文章來源:志恒環保 作者:志恒環保 發布時間:2021-05-25 16:54:47 瀏覽次數:0
摘 要:對燃煤火力發電機組而言,排煙熱損失是鍋爐熱效率的重要影響因素。文章對目前主要的煙氣余熱回收技術進行論述,包括:低溫省煤器技術、低低溫煙氣處理技術、前置式液相介質空預器與低溫省煤器組合技術、新型電站鍋爐余熱利用綜合優化技術,探討分析了各類煙氣余熱回收技術的技術原理及優缺點,為火力發電廠煙氣余熱回收技術的選擇提供參考依據。
前言
在火力發電機組中,鍋爐效率是機組經濟性運行的重要指標,而在各類鍋爐熱損失中,排煙熱損失占鍋爐總的熱損失一半以上[1]。研究結果表明:排煙溫度每上升30℃,鍋爐效率降低1%,機組標煤耗上升3g/(kW·h)[2]?,F役機組的排煙溫度設計值約為130℃左右,但由于燃煤條件及電廠運行水平等問題,排煙溫度實際值普遍在150℃左右。較高的排煙溫度會導致鍋爐效率降低,機組年平均煤耗上升,并造成煙塵污染物排放量增加,影響機組的經濟性運行和污染物排放指標。因此,如何有效地對排煙余熱進行回收利用,成為目前各火力發電機組亟待解決的問題。
目前,實現煙氣余熱回收利用的方式主要有:煙氣余熱加熱機組回熱系統的凝結水,加熱熱網水,加熱鍋爐的一次風、二次風。相應的煙氣余熱回收技術有:低溫省煤器技術,低低溫煙氣處理技術,前置式液相介質空預器與低溫省煤器組合技術,新型電站鍋爐余熱利用綜合優化技術[3-8]。本文將對以上四種技術的原理及優缺點進行對比介紹,為火力發電廠選擇煙氣余熱利用技術的選擇提供參考。
1.低溫省煤器技術
低溫省煤器技術是通過煙氣余熱來加熱低加回熱系統的凝結水,將鍋爐的排煙溫度降低至合適值。煙氣余熱通過回熱系統的凝結水回收熱量來排擠下一級低加的汽輪機抽汽,使抽汽回到汽輪機繼續做功,增大汽機的做功功率,從而降低機組發電標煤耗[3,9-11]。而對采暖供熱機組,在供熱時期可將回收的熱量用于加熱熱網水,節能效果更顯著。
低溫省煤器根據其布置位置的不同,可分為以下兩種情況:
a)低溫省煤器布置于空預器與除塵器之間。該布置方式在回收煙氣余熱的同時,減小飛灰比電阻,提高除塵器的效率,減少粉塵等污染物的排放。而且系統結構簡單,工程量較小,投資少;但為了確保低溫省煤器及下游設備不受到低溫酸腐蝕,要控制換熱器的運行溫度,使換熱器出口煙氣溫度高于酸露點,因此無法實現煙氣余熱的充分回收。
b)低溫省煤器布置于引風機與脫硫塔之間。該布置方式避免了除塵器、引風機等設備的低溫腐蝕問題,可將煙氣溫度降至較低水平,可以實現煙氣余熱大程度上的回收,并減少了脫硫系統減溫水的補水量,具有一定的節水效果。但由于煙氣溫度降至較低值,帶來了低溫省煤器及煙道的低溫酸腐蝕問題,而且存在著改造空間受限的問題。針對以上問題,陳俊祿[12]提出了一種電站鍋爐極低溫煙氣余熱再用裝置,該裝置換熱器材質為氟塑料材料,可有效避免換熱器的低溫腐蝕、積灰等問題,可有效實現煙氣余熱大程度的回收利用。
2.低低溫煙氣處理技術
低低溫煙氣處理技術,該系統由第①級熱回收器與第二級再加熱器組成。其中,第①級布置在空預器和電除塵器之間的煙道上,第二級則布置在脫硫塔與煙囪之間的煙道上[13-14]。通過熱媒水的閉式循環,第①級熱回收器將除塵器入口煙氣溫度從120~130℃降到90℃左右;第②級再加熱器則利用第①級熱回收器回收的熱量將脫硫塔出口的煙氣溫度升高至80℃左右。
低低溫煙氣處理技術具有以下特點:
(1)降低廠用電耗,降低設備運行費用。低低溫煙氣處理技術降低了煙氣溫度,煙氣體積流量減小,降低了風機等設備的電耗,設備運行費用降低。
(2)降低除塵器入口溫度至,降低粉塵比電阻,可有效提高電除塵器的除塵效率[15];升高脫硫塔后煙氣溫度,可有效改善脫硫塔后的煙道及煙囪的低溫腐蝕問題,并擺脫白煙囪等視覺污染問題。
(3)可有效利用回收的煙氣余熱,回收的熱量除用于加熱脫硫塔出口的煙氣外,還可用于加熱回熱系統的低加凝結水、采暖供熱系統的熱網水。
