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發電廠節能減排之煙氣余熱利用

* 發表時間 : 2017/4/18 12:30:07 * 瀏覽 :

    眾所周知,火力發電廠主要有兩大熱損失,分別是汽輪機系統的冷端排汽冷凝熱損失以及鍋爐系統尾部排煙熱損失。影響火電廠鍋爐排煙熱損失的主要因素是排煙溫度,目前,我國燃煤電站鍋爐排煙溫度大多在120~140℃,鍋爐效率約90%~94%。在各種熱損失中,排煙熱損失占鍋爐熱損失的一半以上,如果能有效降低電站鍋爐的排煙溫度至70~90℃,鍋爐效率將提高2%~5%,供電煤耗將下降2~5g/kWh,二氧化碳的排放量也相應有大幅度的減少。因此,隨著近些年來能源價格的不斷攀升以及節能減排要求的日益嚴格,電站鍋爐尾部煙氣余熱的回收利用受到廣泛重視。


降低鍋爐排煙溫度可以有多種設計方案:一是通過燃燒優化調整來降低排煙溫度;二是增加鍋爐受熱面來降低排煙溫度;三是增加鍋爐空氣預熱器受熱面來降低排煙溫度;四是在鍋爐尾部煙道增加低溫省煤器,利用凝結水或其它介質吸收排煙余熱來降低排煙溫度。但經過多次的試驗研究以及現場論證,利用低溫省煤器回收煙氣的余熱是最直接、最簡便、也是最有效可行的余熱回收的方法。


低溫省煤器的運用可以有效地回收煙氣余熱,提高高溫煙氣的利用效率,減少排放損失。其用途主要有以下幾方面:


1、利用回收煙氣熱量通過暖風器加熱空氣


為了防止或減輕空氣預熱器低溫腐蝕和堵灰,需要加裝暖風器來提高空預器入口風溫。


此以氣水換熱暖風器替代常規的蒸汽暖風器,以循環水作為熱媒,把在煙氣側吸收熱的熱量釋放給一、二次冷風,將進入空氣預熱器前的冷風預加熱,從而實現煙氣熱量的回收利用,并且減少了常規蒸汽暖風器的輔助蒸汽用量。


2、利用低溫省煤器加熱回熱系統的凝結水


利用低溫省煤器加熱冷凝水的方式有兩種:一是讓煙氣和凝結水直接進行熱交換,這種方式優點是一級換熱,換熱效率高,缺點是若換熱管一旦泄漏,會直接污染凝結水,影響機組安全運行;二是設置水水換熱器,讓煙氣和凝結水間接進行熱交換,這種方式優點是二級換熱,換熱效率較一級換熱低,優點是系統安全,便于調節。


低溫省煤器在熱力系統中的連接方式直接影響到其經濟效果和分析計算的方法以及運行的安全、可靠性。就其本質而言,低溫省煤器聯入熱力系統就只有兩種連接系統:一是低溫省煤器串聯于熱力系統中,簡稱串聯系統,如圖1所示;二是低溫省煤器并聯于熱力系統中,簡稱并聯系統,如圖2所示。


低溫省煤器-低壓加熱器系統的設計要兼顧經濟性和安全性兩個方面。對于低溫省煤器的切入點選擇,也即低溫省煤器串聯或并聯在哪一級或哪幾級低壓加熱器上,可通過具體的經濟性分析來決定。


3、利用回收的熱量進行供暖或用于生產過程


利用低溫省煤器回收煙氣的余熱進行供暖或用于生產系統是最直接、也是最簡便可行的余熱回收的方法。通過設置低溫省煤器,利用循環介質(水或其他有機介質)進行熱量的遠距離傳輸,為用戶提供熱量或生產用蒸汽,實現了熱量的回收利用。低溫省煤器-供暖/生產系統同樣是獨立運行的循環系統,不需要改變其他設備、系統等就可以改造完成,達到鍋爐排煙余熱回收利用,降低排煙溫度,提高鍋爐效率的目的。即使低溫省煤器本身在使用過程中出現故障,僅僅停修故障設備即可,并不影響機組的正常運行。


利用煙氣余熱來加熱凝結水的方式有兩種:


