循环流化床锅炉0 引言大型火电机组的节能减排是目前国家的重要国策，近年来，随着煤价的不断上涨，以煤为基础的发电成本日益增加，各电厂面临着节能的巨大压力，寻求降低煤耗的新技术、新方法，并加大了相关的资金投入。排烟热损失是电站锅炉各项热损失中最大的一项，一般约为5%12%，占锅炉热损失的60%70%。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度，一般情况下，排烟温度每增加 10 ，排烟热损失增加0.6% 1.0%，相应多耗煤1.2% 2.4%。若以燃用热值为20000 kJ/kg煤的1000 t/h亚临界锅炉为例，则每年多消耗几千吨动力用煤，降低排烟温度对于节能减排具有重要的实际意义。1 国内CFB机组降低排烟温度的必要性目前国内CFB锅炉的设计排烟温度一般在130135的范围，有的低于130。我国许多电站CFB锅炉的排烟温度高于设计值，有的比设计值高2050。由于排烟温度现已成为影响煤耗的最大指标，因而排烟温度高低已成为衡量锅炉运行水平的标志。国内很多机组的CFB锅炉采用炉内喷钙脱硫工艺。由于大部分硫分在炉内的脱除，锅炉尾部烟气中硫分含量减少，烟气露点降低，使得排烟温度在设计值基础上进一步降低成为可能，从而可以在锅炉尾部受热面不发生低温腐蚀的前提下更充分地利用排烟余热。由于CFB锅炉运行炉内温度一般偏离炉内喷钙脱硫的最佳温度要求（850900），对于高硫煤燃料，炉内脱硫效率较低，SO2排放量不能达到国家排放标准，因此，有些CFB机组的脱硫工艺采用了脱硫效率较高的除尘器后湿法脱硫。但是运行实践表明，该工艺中GGH（气气换热器）系统存在诸多问题。 对于GGH加热系统，其最为突出的问题就是换热空间堵塞和GGH的漏风。由于几乎全部受热面运行于露点以下，烟气侧会结露，热烟气侧表面会积灰；冷端烟气侧换热面也由于烟气的夹带作用经常发生石灰的积聚。这些情况都会导致换热效果的降低。更为重要的是，这会使回转式GGH耗电量增大，增压风机电耗增大，增加了厂用电率，提高了发电厂的供电煤耗。此现象已经到了极为严重的地步，所以许多已经安装GGH的机组，有的已经取消GGH系统，有的也在积极采取措施，准备取消该系统。目前新上机组的湿法脱硫系统几乎全部选择了不设置GGH系统。湿法脱硫系统中取消了GGH系统后，必然增加了进入脱硫系统的烟气温度，这将降低脱硫效率。最佳的脱硫工作温度为烟气温度不得大于8090。为了满足这个要求，就要采用脱硫系统前喷水减温或增加脱硫工艺水量。一般正常运行的锅炉，排烟温度在120130，若采取脱硫系统前喷水减温，把烟温降低到90，需要大量的减温水，同时加重了脱硫系统的负担，也浪费了烟气所蕴含的巨大热量。综上所述，CFB锅炉烟气露点偏低，具有深度降低烟气排烟温度的条件，而且对于采用湿法脱硫的锅炉，回收脱硫前烟气的余热已是必然之举。因此，有效利用CFB锅炉排烟余热，降低排烟温度实现深度节能，符合国家的节能减排政策，并可能使湿法脱硫系统使用的厂用电量与烟气余热再利用所发的电量抵消，从而可以实现“零能耗”脱硫。2 CFB锅炉排烟余热的回收方案根据CFB机组的一般现场条件和运行数据，确定采用在锅炉尾部增设低压省煤器，回收排烟热量，将烟温由较高的排烟温度降低到适合于脱硫系统需要的入口温度，实现深度降低排烟温度的节能改造。根据安装位置和排烟温度的水平，低压省煤器可以分为高温低压省煤器和低温低压省煤器两部分。