1000MW级机组加装锅炉烟气换热器的可行性探讨

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1、1000MW级机组加装锅炉烟气换热器的可行性探讨马天星陆跃黄建(南通天生港发电有限公司 江苏 南通226003)Discussion of the feasibility of installing the gas-heat exchanger in 1000MW-level unitMa Tianxing Lu Yue Huang Jian(Tianshenggang Power Generation Co.Ltd. Nantong 226003 China)Abstract: This paper discussed the feasibility to install gas-heat

2、exchanger in 1000MW units. The installation of gas-heat exchanger, flue gas heat can be recycled into the condensate heat recovery systems, thereby reducing the power supply coal consumption, saving water of the desulfurization Island. The project has considerable energy-saving benefits and social b

3、enefits.Keywords: Energy-saving, gas-heat exchanger, 1000MW unit摘要：本文对燃煤发电1000MW机组加装烟气换热器进 行了探讨。在锅炉出口烟道装设烟气换热器，可以将烟一、概述燃煤锅炉的排烟损失大量热量。传统锅炉的 设计思路中，综合考虑烟气的低温腐蚀，钢材价 格，煤炭价格后，大型电站燃煤锅炉的空气预热 器排烟温度一般在120130C，对于水份、硫 份多的燃料还要选取更高一些的排烟温度。这在 过去煤炭价格较低，不强制烟气脱硫的条件下是 合理的。气热量回收进入凝结水回热系统，从而降低供电煤耗, 节省脱硫岛用水，具有可观的节能效益和社会效

4、益。关键词：节能，烟气换热器，1000MW机组目前火电厂烟气脱硫已成为环保强制要求，其中 以湿式石灰石一石膏烟气脱硫工艺最为常用。湿 式石灰石一石膏脱硫烟气进入脱硫塔的温度约 80C，锅炉空气预热器出口的烟气通常经过喷淋 减温或GGH后进入脱硫塔。回转式GGH由于存在 漏烟，影响脱硫效率等缺陷，目前部分1000MW 级机组已经取消回转式GGH装置。现行设计的燃煤发电1000MW级机组，通常 脱硫岛已不设置GGH,电除尘器出口烟气温度约 125C,如果采用喷水使烟气减温至80C进入脱 硫塔，在机组THA工况喷水量约74t/h，不仅耗 水量较大，烟气量增加约3%,而且还损失烟气 减温的热量。本文旨

5、在探讨锅炉尾部加装烟气换 热器,使烟气进脱硫塔之前与部分凝结水进行换 热，从而降低脱硫烟气温度并利用余热提高机组 效率的可行性与经济性。二、烟气换热器布置在锅炉烟气系统中装设烟气换热器，可考虑 两种布置方案。第一种方案是将烟气换热器布置 在空气预热器出口之后，除尘器入口之前；第二 种方案是将烟气换热器布置在两台引风机出口 烟道汇合之后，脱硫塔入口之前。两种布置方案 简图如下所示：方案一布置图方案二布置图对于第一种方案，烟气在空气预热器出口之 后就被减温至80C，烟气的体积流量也相应减 少约11.3%，这可以减少除尘器的除尘面积、占 地面积及设备用材。由于温度的降低，电除尘器 的除尘效率随之增高

6、，此类低温电除尘器国外已 有成功的应用。但是烟气温度的降低增加了电除 尘器防腐蚀的难度，同时增加了除尘器内堵灰的 可能性。考虑到国内电除尘器的低温防腐技术尚 未成熟，尚无低温电除尘器投运的实例，而除尘 器又是烟气处理中不可缺少的环节，一旦除尘器 因堵灰或腐蚀严重需要检修就可能影响整个机 组的运行。而且烟气换热器内的烟气含有大量飞 灰，低温侧将会面临较严重的的磨损和堵灰问 题。第二种方案把烟气换热器放置在引风机出 口之后，脱硫塔入口之前，此处烟气中的绝大部 分飞灰已被除尘器除去，对烟气换热器来说基本 不存在磨损和堵灰的问题，因此可以使用翅片管 式或板式换热器以提高传热系数,而且可以免去 蒸汽吹扫

7、装置。置于引风机之后可避免由于换热 器一旦腐蚀泄漏以后，凝结水漏入引风机的问 题，引风机叶片也不需要考虑低温防腐。综上所述，考虑到烟气换热器防磨防积灰, 保证引风机、电除尘器及脱硫岛设备的运行可靠 性以及后期的设备维修成本，应优先采用第二种三、烟气换热器的低温腐蚀和材料选择回收烟气热量，首先应考虑的就是烟气换热 器的低温腐蚀问题。烟气换热器的腐蚀一般有两 种情况，一种是由于烟气结露造成的低温腐蚀, 另一种是高温环境下的氧化腐蚀。对于烟气换热 器来说，第一种腐蚀是最主要的，其中对于烟气 酸露点的确定是判断烟气换热器低温腐蚀的重 要依据。烟气露点温度与so3的浓度密切相关， SO3的生成直接影响着

