关键词：低温省煤器；排烟温度；环境保护；节能减排
Abstract: This paper discusses the energy-saving principle of low-temperature economizer technology and the application of low-temperature economizer technology in our plant. After the installation of low-temperature economizer, the heat effectively transmitted to condensate water by only the flue gas desuperheater reaches 1119.031kj when it is 600MW, which is converted into standard coal of 6.36g/kwh, which reduces the heat loss of exhaust gas, improves the thermal efficiency of the unit, conforms to the national "energy saving and emission reduction" policy, and has good application value.
Key words：low temperature economizer; exhaust gas temperature; environmental protection; energy saving and emission reduction
引言
我厂#4锅炉由哈尔滨锅炉有限责任公司引进三井巴布科克能源公司技术生产的超临界变压运行直流锅炉。锅炉型号为HG1956/25.4-YM，额定负荷下锅炉排烟温度的设计值为125.6℃，实际运行140℃左右，高出设计值近20℃，夏季甚至高达160℃致使锅炉煤耗增加，经济性下降。我厂采用湿法脱硫，最佳烟气温度为不大于80-90℃，为了降低脱硫塔入口排烟温度，不得不喷入大量的水来冷却排烟温度提高脱硫效率，造成大量的工质损失，还加重了脱硫系统的负担，也浪费了烟气所蕴含的巨大热量。降低排烟温度的方法很多，我厂采用在SCR后面增加部分高压省煤器换热片、在电除尘器入口喇叭处加装低温省煤器。加装低温省煤器可以大幅度降低排烟温度，在中小机组中得到了广泛的应用，并取得良好的经济效益，我厂通过加装深冷低温省煤器，将锅炉的排烟温度冷却到脱硫塔进口温度(95℃左右)，对我厂的热经济性、环境保护指标和降低工质损失有明显效果。
一、低温省煤器技术的节能原理
低温省煤器是利用锅炉排烟余热，节约能源的有效措施之一，安装在锅炉尾部，结构与一般省煤器相仿，汽水侧联结于汽轮机回热系统的低压给水部分。通常从某个低压加热器引出部分或者全部的凝结水，送往锅炉尾部烟气降温器处。凝结水在低温省煤器内吸收热量，降低排烟温度，而自身被加热、升高温度后再返回低压加热器系统。这样的低温省煤器，其系统并联或者串联在加热器回路之中，代替部分低压加热器的作用，是汽轮机热系统的一个组成部分。低温省煤器的应用将排挤部分汽轮机的回热抽汽，在汽轮机进汽量不变的情况下，该排挤出的抽汽将继续汽轮机内膨胀做功。因此，在燃料消耗量不变的情况下，可以多获得电功，提高机组经济性。
