（华能新疆阜康热电有限责任公司 新疆阜康市 831500）
摘要：针对华能阜康热电厂440t／h锅炉受到煤种变化及尾部受热面积灰严重等问题，造成锅炉实际运行排烟温度远高于设计值，排烟温度过高造成排烟损失大，严重影响机组带负荷能力和脱硫运行的安全性。文章结合电厂实际运行情况，通过加装低温省煤器系统，有效降低了锅炉排烟温度，达到节能效果，具有较高推广价值。
关键词：低温省煤器；锅炉；排烟温度；节能
1 概述
华能新疆阜康热电有限责任公司1、2号锅炉采用由华西能源工业股份有限公司生产的DGJ－440/13.73－Ⅱ10型超高压、自然循环、中间一次再热，四角切圆燃烧，平衡通风，固态排渣，紧身封闭，全钢结构（主、副双钢架），全悬吊结构，管式空气预热器（一、二次风分置），“Π”型布置汽包锅炉。
锅炉设计蒸发量为440t/h，过热器出口蒸汽压力13.73MPa(g)，过热器出口蒸汽温度540℃，空气预热器进风温度20℃，排烟温度135℃。而实际运行中，由于环境温度较高，实际使用煤种与设计煤种偏差较大，造成排烟温度偏离设计值。夏季额定负荷时，因空预器积灰、入口送风温度较高等原因，造成排烟温度高于160℃，造成大量的热量损失。高温烟气不经热量回收利用而直接排出，造成大量热量损失，导致锅炉热效率降低，锅炉机组运行期间的发电煤耗明显增加。
高温尾气不仅增加燃煤电厂燃料成本，同时不符合节能减排政策，浪费燃料，增加污染物排放。而通过尾部烟道加装低温省煤器回收利用高温排烟余热，是提高机组的经济性的重要途径之一，可有效提高发电企业的市场竞争力 。
在锅炉尾部烟道中加装低温省煤器，利用烟气 加热回热系统中的凝结水，可提高锅炉综合效率，同时将排烟温度降低到95℃，实现烟气余热的深度回收，大幅度降低脱硫塔人 口烟温，减少脱硫系统水耗，从而提高机组整体热经济性。因此，实施排烟余热技术方案对于该锅炉具有很大的安全和经济意义。
2 锅炉低温省煤器改造的必要性
锅炉受到煤种变化及尾部受热面积灰严重等问题的影响，锅炉实际运行排烟温度远高于设计值。针对锅炉排烟温度高的问题，从尾部受热面积灰、煤质变化及受热面布置等方面进行分析。
经过实地检查，公司燃用煤种分为两种，其中准东煤主要来源为五彩湾和奇台地区煤，准东煤热值较高，燃烧性能优异，由于煤灰中钾钠等碱性金属含量高，具有严重的结渣与沾污积灰特性；地煤主要来源为五工梁和米泉地区，热值较准东煤低，灰分较准东煤高，但不易结焦。锅炉掺烧一定比例的准东煤，因准东煤具有严重的结渣与沾污积灰特性，一旦炉膛出口温度高势必造成水平烟道受热面玷污结渣。结渣后经过水平烟道布置的长吹灰器吹灰，吹下的颗粒小的被烟气带走，颗粒大的则落在水平烟道底部或管排之间造成积灰。排烟温度的升高，增加了锅炉的Q2热损失，使锅炉效率下降，发电能耗大为增加。同时导致烟气容积流量增大，电除尘器内的流速加快，使得烟气中细微粉尘的捕集效果变差，降低了除尘效率，可能造成烟气排放的不达标。烟气容积流量的增加，不但造成引风机的功耗加大，而且使烟气排放的阻力也增加，从而导致烟气排放能耗增加。排烟温度升高也引起后续脱硫工艺的耗水量增大，湿烟气排放量增加，加剧了产生“石膏雨“的可能性。
降低锅炉排烟温度，提高机组效率，一直是发电企业降低煤耗的重要途径。正确选择和实施锅炉烟气余热回收利用方案，从而降低排烟温度，对于企业的节能减排、增加行业竞争力有着迫切和重要意义。
3 低温省煤器布置方案
3.1低温省煤器的总体布置
