王树明1 王瑞娇2
（1.华能长春热电厂 吉林长春 130216;2.国电吉林龙华长春热电一厂 吉林长春 130216）
摘要： 350MW褐煤机组运行中排烟温度偏高，锅炉排烟损失大，通过加装低温省煤器达到降耗目的，同时提高除尘效果。本文针对加装低温省煤器后磨损和腐蚀问题，在材料选择、水温控制及布置方式等方面提出相应的设计控制措施，同时重点对低温省煤器投运前后的经济性参数进行对比分析。
关键词：350MW；低温省煤器；防磨措施；防腐措施；经济性分析
1.引言
排烟热损失是电站锅炉各项热损失中最大的（5%～7%）一项，褐煤锅炉排烟温度设计偏高，排烟温度设计一般在140℃～150℃，而排烟温度每降低10℃，锅炉效率可提高约0.5%[1]，另外，由于排烟温度上升，对锅炉安全运行造成很大的隐患，比如除尘器效率下降，除尘器寿命缩短，烟气温度增加，烟气量增大引起的引风机电耗上升，所以对锅炉进行降低排烟温度的改造势在必行。
低温省煤器是利用烟气余热加热凝结水或热网水的加热器，回收烟气余热，降低排烟热损失，提高机组效率及除尘效果。
图1 腐蚀速率随壁温变化曲线图
2.低温省煤器设计与布置
低温省煤器采用表面换热，即烟气一水换热器，烟气与热力循环系统中的凝结水进行热交换。根据现场锅炉及静电除尘器等大型设备的布置特点，将低温省煤器布置于电除尘之前、空气预热器之后烟道中，该方案的优点是经过低温省煤器后，烟气温度降低，烟气余热大量被回收利用，使锅炉效率被提高，锅炉经济性被提高，而且烟气体积流量减小，静电除尘器集尘面积相对被提高，烟气中飞灰比电阻相对被降低，达到提高除尘器效率的目的。由于流经低温省煤器的烟气没有经过除尘，含尘浓度高，工作环境恶劣，磨损和腐蚀大，需要在低温省煤器设计时采取有效的防磨防腐技术措施。
2.1 低温省煤器防磨措施
1）对烟气流场进行数值模拟，设计上采用导流板和流线型烟道可以避免出现烟气走廊、烟气偏流及产生烟气涡流。根据数值模拟结果和低温省煤器运行经验，将除尘器前低温省煤器烟气流速在10m/s左右，可大大减少烟气粉尘对管束的磨损，同时烟气清灰性较好。
2）低温省煤器采用模块化设计，沿烟气流动方向按照烟气的不同温度区间分为若干段、若干管组，每组进出口设计隔离阀，发生泄漏后可实现分区控制和快速隔离，检修中也方便拆卸更换。
3）优化系统布置方式，烟道内受热面管子整体无对接焊缝，在进风侧安装假管和防磨瓦，以减轻烟气对后续换热管束的冲刷，另外蛇形管弯头和焊口全部布置于烟道外，有效避免弯头及焊缝磨损。
4）选用防磨损性能优异的H翅片管。H翅片省煤器由于其结构的特殊性，采用顺列布置时，鳍片形成的通道，不仅使省煤器不易积灰，而且使省煤器的烟气阻力大大降低，并且在边壁效应的影响下，使其在较高的烟气流速下减小对管子磨损，从而提高其耐磨性。与采用错列布置的光管换热器、螺旋翅片换热器等相比，在其它条件相同的条件下，磨损寿命高3～4倍[2]。
2.2 低温省煤器防腐措施
加装低温省煤器后排烟温度可降至90℃～95℃，而电厂烟气露点一般为90℃左右，因此，低温省煤器设计中必须解决低温腐蚀的问题。
在锅炉受热面中，沿烟气流动方向受热面壁温逐渐降低，当壁温降到烟气露点时，酸性蒸汽开始凝结，引起腐蚀。凝结初期酸浓度很高，处于85%～95%，但凝结酸量不多，因此腐蚀速度较低；随壁温降低，凝结酸量增加，腐蚀速度增加。腐蚀速度达到最大值点之后，随壁温进一步降低，酸浓度变低，达到60% ～70%，腐蚀速度会下降，在此浓度下达到腐蚀最轻点；之后，当金属壁温再继续下降，由于酸液浓度接近20% ～40%，同时凝结酸量更多，腐蚀速度又会上升。在低温腐蚀的情况下，金属有2个严重腐蚀区，2个安全区，如图1所示，在设计上就是要保证低温腐蚀处于腐蚀速率较低的区域。所以设计时应核算设计煤质下的烟气露点（本工程的烟气酸露点为88.93℃）及最低管壁温度（高于水露点20℃以上），控制入口水温及出口烟温以保证受热面钢材在低腐蚀区域运行。本工程通过设置热水再循环系统控制换热器进口水温在70℃以上，出口烟气温度控制在95℃～100℃之间，同时低温省煤器进、出口管道及烟道进出口分别设有温度测点，时时监测低温省煤器进口水温、出口烟温情况，一旦出现水温或烟温过低时，及时报警提示并采取相应的控制方案。