(4)由于排煙溫度降低,粉塵比電阻等參數發生變化,因此要重新對電除塵器進行優化設計。因此,該技術方案的工程量較大,初期投資也較高。
3.前置式液相介質空預器與低溫省煤器組合系統
前置式液相介質空預器與低溫省煤器組合系統如圖2所示[5,16]。該系統的中間熱媒介質通常為閉式循環水。系統以前置式空預器方式運行時,主凝結水管路的出、回水閥門關閉,通過空預器進風回收煙氣余熱;以低溫省煤器方式運行時,關閉前置式空預器受熱面水側進、出口閥門,通過凝結水回收尾部煙氣余熱,排擠下一級低加抽汽,進入汽輪機做功,提高做功量,提高全廠熱效率。
以前置式空預器方式運行時,取代了原有的蒸汽暖風器設備,防止了空預器出現腐蝕、積灰的問題,確保了空預器的安全穩定運行,并節省了蒸汽暖風器的抽汽,提高了全廠熱效率。
在不需要對空預器進風加熱時,系統以低溫省煤器方式運行,選取合適的低溫省煤器進水溫度,確保換熱器的較低壁溫高于酸露點溫度,確保系統運行的安全性。但該運行方式存在著換熱器泄漏影響機組安全穩定運行的問題。
常海青等人[17]對以上系統做出了改進,提出了一種電廠鍋爐煙氣余熱的深度回收利用及減排系統,其系統圖如圖3所示。該系統包含三級換熱器,第①、第②級換熱器布置在空預器和除塵器之間,第三級換熱器布置在增壓風機和脫硫塔之間;第①級換熱器回收的煙氣余熱用于加熱凝結水,第二、第三級換熱器回收的煙氣余熱作為暖風器的熱源,用于加熱進入空預器的空氣。該系統克服了傳統低溫省煤器無法深度回收煙氣余熱的缺陷,可以實現深度回收煙氣余熱和降低粉塵排放濃度的目的,并具有一定的節水作用。該技術目前已在國電福州電廠#2機組成功應用,節能效果顯著,西安熱工院提供的性能試驗結果表明,系統投運后,節約標煤耗4.9g/(kwZh)。
4.新型電站鍋爐余熱利用綜合優化系統
新型電站鍋爐余熱利用綜合優化系統如圖4所示[1,18-19]。該系統即為圖4中的虛線部分,煙氣-空氣換熱系統分高溫段和低溫段兩級布置,中間布置一級低溫省煤器。省煤器后的煙氣在經過高溫空預器后,進入低溫省煤器進行換熱,加熱機組回熱系統的低加凝結水;經過低溫省煤器換熱后的煙氣,在經過除塵設備后進入低溫空預器進行換熱。
兩級空預器為串聯布置方式,常溫的空氣依次經過低溫空預器和高溫空預器,加熱到機組所需的熱風溫度,完成空氣的預熱。在該優化系統中,考慮了煙氣-空氣換熱系統,對鍋爐尾部受熱面的煙氣、空氣、凝結水三者進行全局性優化,使鍋爐尾部煙氣余熱利用放大化,增大了機組余熱利用的節能效果。
該優化系統具有以下特點:
1)低溫省煤器布置在兩級空預器之間,與凝結水進行換熱的煙氣溫度較高,可使用溫度較高的凝結水對煙氣余熱進行回收,節省更高等級的汽機抽汽,汽機效率明顯提高,節約標煤量更高;而且由于煙氣側溫度較高,低溫省煤器運行溫度較高,不存在換熱器的低溫腐蝕問題。
2)該優化系統中,空氣與煙氣分兩級進行換熱,傳熱溫差降低,減少了空預器的傳熱?損失,提升了空預器的能量利用效率。
但該系統需要對空預器及低溫省煤器進行優化設計,對機組的改造量較大,需要的改造空間較大,投資較高。
5.結論
由于國內的燃煤條件復雜,煤質的穩定性較差,而且在役機組存在改造空間有限等問題。因此,對于需要進行尾部煙氣余熱回收的現役機組,可以采用低溫省煤器、低低溫煙氣處理技術或前置式空預器與低溫省煤器的組合系統對煙氣余熱進行回收,但要綜合考慮燃煤質量、電廠運行水平、改造空間、改造工程量、投資及收益等因素。
而對新建機組,則可采用低低溫煙氣處理技術、前置式空預器與低溫省煤器的組合系統或新型電站鍋爐余熱利用綜合優化系統。在機組的設計階段,綜合考慮燃煤條件、換熱器的運行參數、投資與收益等因素,在實現煙氣余熱回收的同時,提高機組的熱效率,減少粉塵、SOX等污染物的排放。
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