8、烟气露点的温度。对于烟(1)(2)(3)名称及符号单位设计煤种兀素收到基碳Car%61.10收到基氢Har%4.00，素 分 析收到基氧Oar%11.00收到基氮Nar%0.90收到基全硫Sar%0.50气露点的计算，前人总结了很多的方法，比较常 用的有下列三个公式，分别是前苏联73标准、 98标准推荐公式以及我国冯俊凯院士的计算公 式。125(S )兔t = t +arDpDp.o105珂a”200(S )4t t +4DP Dp.o 1.251Aar0 (0.42S )-r3t t +bDpDp.o1 050.42a Afh ar其中：t 烟气中纯水露点温度；DP.oS 收到基折算硫份；a

9、ra表征与飞灰含量对酸露点影响的 fh程度的系数；A 收到基折算灰份；arB与炉膛出口过剩空气系数有关参 数；假设燃用设计煤种为神华混煤，其煤质情况 见下表，按空气预热器出口烟气的水蒸气和煤质 资料计算，烟气的酸露点经三种公式计算结果分 别为92.4C、88.4C和82.1 C。为保证烟气换 热器长期运行的安全可靠性，烟气侧出口温度不 低于烟气酸露点三种计算公式中露点温度最高 值，因此烟气换热器烟气侧出口温度可定为95 C。名称及符号单位设计煤种工业 分 析全水分 Mt%14.50空气干燥基水分Mad%收到基灰分Aar%8.00收到基挥发分 Var%27.00收到基碳Far%61.10由于换热

10、器布置在烟气的低温区，需选用抗 腐蚀能力较强的钢材才能保证其长期的可靠运 行，故该烟气换热器应选用奥氏体不锈钢 TP316L或ND钢作为管子材料。四、烟气换热器的选型和设计烟气换热器的介质是烟气和凝结水，工作特 性类似于锅炉内的省煤器。可供选择的型式有管 式换热器和板式换热器两种。管式换热器的优点是结构简单，易于检修, 容易清理堵灰，制造技术成熟，可靠性高。管式 换热器有光管和高频焊翅片管两种。翅片管的优 势是换热效率较高，可减少换热器材料用量。光 管的优势是制造工艺简单，抗磨损、防堵灰性能 较好。有关研究表明，在相同的换热条件下，翅 片管的管壁温度较高，抗低温腐蚀能力强。引风 机后的烟气含尘

11、量已很低,选用翅片管基本没有 磨损和堵灰的问题。因此如采用管式换热器，宜 选用翅片管型式以提高运行可靠性。管式换热器 的缺点是占地面积大，检修维护不方便。板式烟气一水换热器是近年来新开发的换 热器。板式换热器的优点是在相同的换热面积 下，换热效率较高，体积紧凑，节省占地面积, 节省材料用量。维护方面可在线清洗或检修人员 从检修口进入用高压水枪清洗。板片可抽出检修35.9C1936.6t/h疏水加热器出口六级8#低加加6#低加去轴封加热器去疏水泵去轴封加热器126.1C255.6t/h63.8C91.6t/h抽气来186.6C 0.2401MPa 136.5t/h87.3C84.2t/h84.5

12、C7#低七级抽气来87.3C0.0632MPa84.2t/h八级抽气来63.9C0.0238MPa91.6t/h引风机出口来125C117 2Kg/加压泵95C七级506.8t/h 7#低加 506.8t/h6#低加去疏水泵126.1C1255.6t/h气来36.6C 2401MPa5t/h抽气来87.3C 0.0632MPa 22.5t/h八级抽气来63.9C 0.0238MPa 91.6t/h63.8/C91.6t/h去轴封加热器去轴封加热器或更换。板式换热器的使用寿命优于管式换热 器，检修周期长。两种换热器均可满足设计需要。但板式换热 器目前国内还无生产及投运经验,整套设备需进 口，价格

13、较高，故本文按采用管式换热器进行探 讨。五、凝结水系统设置及换热器的热平衡计算以下按机组燃用上文提到的神华混煤的热 耗率验收工况（THA工况）计算。装设烟气换热器之前的各级低压加热器部 分热平衡见下图根据燃料热平衡计算书和汽机热平衡图，换 热器将电除尘器出口烟气温度125C降至95C 进入脱硫塔。为了尽量减少对汽机热平衡的影 响，烟气换热器水侧进出口温度选择与低加凝结 水进出口的温度相同为宜。为了尽量减小换热面积，获得更大的传热温 差,保证换热的高效进行，可采取逆流换热模式。 6#低加出口凝结水温度为123.3C，与烟气进 口温度125C相差较小，若要换热器出口水温达 到6#低加出口凝结水温度

