超超临界低温省煤器配置方案的选择

超超临界低温省煤器配置方案的选择

1烟气余热利用列热损失是列热损失中最大的一个，占列热损失的60%70%。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度,降低排烟温度对于节约燃料、降低污染具有重要的实际意义。烟气余热利用是通过烟气余热利用换热器回收锅炉排烟热量来加热凝结水或进入空气预热器的锅炉送风,回收利用部分热量,减少排烟热损失。在燃煤量不变的情况下,提高机组出力,增加发电量,提高效益。根据已有的工程经验并结合本工程的特点,本工程选择低温省煤器进行烟气的余热回收利用。2抗低温腐蚀措施由于低温省煤器的进水和出水温度都比较低,因此可确定低温省煤器是出于酸腐蚀的条件下长期工作,为了提高低温省煤器的使用寿命,选用耐腐蚀材料是抗低温腐蚀的常用方法。常用的抗腐蚀材料分为金属材料和非金属材料。2.1制备掳加工的评论员玻璃管虽防腐性能好但易碎,不是理想材料。搪瓷管是较理想的抗腐蚀材料,但搪瓷管难加工,只能做成光管的型式,难以翅片化。氟塑料材质可有效解决烟气腐蚀问题,对烟气组分、壁温、酸露点无特殊要求,可以超低温运行,使用寿命长达15a。但材料依赖进口,价格昂贵,且换热效率低、面积较大,布置要求高。2.2腐蚀效果优良目前国内的低温省煤器设计,多选用ND钢。ND钢,耐酸腐蚀效果优良,可减缓腐蚀速度,延长设备使用寿命,与其它耐腐蚀钢相比具有一定优势。ND钢与其它钢种的腐蚀速率对比见表1。省煤器低温侧选用ND钢,高温侧选用碳钢。3低温省煤装置的配置方案3.1除尘器设备的优化低温省煤器的布置方式根据其在烟气系统中的位置可分为除尘器前布置,吸风机前布置,吸风机后布置和除尘器前后二级布置等方式。根据本工程特点,吸风机前布置困难,故不考虑该布置方案。(1)方案一:除尘器前布置方式除尘器入口的烟气经低温省煤器后温度降低,烟气的体积流量也相应减少,可以减少除尘器的除尘面积,减少除尘器的占地面积和用材。根据相关研究,飞灰的比电阻随温度的降低而降低,除尘器的除尘效率随之增高。但是烟气温度的降低增加了电除尘器的低温防腐的难度,同时增加了除尘器内堵灰的可能性。(2)方案二:吸风机后布置方式烟气经过除尘器后,烟气中的碱性颗粒几乎被除尘器捕捉。低温省煤器处于低尘区工作,对换热器来说基本不存在磨损和堵灰的问题,因此换热器内可以使用翅片管式或板式以提高传热系数。(3)方案三:除尘器前后二级布置方式分别在除尘器前和吸风机后分别布置低温省煤器。兼有前两种布置方式的优势,缺点是布置困难,系统复杂,造价高。3.2系统配置除尘器前布置和吸风机后布置,均为一级布置,系统流程相似。一级布置系统流程如图1所示。除尘器前后二级布置方式,系统流程图如图2所示。3.3为加热介质的温度选择3.3.1烟气低温腐蚀烟气温降的选择主要考虑烟气的酸露点腐蚀,而影响露点腐蚀的因素很多,按照影响程度,可以认为,影响露点腐蚀速率最大的几个因素是燃料、转化率、酸沉积率、温度、材料。关于露点低温腐蚀,国外研究比较早,通过学习和了解国外在露点腐蚀研究领域的已有成果和最新进展,我们至少可以得出以下几个结论:(1)试验表明:金属的腐蚀与换热面的金属壁面温度有关。(2)露点低温腐蚀速率受控于腐蚀性元素的氧化转化率。