低温烟气换热器布置在电除尘器的进口，由于低温省煤器的传热温差低，因此换热面积较大，占地空间也较大，所以在加装低温省煤器时，合理的考虑了锅炉现场烟道的布置位置。采用受热面优化设计方法来缩小低温省煤器的外型尺寸，缓解布置上的困难。低温省煤器布置在除尘器的进口，电除尘器下游的烟气体积流量降低了约5％，因此其烟道、引风机、增压风机等的功耗也可相应减少，降低了厂用电。具体布置,见图1、图2。
来自电厂低加系统的凝结水进入安装在电除尘器之前烟道中的换热器中，将进入吸收塔的烟气温度降低约40℃，凝结水温度提升大约35℃后返回电厂低压加热器系统。
3.2 低温换热器的运行可靠性分析
1）烟气露点及低温换热器冷端金属壁温的确定
锅炉烟气低温腐蚀的露点温度为94℃。低温换热器冷端金属壁温控制在98℃。理论上讲，烟气在温度高于酸露点时，不会发生烟气结露的问题。在工程执行中进一步研究确定烟气露点温度，并设置循环回热加热的方式灵活调整低温换热器入口水温。
2）换热器传热管金属壁温的运行控制
低温换热器的实际运行金属壁温取决于烟气温度、冷凝水温度、烟气侧传热系数、水侧传热系数、传热管型式等因素。
当机组负荷降低时，第2级低加冷凝水进口温度相应降低，由于控制低温腐蚀的要求，低温换热器的翅片传热管金属壁温不能降低，所以从低温换热器出口抽取凝结水采取热水再循环方式，在机组负荷较低时提高低温换热器的进水温度。
再循环回路的控制原理:当低温换热器的进水温度低时，开启再循环泵，调节热量回收装置的进水流量使其进水温度提高。从而保证机组各种负荷工况下，低温换热器传热管的最低金属壁温都能高于露点温度。
3）换热器传热管防堵灰措施
锅炉烟气中的灰不仅会污染传热管表面，影响传热效率，严重时还会堵塞烟气流动通道，增大烟气流动阻力，甚至影响安全运行，不得不停机清灰。将低温换热器全部布置于电除尘器前，由于烟气灰分较大，需有效防止换热器的堵灰和磨损。
在低温省煤器处布置声波吹灰器定时吹灰，保证吹灰器能吹到所有的管束，不留吹灰死角；保证传热管积灰程度在可以允许的范围内、使烟气流动阻力的增大幅度和传热能力的降低幅度都在允许范围内。
4）排挤低加抽汽对经济性的影响
有观点认为,把烟气余热输入回热系统中会排挤部分抽汽,导致热力循环效率降低；并且排挤的部分抽汽会增加凝汽器的排汽量使汽轮机真空有所降低。这两点是对于低温换热器能否节能的主要疑问之所在。
实际上,增设低温换热器后,大量烟气余热进入回热系统,这是在没有增加锅炉燃料量的前提下,获得的额外热量,必以一定的效率转变为电功。这个新增功量要远大于排挤抽汽和汽机真空微降所引起的功量损失,所以机组经济性无例外都是提高的。
5）低温烟气余热利用系统设备选型以及布置
低温换热器采用管-壳式烟气-水换热器，壳侧为烟气通道，管侧为凝结水通道。低温换热器传热管有光管和高频焊高效翅片管2种，采用高频焊翅片管可以强化传热，且能减轻低温腐蚀，但翅片管表面易积灰，当冷端金属壁温低于烟气露点温度产生湿灰时，积灰不易清理；采用传热光管，其传热效果不如高频翅片管，但传热管表面粘结湿灰后较容易清除，保证设备运行安全，故换热器传热管形式的选择应根据设备的具体运行条件选择。传热管的管材可选择316L,ND钢、考顿钢、碳钢等。本工程高效节能工艺系统采用逆流布置的低温换热器，本着节约耗材和强化传热的目的，采用高频焊翅片管、ND钢材质。
6）低温换热器型式选择