低低温电除尘技术是通过低温省煤器降低电除尘器入口烟气温度至酸露点温度以下，一般在90℃左右，使烟气中的大部分SO3在低温省煤器中冷凝形成硫酸雾，黏附在粉尘上并被碱性物质中和，粉尘特性得到很大改善，大幅降低粉尘的比电阻（如图1）。飞灰比电阻在燃煤烟气温度为150℃左右时达到最大值，如果从150℃下降至100℃左右，比电阻降幅一般可达一个数量级以上，避免了反电晕现象，使击穿电压有更大的上升幅度，从而提高除尘效率。由于排烟温度降低，烟气容积量相应下降，电除尘电场风速降低，比集尘面积增加，有利于粉尘的捕集，增加了粉尘在电场的停留时间，从而提高除尘效率。经验公式可以看出，排烟温度每降低10℃，电场击穿电压将上升3%，从而提高电场强度，增加粉尘荷电量，提高除尘效率。同时引风机处理容积风量下降，实践表明还可节省一定的风机电耗。电除尘器入口含尘浓度很高，粉尘总表面积很大，为硫酸雾凝结附着提供了良好条件。烟尘浓度(mg/m3)与硫酸雾浓度(mg/m3)之比大于100时，烟气中SO3去除率最高可达到95%以上，为后面的脱硫装置减轻了负担，减少工艺耗水量，降低除硫成本，提高了经济效益。
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二、我厂低温省煤器及其连接方式
低温省煤器按联接方式大致可以分为几种，一种是串联系统，即低压省煤器串联在回热系统中，一种是并联系统，即低压省煤器与回热系统并联，一种是混联系统，即低压省煤器与回热系统组合即可以串联亦可随时改为串联，也可以同时串联并联，联接方式不同，对机组的运行安全、经济性、灵活性和可靠性的影响就不同。我厂机组650MW机组，共有四台低压加热器，从除氧器开始依次为5号、6号、7号、8号低压加热器。烟气降温器处烟温对尾部环保设备影响巨大，凝结水在此吸取热量后导致凝结水温度升高对后面的加热器抽汽影响也不小，串联将失去对烟温的控制、对后面的低加入口水温的控制显然是不可取的。选择并联或是混联，低温省煤器入口最佳取水点及加热后最佳并入凝水点的选择通过热力计算不难确定。
低温省煤器的热经济性取决于低温省煤器绕过部分低加且在其出口混合时，引起的做功增加量（被绕过的加热器由于流量减少而引起的抽汽量减少汽机多做的功和下级由于入口水温变化引起的抽汽量变化做功的变化）。当低温省煤器出口水温度高于绕过的加热器出口水温时，则对下一级加热器产生斥汽，减少的抽汽量在汽轮机的低压缸多做功；相反，若出口水温度低于绕过的加热器出口水温时，下一级加热器需要多抽汽，会产生做功损失，抵消了低压省煤器的热经济性。低温省煤器流量保持不变，低温省煤器引出水的温度越高，低温省煤器经济性就越好。在同一凝结水引入点，当低温省煤器跨过的加热器越多，跨过的低加抽汽压力越高的时（被排挤的蒸汽品质高，做功能力强），机组热经济性越好，并且随着排烟温度升高，经济效益越明显。
由于我们期望的烟气降温器的位置是确定的，烟气温度下降目标值也很明确就是95℃，也就是说其进、出口的烟气温度我们是知道的。烟气温降可以预见，降温器逆向布置，选取端差后，可通过流量系数及传热系数计算凝水温升确定低温省煤器出水并入点。由于低温省煤器的传热温差低，因此换热面积大，占地空间也较大，锅炉现场的布置位置基本是确定的，所以在计算时，需合理选择传热端差。合理选择流量系数，对于低压省煤器的流量不能过小，否则出口可能到达或者接近饱和温度，产生水冲击；此外，水侧对流传热系数就也太小，排烟温降减少，不能充分地利用烟气余热。因而不难确定将低温省煤器出水混合点设在6号低加入口比较合适，因为VWO工况下6号低加出水温度为119.6℃，7号低加出水温度为101.2℃，50%工况下6号低加出水温度为98.1℃，7号低加出水温度为82.3℃。我厂7、8号低加是一体的，中间不设隔离门，其实入口也就在8号低加入口和7号低加的出口选择。由于机组进行过供热改造，最大可供200t/h，深度调峰频率越来越高，工况变化很大，加上季节变化的影响，想要获得良好的经济效益又能保证其后设备健康高效运行，必须采用灵活的运行方式。