(3)腐蚀速率受控于酸冷凝沉积率,而不是酸和金属的反应速率。在锅炉受热面中,沿烟气流程壁温逐渐降低,当受热面壁温降到酸露点,硫酸开始凝结,引起腐蚀。开始时由于酸浓度很高,处于85%~95%,凝结酸量不多,因此腐蚀速度较低。随壁温降低,凝结酸量增加,因而腐蚀速度增加,腐蚀速度达到最大值点之后,随壁温进一步降低,酸浓度变低,达到60%~70%;腐蚀速度亦下降,在此浓度下达到腐蚀最轻点。之后,当金属壁温再继续下降,由于酸液浓度接近20%~40%,同时凝结量更多,因此腐蚀速度又上升。在低温腐蚀的情况下,金属有两个严重腐蚀区,两个安全区。由于本工程烟气酸露点的计算温度在94.5℃左右。一般来说,只要保证低温受热面金属壁温高出烟气酸露点温度10℃左右,就能避免产生低温腐蚀,烟气冷却器换热面也能避免出现粘性积灰,这需要被冷却后的烟气温度高于酸露点,如此很难做到对烟气的余热进行经济有效的利用。随着近几年耐硫酸露点腐蚀钢的国产化研究及成功应用,在烟气冷却器的设计中采用“有限腐蚀”的思路,允许被冷却后的烟气温度及烟气冷却器的冷端换热管壁面温度处在酸露点以下,通过传热管壁温的控制来保证换热面的腐蚀处于腐蚀速率低的区域。例如,根据苏联1973年版锅炉机组热力计算标准,低温省煤器金属壁温置于小于105℃,但高出烟气中水蒸汽露点温度25℃区间,则金属的腐蚀速度≤0.2mm/a。考虑低低温除尘技术尚不成熟,国内无运行业绩,吸风机低温防腐目前仍未解决,除尘器前低温省煤器出口温度选择酸露点以上。综上所述,各方案烟气参数见表2。3.3.2热设计将加重材质的腐蚀低温省煤器进口水温的确定应综合考虑传热经济性及腐蚀对设备寿命的影响,如选取较低的进口水温,虽然能增大传热温差,提高换热效率,但将加剧管壁的腐蚀。如选取较高的进口水温,则将因换热温差小而降低换热效率。在低温省煤器中,烟气侧的换热系数远远小于水侧的换热系数,因此在传递给定热量时水侧与管壁间仅需要较小的温差;而在传递相等热量的条件下,烟气侧与管壁则需要较大温差,所以传热金属壁温十分接近水侧温度。因此,低温省煤器进口凝结水温不能太低,一般高于水露点以上20℃。结合烟气温降,汽机热平衡图,各方案水介质温度见表3。4通过添加低温省煤装置来分析其经济在燃煤量不变的情况下,回收烟气余热加热凝结水,减少机组抽汽量,机组出力增加,效率提高,发电量增加,效益提高。4.1降低烟气温度脱硫岛吸收塔达到最佳脱硫效率需有适合的温度,该反应温度区间为45~50℃。由于本工程引风机出口烟气温度达到135.6℃,为使烟气温度接近最佳反应温度,一般通过喷水降低烟气温度。一次吸收塔入口烟温对耗水量影响较大,降低入口烟温,可以显著减少耗水量指标。设置烟气余热利用换热器后脱硫收益见表4。4.2标准开采煤炭回收烟气余热加热凝结水系统,机组煤耗降低,在发电量相同的情况下,节约标煤见下表5:5两种方案经济分析经过技术比较,三个配置方案技术上均可行。方案一系统流程简单,初投资低,可提高除尘效率,降低除尘器及吸风机造价,不能够最大化的利用烟气余热,换热器在除尘器前防磨损要求高;方案二系统流程简单,可最大化利用烟气余热,低温省煤器工作在低含尘区,磨损小,但初投资较大,不能提高除尘效率;方案三兼有前两种方案的优势,但增加了布置难度。