烟气由空气预热器排出，经过设置在其后的低压省煤器受热面，温度降低。降低后的烟温和该低压省煤器受热面的最低壁温均保持在此处烟气露点之上，以保证烟道与受热面不发生低温腐蚀。这就是高温低压省煤器。所谓低温低压省煤器，就是设置在在原脱硫系统GGH的位置，将烟温继续降至适合于脱硫系统需要的入口温度，以实现排烟温度的深度降低。高温低压省煤器和低温低压省煤器，采取不同的设计结构，布置于不同的位置，以简化系统、提高可靠性和降低成本。低压省煤器系统示意图见图1。图1 低压省煤器系统示意图低压省煤器回收的热量，根据现场实际情况，可以有若干用途。根据工程实践，该部分热量可以有两个用途：（1）对于供热机组，或者有供热任务或者附近有热负荷的机组，低压省煤器用于加热供热用水。这是取得效益最大的一个用途。因为可以取代蒸汽或者其他热媒，加热了供热水，对外产生了效益。（2）没有供热负荷时，则可以把这部分热量输入本机组的回热系统。从回热系统引一路凝结水，进入低压省煤器，吸收烟气的热量后，再引入回热系统的适当位置。3 利用低压省煤器降低CFB锅炉排烟温度的可行性根据工程实践经验，对于CFB机组，GGH的原位置或者其他的烟道位置有充裕的布置空间，可以布置充足的受热面。高温低压省煤器传热元件采用镍基渗层零隙阻双纵肋片管，肋片与母管的焊接工艺专门为低压省煤器设计，接触热阻几乎为零，抗腐蚀，耐磨损，不易积灰。低温低压省煤器传热元件采用搪瓷管或者其他耐腐蚀管。搪瓷管具有优良的耐酸碱性及良好的导热性，耐酸实验表明搪瓷管的耐酸持续时间超过同尺寸十个碳钢管，300激冷实验表面无变化，保证了搪瓷管受热面的使用寿命。CFB锅炉烟气中灰分经过高温绝热分离器后，进入尾部烟道的烟气灰分含量低于煤粉炉，但其颗粒度较小，为适应细灰多、易积灰的特点，高温的低压省煤器采用了防积灰性好的镍基渗层双纵肋片管，理论研究与实践表明，其防积灰性能优于光管和螺旋翅片管。省煤器的磨损问题是国内外各电厂锅炉普遍存在的问题，虽然CFB锅炉烟气中灰分经过了高温绝热分离器分离，进入尾部烟道的烟气灰分含量较低，但防止磨损仍是低压省煤器要考虑的技术要点之一。采取以下措施，改善低压省煤器的磨损状况，确保低压省煤器的使用安全性。可以采用大管径、厚壁管。由于磨损速度反比于管径的一次方，加之壁厚增大；此外，高温低压省煤器的传热元件双纵肋片管采用了镍基渗层工艺，这些结构特点均可大大延长低压省煤器的磨损寿命。国内很多机组的CFB锅炉采用了炉内脱硫工艺。由于大部分硫分在炉内的脱除，烟气的硫分含量减少，露点降低，有利于避免高温低压省煤器发生低温腐蚀。高温低压省煤器的热力系统采用了进水温度、流量可调的供水方式，在设计进水温度下，可确保管子最低壁温高于烟气露点，不会发生受热面的低温腐蚀。低温低压省煤器传热元件采用搪瓷管或者其他耐腐蚀管，具有较好的抗低温酸腐蚀性能。这一元件为允许元件“结露”创造了条件。锅炉低压省煤器的工程改造经验表明，改造后，发电厂的供电煤耗降低25g/kwh，可以产生巨大的经济效益。因此，增设低压省煤器降低排烟温度，有成熟的经验，技术上可行。4 低压省煤器节能改造的方案论证在国内目前降低CFB锅炉排烟温度的各种可行改造方案中，增设低压省煤器的方案在以下诸方面显示出其独有的技术优势：（1）可降低排烟温度6070。这样大的温度降低是任何一个其他方案都无法达到的，因此低压省煤器节能改造可以取得最大的经济效益。