2.3低温省煤器系统布置
为了实现节能减排目标，降低烟气温度的同时提高电除尘的除尘效率，并充分利用烟气余热，提高机组效率，低温省煤器系统采暖期换热介质取用热网水，非采暖期换热介质取用凝结水。
采暖期换热器吸热介质取自热网循环回水，经升压泵送至低温省煤器升温后回至热网加热器出口热网循环水母管，与热网加热器并联，此时与凝结水换热器连接的切换阀关闭。
非采暖期烟气换热系统与热网水联络阀关闭，与凝结水换热器联络阀开启，低温省煤器水侧为凝结水运行。自8号低加入口与7号低加出口同时取部分凝结水，混合水温不低于75℃，经烟气余热换热器加热后的凝结水经增压泵升压后再汇入回6号低加出口。
3. 经济效益分析
350MW机组在THA工况下，低温省煤器投运前后热平衡计算结果如表1所示
(注: 机组利用小时均按4000小时为基准，供热期与纯凝期利用小时均按4000/2计算，对应机组出力为350MW)
低温省煤器投运后，两台机组回收烟气余热为202GJ/h，可将2台机组最大采暖供热能力提高202GJ/h，在机组纯凝期，按照机组在额定负荷运行，低温省煤器系统投运前机组热耗率为7784.50kJ/kWh、发电标准煤耗为290.28g/kWh，投运后回收热量加热凝结水发机组热耗率为7732.61kJ/kWh、发电标准煤耗为288.34g/kWh,热耗率降低51.90kJ/kWh，发电煤耗降低1.94 g/kWh，每台机组年节约标煤1358吨；供热期，在额定负荷时低温省煤器回收热量加热网回水，发电煤耗降低2.1 g/kWh，每台机组年节约标煤1470吨。两台机组全年共节约标煤5656吨，按标煤单价560元/吨计算，共节约316.736万元。同时低温省煤器投运后，排烟温度明显降低，湿法脱硫系统的工艺水耗明显得到降低，经运行参数核算两台机组每小时节约用水19吨，按工业用水单价2元/吨及机组年利用4000小时计算，共节约费用15.2万元。
两台机组低温省煤器改造后，机组烟尘排放浓度均能实现达标。经实际测定，#1机组电除尘出口排放浓度为25.62mg/Nm3，脱硫出口净烟气烟尘排放浓度为17.72mg/Nm3；#2机组电除尘出口排放浓度27.47 mg/Nm3，脱硫出口净烟气烟尘排放浓度为18.87mg/Nm3，电厂污染物排放满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）烟尘排放浓度限值要求，污染物减排和大气污染防治效果显著，粉尘排放减排304吨/年。
4. 结束语
在锅炉空气预热器出口至电除尘器入口烟道加装低温省煤器，非供热期利用烟气余热加热凝结水，供热期加热热网循环水。低温省煤器投运后，机组热耗率及发电标准煤耗降低的同时，烟尘排放浓度降低效果明显，同时还减少脱硫装置对水资源的消耗。低温省煤器由于工作环境恶劣，运行中存在的磨损和腐蚀大的问题，可以在材料选择、系统设计布置和运行控制方式上采取有效措施，保证低温省煤器稳定可靠运行，为其他机组进行低温省煤器改造提供参考。
参考文献
[1]燃煤发电机组能耗分析与节能诊断．西安热工研究院，2014.9
[2]冯包永．H型省煤器在降低锅炉排烟温度改造中的应用．科技创新与应用，2013．16：60
[3]顾国亮，杨文忠．ND钢、316L、20#碳钢在硫酸介质中的腐蚀行为．腐蚀与保护，2005．26(8)：336-337
论文作者:王树明1,王瑞娇2
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/7/1
标签：省煤器论文; 烟气论文; 低温论文; 机组论文; 凝结水论文; 浓度论文; 温度论文; 《电力设备》2016年第9期论文;