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    鍋爐尾部煙道低溫省煤器節能分析

    發布日期:2017,05,20 作者: 來源: 已瀏覽:717

    1.低溫省煤器系統概述

    排煙損失是鍋爐運行中最重要的一項熱損失,一般約為5%--12%,占鍋爐熱損失的60%--70%,影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度,一般情況下,排煙溫度每增加10℃,排煙熱損失增加0.6%--1%,相應多耗煤1.2%--2.4%。若以燃用熱值2000KJ/KG煤的410t/h高壓鍋爐為例,則每年多消耗近萬噸動力力煤,我國火力發電廠的很多鍋爐排煙溫度都超過設計值,約比設計值高20—50℃。所以,降低排煙溫度對于節約燃料和降低污染具有重要的實際意義,實踐中以降低排煙溫度為目的的鍋爐技術改造較多。但由于大多數電廠尾部煙道空間太小,防磨、防腐要求較高,引風機的壓頭裕量不大等實際情況。為了降低排煙溫度,減少排煙損失,提高電廠的運行經濟性,可考慮在煙道上加裝低溫省煤器。低溫省煤器的具體方案為:凝結水在低溫省煤器內吸收排煙熱量,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。在發電量不變的情況下,可節約機組的能耗。同時,由于進入脫硫塔的煙溫下降,還可以節約脫硫工藝水的消耗量。

    2.國內外低溫省煤器目前的應用情況及安裝位置

    2.1低溫省煤器目前在國內外的應用情況

    低溫省煤器能提高機組效率、節約能源。目前在國內也已有電廠進行了低溫省煤器的安裝和改造工作。

    山東某發電廠,兩臺容量100MW發電機組所配鍋爐是武漢鍋爐廠設計制造的WGZ410/100—10型燃煤鍋爐,由于燃用煤種含硫量較高,且鍋爐尾部受熱面積灰、腐蝕和漏風嚴重,鍋爐排煙溫度高達170℃,為了降低排煙溫度,提高機組的運行經濟性,在尾部加裝了低溫省煤器。低溫省煤器系統布置圖如下:

    山東某電廠低溫省煤器系統連接圖

    國外低溫省煤器技術較早就得到了應用。在蘇聯為了減少排煙損失而改裝鍋爐機組時,在鍋爐對流豎井的下部裝設低溫省煤器供加熱熱網水之用。德國Schwarze Pumpe電廠2×800MW褐煤發電機組在靜電除塵器和煙氣脫硫塔之間加裝了煙氣冷卻器,利用煙氣加熱鍋爐凝結水,其原理同低溫省煤器一致。德國科隆Nideraussem1000MW級褐煤發電機組采用分隔煙道系統充分降低排煙溫度,把低溫省煤器加裝在空氣預熱器的旁通煙道中,在煙氣熱量足夠的前提下引入部分煙氣到旁通煙道內加熱鍋爐給水。日本的常陸那珂電廠采用了水媒方式的管式GGH。煙氣放熱段的GGH布置在電氣除塵器上游,煙氣被循環水冷卻后進入低溫除塵器(煙氣溫度在90~100℃左右),煙氣加熱段的GGH布置在煙囪入口,由循環水加熱煙氣。煙氣放熱段的GGH的原理和低溫省煤器一樣。

    低溫省煤器盡管在國內和國外已經有運用業績,但上述的例子中我們發現,在德國鍋爐排煙溫度較高,均達到170℃左右(這些鍋爐燃用的是褐煤),而加裝低溫省煤器后排煙溫度下降到100℃左右。日本的情況是鍋爐設計排煙溫度不高(125℃左右),經過低溫省煤器后煙氣溫度可降低到85℃左右。

     

    2.2低溫省煤器安裝位置

    由于低溫省煤器的傳熱溫差低,因此換熱面積大,占地空間也較大,所以在加裝低溫省煤器時,需合理考慮其在鍋爐現場的布置位置。

    2.2.1低溫省煤器布置在除塵器的進口

    日本的不少大型火電廠,如常陸那珂電廠(1000MW)和Tomato-Atsuma電廠(700MW)等都有類似的布置。管式的GGH煙氣放熱段布置在空預器和除塵器之間。管式GGH將煙氣溫度降低到90℃左右,除塵器的飛灰比電阻可從1012Ω-cm下降到1010Ω-cm,這樣可提高電氣除塵器的運行收塵效率。低溫省煤器布置在除塵器的進口,除塵器下游的煙氣體積流量降低了約5%,因此其煙道、引風機、增壓風機等的容量也可相應減少,降低了運行廠用電。據計算,每臺機組節約引風機和增壓風機廠用電共約500kW。需要指出的是除塵器和風機的選型仍應該考慮125℃低溫省煤器未投運時的情況,