（2）低压省煤器的给水跨过若干级加热器，利用级间压降克服低压省煤器本体及连接管道的流阻，不必增设水泵，提高了运行的经济性、可靠性，同时也自然地实现了排烟余热的梯级利用。（3）如果把高温低压省煤器设置在电除尘之前，则可以显著降低锅炉排烟温度的同时，可以使烟气体积流量减小，引风机的电流降低，保证了引风机的负荷。同时还可以提高除尘器的效率。显然，对于采用布袋式除尘器的锅炉，增设高温级低压省煤器更为必要。（4）本技术把锅炉的余热利用与汽轮机的回热系统巧妙地结合起来，对于锅炉燃烧和传热不会产生任何不利影响。由于低压省煤器布置于锅炉的最后一级受热面（下级空预器）的后面，因此，它的传热行为对于锅炉的一切受热面的传热均不发生影响。因此既不会降低入炉热风温度而影响锅炉燃烧，也不会使空气预热器的传热量减少，从而反弹排烟温度的降低效果。（5）具有良好的煤种和季节适应性。锅炉的低压省煤器的出口烟气温度可以根据季节和煤质进行调节，以实现节约煤耗和防止低温腐蚀的综合要求。（6）进入脱硫系统之前，烟温已经得到大幅度降低，如果脱硫系统之前需要喷水降温，则采用低压省煤器之后，完全可以把脱硫系统之前的喷水降温停用，节约了水资源，节约了用电。5 低压省煤器在降低CFB锅炉排烟温度上的应用实例5.1 改造背景国内某电厂4号锅炉为哈锅厂生产的HG-465/13.7-L.PM7型循环流化床汽包炉，配哈汽厂生产的C135/N145型汽轮机组。于2003年7月投产，锅炉额定蒸发量465t/h，额定汽温540/540。设计煤种为淄博贫煤，现运行煤种为山西、山东混煤。锅炉保证热效率为90.50%，排烟温度（BMCR）135。但目前锅炉运行效率远达不到设计值，主要原因是排烟温度高。根据电厂运行数据，全年锅炉排烟温度平均值高达155，最高时超过160，超出设计值25，影响锅炉热效率至少1.5个百分点。目前，鉴于节约能源、环境保护的紧迫形势，排烟温度偏高的问题变得十分突出。为此，电厂决定对锅炉尾部受热面进行改造，以较大幅度降低排烟温度。5.2 设计方案介绍低压省煤器的热力系统如图2所示。低压省煤器与主回水成并联布置，其进口水取自低压加热器系统，设计特定的进水方式与电调阀配合，可实现低压省煤器进水量的切换与调整。进入低压省煤器的凝结水吸收排烟热量后，在除氧器入口与主凝结水汇合。图2 低压省煤器热力系统1- 低压省煤器本体；2-省煤器进口集箱；3-手动进口阀门；4-手动出口阀门；5-省煤器出口集箱； 低压省煤器在设计分水流量下可降低排烟温度18，通过调节低压省煤器的进水温度（根据煤的含硫量），还可对排烟温度的降低幅度做一定的调整。管箱组装后外形总尺为480035001900mm，低压省煤器主要结构和设计参数详见表1。表1 低压省煤器主要结构和设计参数项目数值发电负荷（夏季不抽汽）125 MW锅炉蒸发量416 t/h进口烟气温度155出口烟气温度 137给水入囗温度89烟侧流阻250 pa5.3 效益分析5.3.1 环境效益由于本项目的投入，即使在最大负荷、最高排烟温度下，进入静电除尘器的烟气温度也将降低至137以下，提高了电除尘器的效率，具有良好的环境效益。5.3.2 经济效益采用等效热降法进行热经济性分析。将低压省煤器回收的排烟余热作为纯热量输入系统，而锅炉的有效热量不变。本工程项目的投运，可降低机组的标准煤耗15 g/kwh，年节标煤量1009吨。