我厂的低温省煤器锅炉部分（烟气降温器）布置在在除尘器的进口喇叭处。采用汽机冷凝水与热烟气通过烟气降温器进行热交换，使得除尘器的运行温度下降到95℃左右。低温省煤器汽机部分混联于6、7、8号低压加热器之间。从8号低加进口、7号低加出口各引出部分凝结水，流过烟气降温器，吸收炉膛排烟余热，然后在6号低压加热器入口混合。混联系统由于只引入了部分凝结水，管路系统流动阻力与串联比较小。另外，凝结水回路设置5个调节阀（如图2所示），来适应各种复杂的运行工况，可以方便实现热量的梯级开发利用，提高能量的利用能级。缺点是在利用相同的排烟余热时，由于混联系统的凝结水流量低于串联系统，低温省煤器的传热温压较低。鉴于混联的低压省煤器系统具有运行安全可靠、调整灵活和管路阻力较小等方面的优点，而且也是现有机组经常使用的连接方式。
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图2 我厂低温省煤器连接示意图
低温省煤器前后总共有设有5只调节，#1、2调阀用于调节烟气降温器入口混合水温为85℃，#3、4、5调阀调节烟气降温器出口烟温为95℃。通过调整这5只调阀的开度，在冬、夏季不同工况下，最大可能地提高排烟余热利用的能级。
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表1 机组不同负荷下５只调阀开度及凝水流量
从表1可以看出在不同工况下5只调阀的开度欲量、凝结水流量分配情况，结合汽轮机设计的#6低加进、出口水温情况，完全适应正常运行的各种工况，吻合改造前计算结果。在后续的运行中也验证了机组可以安全稳定运行，经济效益可观。
三、结语
由于低低温电除尘器运行温度处于酸露点温度以下，烟尘性质发生了很大的改变，由此产生的问题也不容忽视。燃煤含硫量越高，相对来说烟气中的SO3浓度越高，其对应的酸露点就越高，发生腐蚀的风险就会增加。特别要注意当锅炉燃煤收到基硫的重量百分比高于1.0%，尤其当高于1.5%时对低低温电除尘器的影响。由于烟尘性质的改变，粉尘附着力降低，二次扬尘加剧。因此采用了高效的干式除尘器电场和湿式电除尘器电场的两级除尘方案。由于SO3黏附在粉尘上并被碱性物质吸收中和，收集下来的灰的流动性变差，因此灰斗卸灰角度需大于常规设计，不宜小于65°。因烟气温度较低，易引起绝缘子结露爬电甚至破损，因此绝缘子应有防止结露的措施，绝缘子室应采用良好的保温措施和电加热。人孔门周围因烟气温度较低且不可避免地存在一定量的漏风，切实注意使用防腐材料制作人孔门来防止酸腐蚀。
采用低温省煤器降低烟气温度，不但使脱硫效率大幅提高，具有很好的环保意义，还具有很好的节能效果，低温省煤器加热了凝结水使得加热器抽汽量减少，减少的抽汽继续在汽缸内做功，增加汽轮机的功率，但对汽轮机叶片应力、轴向推力等本体参数造成一定影响，但运行过恶劣工况后均在裕度范围内。从烟气降温器处回收的热量用于加热汽机凝结水，提高了整个机组的热效率，机组600MW时，运行中显示冬季低温省煤器入口温度74.929℃，出口95.568℃，流经水量1024t/h，凝结水回收热量冬季约为885.514kJ折合5.04 g/kWh，夏季低温省煤器入口温度74.611℃，出口100.08℃，流经水量1049t/h，夏季回收热量约为1119.031kJ折合6.36g/kWh，节能效果明显。由于烟温下降电除尘效率得到提高，在保效节能运行模式下可节省约30%的电除尘电场运行功耗。同时，在电除尘前端增加低温省煤器也增加了烟道阻力，但由于烟气温度下降，引风机处理容积风量下降，风机电耗并未上升，且略有下降，可见它是实现燃煤电厂节能减排的可靠技术之一。
参考文献：
[1]浙江菲达环保科技股份有限公司.电除尘器使用说明书
[2]福建龙净环保股份有限公司.湿式电除尘器说明书
[3]江苏方天电力技术有限公司.超低排放改造后性能试验报告
作者简介：纪成东(1974一)，男，江苏扬州人，大学本科，工程师，主要从事发电厂生产运行工作。
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论文作者:纪成东
论文发表刊物:《当代电力文化》2020年1期
论文发表时间:2020/5/6