一是設置低溫省煤器,讓煙氣和凝結水直接進行換熱,這種方式的的優點是一級換熱,換熱效率較高,缺點是一旦換熱管泄露,凝結水會泄漏到煙氣側影響機組運行,同時換熱器管側需受凝結水系統較高的壓力(約為4MPa),增加了換熱設備的制造成本;


二是設置低溫省煤器和水水換熱器,讓煙氣和凝結水間接進行熱交換,這種方式優點是系統安全,便于調節,由于低溫省煤器水側不需承受高的壓力,大大減少了加熱器本身的制造成本。其缺點是二級換熱系統復雜,增加相應的閉式水系統,同時換熱效率較一級換熱低,且此方式增加一臺水水換熱器以及相應的循環水泵、膨脹水箱等設備投資費用較高。


低溫省煤器視其位置不同,設置可分為以下三種情況:


1、低溫省煤器設置于空氣預熱器出口,除塵器入口前的煙道上。


在降低鍋爐排煙溫度的同時,減小了飛灰比電阻,提高了除塵效率,減少了污染物的排放。但是由于控制煙溫在酸露點之上,因此煙氣余熱不能夠充分利用,同時煙氣溫度的降低增加了除塵器防腐蝕的難度,增加了除塵器內堵灰的可能性。


2、低溫省煤器設置于引風機出口及脫硫塔入口前。


低溫煙氣冷卻到合適的溫度后直接進入脫硫塔,不存在對引風機等設備造成的低溫腐蝕的危害,可以最大程度地利用煙氣余熱。低溫省煤器設置于脫硫塔前,減少了煙氣蒸發水耗量,起到了一定的節水效果。同時,換熱管的磨損和堵灰的問題也比較輕。但由于進入低溫省煤器的煙氣沒有經過除塵,含塵濃度較高,低溫省煤器的工作環境較惡劣,磨損大,壽命短。另外,也會引起電除塵、引風機、煙道等的酸腐蝕,增加了設備的防腐成本。


3、低溫省煤器布置按串聯兩級布置


將低溫省煤器分為串聯的兩級,第一級布置在除塵器的入口,第二級布置在吸收塔的入口,這種布置方式既可以提高電除塵效率和布袋除塵器的使用壽命,又可以充分吸收利用煙氣熱能。但其系統較為復雜,工程造價也相應提高。


低溫省煤器的優缺點如下:


低溫省煤器主要的是要綜合利用煙氣熱量,盡可能地提高煙氣余熱回收的品質,提高利用價值,從而有效降低機組供電煤耗,主要優點有以下幾點。


1、吸收余熱,并將余熱用于加熱供暖熱網水、生活熱水、生水、凝結水等介質,提高鍋爐效率,并帶來一定的經濟效益;


2、降低排煙溫度,使煙氣在進入脫硫塔時達到最佳脫硫效率狀態,大大減少了脫硫塔中的冷卻水耗,節約了寶貴的水資源。


3、對于布置在除塵器前的低溫省煤器還可以通過降低排煙溫度而使煙氣中的粉塵比電阻降低、煙氣的體積流量減少,從而提高了電除塵的效率,降低了粉塵的排放。


4、如果排煙余熱加熱的是汽輪機熱力系統中的凝結水,那么在凝結水在低溫省煤器系統中吸收排煙熱量,降低排煙溫度,自身被加熱、升高溫度后再返回汽輪機低壓加熱器系統,代替部分低壓加熱器的作用。將節省部分汽輪機的回熱抽汽,在汽輪機進汽量不變的情況下,節省的抽汽繼續膨脹做功,因此,在發電量不變的情況下,可節約機組的能耗。


機組加裝低溫省煤器雖然提高了機組發電效率,降低發電能耗,但也存在一定的不利因素,一般認為有以下方面:


1、加裝低溫省煤器后,煙氣阻力有所上升,引風機電耗增加,在增加了一定的設備投資增加了廠用電量。


2、加裝煙氣回熱熱器將增加設備的檢修維護量及機組事故率。


3、通過低溫省煤器降低排煙溫度后,煙氣溫度接近露點溫度,存在發生低溫腐蝕的風險。


鍋爐煙氣余熱回收是時代發展的大趨勢,2010年底已列入國家節能推薦產品目錄。隨著材料科學的發展,克服低溫腐蝕的方案已經成熟,國內外也已經有了成功運行的經驗,低溫省煤器利用方案在技術上是可行有效可靠的。