大型火力发电厂节能优化系统研究
发表时间：2018-08-13T13:18:13.327Z 来源：《防护工程》2018年第7期作者：张霞[导读] 在煤炭和水资源日益宝贵的今天，如何实现资源的最高效利用是国家和企业面临的重要难题。采用低温烟气换热器可提高机组热效率
山东电力工程咨询院有限公司山东济南 250000 摘要：在煤炭和水资源日益宝贵的今天，如何实现资源的最高效利用是国家和企业面临的重要难题。采用低温烟气换热器可提高机组热效率，节约煤耗，并且节水效果显著，符合国家“节能减排”的政策，也是非常有必要的。 1节能优化的意义及必要性
1.1节能优化意义
随着我国经济的发展以及环保要求的提高，越来越多的大型火力发电厂投入使用，给社会带来很大的效益。但由于资源的日趋紧张以及用户的燃料费用大幅提高，提高发电机组的效益日趋迫切，而且国家又新出台节能政策和标准对节能提出了新的要求，节能降耗日益成为主要研究课题。为了达到节约资源的目的，首先从设计上应做到按最佳经济性原则拟定热力系统和选择设备，做到工艺系统流程合理，设备技术先进，节能效果明显，施工安装方便，运行安全经济，从而实现节能目标。
1.2工艺必要性
排烟热损失是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%。所以，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。
火电机组一般采用石灰石湿法脱硫系统，由引风机出口来的烟气要经喷淋、脱硫等工艺从吸收塔入口的120℃左右最终降低到50℃左右从脱硫系统排出，这一工艺系统浪费了大量的水和能源。而我国现役火电机组中锅炉排烟温度普遍维持在130℃～150℃左右水平，燃用褐煤的发电机组排烟温度高达170℃～180℃，因此，深度降低机组排烟温度，回收烟气余热具有重大的节能减排潜力。 2节能优化工艺流程
烟气深冷增效减排技术就是将锅炉的排烟温度由130℃～150℃左右降低到适于脱硫的最佳温度，“烟气深度冷却装置”（即低温烟气换热器）利用这部分余热来加热凝结水，加热后的凝结水返回低压加热器，减少汽轮机抽汽，增加汽轮机做功功率，提高机组效率，降低煤耗；可降低烟温，减小飞灰比电阻，提高除尘效率，减少污染物排放，具有显著的经济效益和社会效益。
低温烟气换热器安装位置有三种方式:方式一：在除尘器的进口段和脱硫塔的出口段分别设置两组换热器。换热器内的水在两组换热器间流动，与烟道的烟气进行热量交换。使用这种布置方式可以主要是提高除尘器的效率，消除烟囱出口石膏雨。但烟气余热没有利用，达不到节能的目的。
方式二：将烟气换热器布置在除尘器烟气进口段，采用汽机冷凝水与热烟气通过换热器进行热交换，使得汽机冷凝水得到额外的热量，以减小汽机冷凝水回路系统中低压加热器（简称“低加”）的抽汽量，并使得进入电除尘器的烟气温度降低。采用此种布置换热器可以布置在烟道的垂直段和水平段，布置在垂直段时，积灰落于烟道底部，积灰少，处理也比较方便：布置在水平段时，由于烟气流速低，积灰严重，积灰的处理方式相对复杂。在空间合适时建议使用烟道垂直段布置方式。
方式三：将烟气换热器布置在引风机的出口段，对于除尘器的提效没有作用，只能起到节能的作用。其优点是由于电除尘器后面的烟气含尘浓度非常小，且换热器后的烟气直接进入脱硫塔，不用考虑由于出口烟气温度降低产生的腐蚀问题。 3低低温技术方案
3.1技术方案
以某电厂350MW机组烟气换热器布置在引风机出口段为例，其技术方案为：烟气换热器设置在引风机后，脱硫系统前，烟气换热器与低加并联运行。进入换热器的凝结水抽出点设置在低加前，回水设置在低加出口，与低加的凝结水流程为并列形式。
在系统设计中，设计为两侧进水，共计12个独立控制管箱，每管箱进出口有单独控制阀门。凝结水侧进水取自#7低加入口，回水回到#7低加出口；在低省进水母管设计有管道升压泵，低省出口母管与管道泵入口设计有再循环管道，再循环管道设计有再循环调节阀，回水母管设计有回水母管调节阀。
这样的系统设计，确保了烟气热量的充分回收以及设备的安全运行，同时也降低了换热器的冲刷和磨损，降低设备材料费用，延长了设备的使用寿命。
3.2参数选择
烟气冷却器热力参数选取的原则是：在满足安全性要求的前提下，兼顾经济性。所以首先要保证烟气冷却器的受热面能够安全的工作，不会因为腐蚀、磨损等问题而停运，这就需要对酸露点、烟气的低温腐蚀特性及管壁温度与管内外介质的关系等问题进行深入研究；在满足安全性的基础上，要尽量提高烟气冷却器运行的经济性，尽可能多且高效的回收烟气余热，同时尽量减少自身能耗，提高电厂的经济效益。以某电厂350MW机组为例：烟气降温情况：
1)经换热器换热后，烟气温度从119℃降到89℃；
2)降温幅度：119℃-89℃=30℃。
凝结水温升情况：
1)凝结水经过混水后水温达到68℃，再进入换热器进行吸热，升至97℃；
2)升温幅度：97℃-68℃=29℃
3）进入换热器的总水量：432吨/小时。取水自7号低加入口，回水至7号低加出口。进入换热器的凝结水由再循环水混合调温至约68℃。
3.3材质选择及设备形式
烟气换热器主要由“气一水”换热器构成，烟气经过烟气换热器后，温度从119℃降至89℃左右，运行时烟气结露腐蚀问题也须考虑。目前国内己有成熟的应对方案和制造业绩，换热管的可用材料主要有：搪瓷钢管、316L、ND钢、304L等。通过合理分段搭配采用不同材质的换热管，可以获得安全可靠防腐蚀的"气—水"换热器，同时可以控制合理造价。
方案设计中根据所燃用的煤质特性，在达到所降低的烟温下，受热面管将在接近烟气露点温度运行，在选材中考虑抗酸腐蚀性能好的材料。
烟气换热器采用H型鳍片换热器，一方面通过鳍片扩展受热面，减少光管的相对用量，降低成本；另一方面，采用H型鳍片换热器，发挥H型鳍片管的相对抗磨损优势，增加换热器的使用寿命；再有，选材上使用抗酸腐蚀性能好的ND钢（09CrCuSb）。根据设计条件进行计算，管子规格为Φ38，酸洗鳍片钢板厚度取δ4。鳍片管的材料也选用防低温酸腐蚀的ND钢。
3.4经济效益分析
本案例只需7年便可收回成本。
4 结论
在煤炭和水资源日益宝贵的今天，如何实现资源的最高效利用是国家和企业面临的重要难题。低温烟气换热器烟气余热回收装置同时节约了宝贵的煤炭和水资源，并且本工艺其工程实施的可行性好，节能、节水效果显著，具有巨大的环境效益、资源效益和企业效益。参考文献
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