    這種布置方式最大的風險是腐蝕。因為經過低溫煙氣換熱器后的煙氣溫度已經在酸露點以下,除塵器、煙道、引風機、增壓風機均存在腐蝕的風險。根據日本的有關技術資料,未經除塵器收塵的煙氣中含有較多的堿性顆粒,可中和煙氣中凝結的硫酸微滴,低溫除塵器及其下游的設備并“不需要進行特別的防腐考慮”,而且日本的不少大機組運行低溫除塵器也有良好的業績,因此,這種布置方式應該是可行的。但是,對所謂的“不需要進行特別的防腐考慮”還有一些疑慮:(1)是不是僅僅依靠煙氣中的堿性灰顆粒就能中和大部分SO2,而大大降低溫煙氣的腐蝕性?中和反應的徹底程度肯定與燃煤的特性有關(如含硫量,含灰量,灰分中堿性物質如CaO。K2O的數量等),是不是還與別的因素有關?(2)對于低溫電氣除塵器與常規除塵器的區別還需要進一步研究。根據我們目前掌握的資料,為了防止低溫除塵器灰斗中的灰板結,其灰斗的加熱面積要大于普通除塵器。由于缺乏更多的資料,如果采用這種布置方式需要進行大量資料的收集研究工作。(3)對于除塵器下游的煙道和風機設備,由于煙氣中的灰已經基本被除去,此時還應該充分考慮相應的防腐措施。(4)隨著煙氣溫度的降低,煙灰的電氣抗阻值下降。此時ESP的除塵性能上升,但是在捶打集塵極板時,附在電極處的煙塵會飛散,使ESP出口粉塵濃度短時上升(比通常的出口濃度要高約50mg/m3左右)。

     

    2.2.2低溫省煤器布置在脫硫吸收塔的進口

    德國一些燃燒褐煤的鍋爐將低溫省煤器布置在吸收塔入口。低溫省煤器將煙氣溫度從160℃降低到100℃后進入吸收塔,被煙氣加熱的凝結水再加熱冷二次風。

    這種方式的低溫省煤器實際上起到管式GGH加熱器中煙氣冷卻的作用。煙氣經過除塵器后,低溫省煤器處于低塵區工作,因此飛灰對管壁的磨損程度將大大減輕。由于煙氣中的堿性顆粒幾乎被除塵器捕捉,其出口煙氣帶有酸腐蝕性。但是由于其布置位置在除塵器、引風機、增壓風機之后,煙氣并不會對這些設備造成腐蝕,因而避免了腐蝕的危險。因為吸收塔內本來就是個酸性環境,煙氣離開吸收塔時溫度約為45℃。塔內進行了防腐處理。這種布置方式只要考慮對低溫省煤器的低溫段材料和低溫省煤器與吸收塔之間的煙道進行防腐。

    采用這種布置方式的缺點是無法利用煙氣溫度降低帶來的提高電氣除塵器運行效率、減少引風機和增壓風機功率的好處;其次,其布置位置遠離主機,用于降低煙氣溫度的凝結水管道也較長,凝結水泵需克服的管道阻力及電耗也更高。

    3.低壓省煤器節能理論及計算

    一般認為,把煙氣余熱輸入回熱系統中會排擠部分抽汽,導致熱力循環效率降低;并且,排擠的部分抽汽會增加凝汽器的排汽使汽輪機真空有所降低。這兩點對于低壓省煤器節能的疑問必須加以澄清。理論上,增設低壓省煤器后,大量煙氣余熱進入回熱系統,這是在沒有增加鍋爐燃料量的前提下,獲得的額外熱量,它以一定的效率轉變為電功。這個新增功量要遠大于排擠抽汽和汽機真空微降所引起的功量損失,所以機組經濟性無例外都是提高的。

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