14、，换热面积需大大增 加，热经济性也差。因此换热器出口水温暂定为 7#低加出口凝结水温度，出水接入7#低加出 口凝结水主管。换热器水侧进口温度需考虑低温腐蚀对其 的影响，同时根据研究表明，为保证设备的安全 使用，金属壁温在60C以上可有效减缓低温腐 蚀现象。因此进口水温按不低于60C考虑，换 热器进水从8#低加出口凝结水接出。综上所述，本工程装设烟气换热器后，从8 #低加出口分流部分凝结水至换热器，凝结水在 换热器内从61C加热至84.5C后，通过加压泵 加压返回6#低压加热器入口。凝结水在烟气换 热器内吸收的热量抵消了在7#低压加热器内的 吸热，7级抽汽量相应减少，减少的抽气量使低 压缸做功增

15、加，从而提高了热量利用效率。受影 响的7级抽汽流量也由热平衡计算重新确定。装 设了烟气换热器之后的热平衡见下图。35.9C 1936.6t/h61C疏水加热器出口8#低87.3 V22.5t/h根据热量平衡计算出各段低压抽汽量流量。可以 计算出7级抽汽减少的部分在低压缸中做功5254.8kW,这个功率数值是在汽机进汽量 及锅炉蒸发量不变得情况下获得的。考虑到装设换热器后，烟气阻力约增加900Pa，引风机能耗将增加；低压缸排汽增加61.7t/h,增加的低压缸排汽将增加凝汽器循环 水的能耗；换热器凝结水加压泵也需要消耗能 量。因此，考虑风机功率增加、排汽能耗增加和 加压泵能耗增加的影响后，供电标煤

16、耗可节省0.9 g/kW.h。烟气换热器烟气放热流量为48654.6 kj/s、即48654.6 kW,选取合适的烟气传热系 数计算(取32 W/( m2*C),烟气换热器换热面 积为40872m2,取41000m2。如选用p48X3钢管， 需要约265000m管材，按照2.8kg/m计算，合计 需要材料7421。六、烟气换热器经济性分析设置烟气换热器后，脱硫岛可减少喷水量 50t/h，全年节约用水50X5000=2500001。考虑 脱硫岛喷淋水制备、喷淋设备投用等综合成本， 水价按1元/1计，每台机组每年可节省水费25 万元。按标煤价格为750元/吨计，每年发电利用 小时为5000小时，单

17、台机组每年的节煤效益约 为354.4万元。设置烟气换热器所增加的静态投资费用包 括以下方面：1、如选用进口 ND钢，单价约为15000元/ 吨，每台机组换热器本体造价在1224万元左右； 如选用国产ND钢，单价约为10000元/吨，每台 机组换热器本体造价在816万元左右；如选用 TP316L钢，单价约为30000元/吨，每台机组换 热器本体造价在2448万元左右。2、烟气换热器增加的进出口烟道长度以及 支撑换热器和烟道所增加的土建基础费用总共 约50万；3、引风机按0.05万/kW的造价估算，需要4、增加300m左右的凝结水管道和相关阀 门，同时需要对其进行放水保温处理，增加费用 约75万元

18、；5、增设凝结水加压水泵及其基础费用约20 万元；6、烟气换热器冷段腐蚀，约每8年需要更 换冷段受热面，每次更换需要费用约400万元， 每年的运行维护费用按设备投资的1.5%计算， 折合至每年约需65万元运行维护费用。七、结论1、设置烟气换热器的方案有效的降低了烟气 进入脱硫塔的温度，并且回收了烟气的余热，大 量节约了脱硫岛用水量，具有可观的节能效益和 社会效益。2、充分考虑尾部烟气腐蚀，磨损，堵灰的问 题，为了使烟气换热器可以安全稳定的运行，应 将烟气换热器布置在两台引风机出口烟道汇合 之后，脱硫塔入口之前。3、投入运行，按照标煤单价750元/吨，发 电利用小时为5000小时，每台机组每年每

19、年可 节省燃料费用354.4万元，并且节省脱硫岛用水 2500001,若选用进口 ND钢材，按初始投资1414 万元计算，5.6年可收回动态投资；若选用国产 ND钢材，按初始投资1006万元计算，3.75年可 收回动态投资；若选用TP316L钢材，需要11.6 年收回动态投资。综合考虑钢材性价比，可采用 国产或进口 ND钢材料。增加45万元引风机造价;参 考 文 献1赵良胜，煤粉锅炉低温省煤器泄漏的原因分析及对策J，青岛 理工大学学报，2007年03期；2钟升永，220t/h锅炉低温省煤器节能改造J,华东电力，1987 年10期；3黄梅显，220t/h锅炉低温省煤器改造J，山东电力技术，1994 年02期。收稿日期：2010年7月20日作者简介：马天星（1981）,男，江苏南通人，工程师，从事火力发电厂机组建设工作；陆跃（1958）,男，江苏南通人，工程师，从事火力发电厂锅 炉设备管理工作；黄建（1971）,男，江苏南通人，工程师，从事火力发电厂汽轮机运行管理工作。