低温换热器布置在电除尘器入口，保证任何工况运行时，低温换热器的热端和冷端金属壁温均高于烟气露点温度，在运行中不会产生酸腐蚀及湿灰集堵。为保证换热器的运行可靠，因此低温换热器可采用高频翅片管的烟气-水换热器型式，材质选用ND钢。高频翅片管可采用焊接制造，其清灰方式采用脉冲激波吹灰，及时清除换热管表面集灰，同时设置合理的再循环流量保证进口凝结水温度。此低温换热器通过传热至凝结水，将烟气温度降低40℃后进入脱硫塔，以节省脱硫塔补水量。
4低温省煤器对机组影响分析
低温省煤器布置在除尘器入口，省煤器高温段和低温段串联连接，每个烟道布置1台低温省煤器，通过烟气控制系统调节进入低温省煤器的水量、水温。
1）低温省煤器提升锅炉效率。低温省煤器是工业锅炉、电站锅炉、余热锅炉尾部出来的烟气的余热回收设备。以锅炉为分析主体，尾部烟道按照低温省煤器能有效降低锅炉排烟温度，减少锅炉排烟损失。根据热力学原理，尾部烟气余热被回收，用于加热锅炉给水，提高锅炉给水温度，可提高锅炉效率，从而降低了机组发、供电煤耗 。
2）低温省煤器降低汽轮机热耗率。以汽轮机为分析主体，锅炉效率假设恒定，低温省煤器从烟道尾气吸收排烟热量计为锅炉的余热，作为纯热量加入汽轮机的抽汽回热系统， 对各级回热加热器的凝结水进行加热，将排挤的抽汽返至汽轮机做功，从而使机组获得等效焓降增加。 可见，水平烟道加装低温省煤器产生的效应为汽轮机热耗率降低，其收益为投运低温省煤器后汽轮机热耗率降低值。
3）低温省煤器降低凝汽器真空度。以凝汽器为分析主体，尾部水平烟道加装低温 省煤器后，汽轮机低压加热器抽汽受到排挤，会引起排气流量增加，凝汽器真空下降，汽轮机热耗、发电煤耗有所增加，同时发电功率有所降低。但是，凝汽器真空下降引起的负效应与排挤抽汽多做的功所带来的正效应相比小得多。所以，加装低温省煤器后的累积效应是有效降低汽轮机热耗与机组发电煤耗，节能效果明显。
通过低温省煤器改造后经济指标对比表可知，改造后年平均供电煤耗可下降3.25 g/kWh，年平均节约标煤量4003吨，每年可节约水量约17万吨，如按当地每吨标煤单价170元计算，则每年节约成本费用为：4003×170＝68.05万元。
6 结论
综上所述，采用低温省煤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。 针对135MW级机组采用低温省煤器，可使全厂发电效率提高，发电标准煤耗降低3.25 g/kWh，以170元/t的标煤价计算，如机组年等效利用小时为5500 h，每台机组全年的燃料成本可下降约68.05万元，投资回收年限7.8年。低温省煤器可以通过加热凝结水、供热回水等提高机组热效率， 进一步降低设备造价，达到 “节能减排”，提高经济效益的目的。
参考文献：
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[3]黄新元．火电厂低压省煤器系统的最优水量分配 [J].水动力学研究与进展，2003.№5
作者简介
张海军（1981.6—），男，大学热能与动力工程专业，工程硕士，工程师，从事火力发电厂生产技术管理工作
蒋如刚（1973.10-），男，重庆垫江人，大学热能动力专业，工程师，从事火力发电厂生产技术管理工作
论文作者:张海军,蒋如刚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/5
标签：省煤器论文; 低温论文; 烟气论文; 换热器论文; 锅炉论文; 温度论文; 机组论文; 《电力设备》2017年第26期论文;