1 000 MW燃煤机组锅炉排烟节能技术的应用

王利敏， 赵贤立， 李延伟

(1. 国家电投集团河南电力有限公司沁阳发电分公司, 河南焦作 454150;2. 上海羲蓝节能环保科技有限责任公司, 上海 201100)

国内某新建的大型1 000 MW机组设计要求必须具有高效宽负荷的先进性能，尤其对锅炉烟气余热的深度利用提出了很高要求,即原则上锅炉排烟的余热要充分利用，并且将烟气温度降低到75 ℃。从理论上分析这些要求很难用简单方法实现，因为烟气温度降低到75 ℃时的热能品位很低、节能效果差、经济性低，同时还会因为烟气温度过低引发烟气低温腐蚀。针对锅炉排烟余热的热能品位较低这一客观因素，笔者提出了借用暖风器系统，综合利用汽轮机低压凝结水的低温热源和锅炉排烟的低温热源来提高锅炉排烟的热能品位，从而提高烟气余热回收利用的价值，达到有效降低机组供电煤耗的目的。

1 锅炉烟气余热回收技术现状

燃煤电站锅炉的排烟温度一般在120～140 ℃,自2009年4月上海外高桥第三发电厂1 000 MW机组将锅炉排烟温度通过烟气余热回收再降低到90 ℃左右进入脱硫塔的技术改造获得成功后，在最近10年的时间里，锅炉烟气余热回收、降低机组供电煤耗的节能技术实践层出不穷，节能效果也各有不同[1-2]，简单来说主要有一级低温省煤器系统和两级串联低温省煤器系统。

1.1 一级简单系统

一级低温省煤器烟气余热回收节能减排系统是一种最简单的应用比较广的系统，即在电除尘器烟气进口的4个水平烟道上安装了4台低温省煤器，低温省煤器水侧引入汽轮机第二级低压加热器(简称低加)出口的凝结水，加热后返回第三级低加进口。上海某电厂300 MW机组采用该系统的实际运行数据见表1。

表1 300 MW机组低温省煤器运行数据

从表1可见：低温省煤器系统由4台并联设置的烟气余热回收低温省煤器组成，烟气温度由进口的140 ℃降低到出口的94.4 ℃，低温省煤器管侧流动的水来自汽轮机第二级低加出口的凝结水，通过换热将凝结水由进口的79 ℃加热到出口的109 ℃，加热后的凝结水返回到第三级低加入口再汇入汽轮机热力系统。

1.2 两级串联系统

两级串联低温省煤器烟气余热回收节能减排系统是一种比较复杂而应用也较少的一种系统，即由4台并联设置的烟气余热回收低温省煤器形成第一级低温省煤器，布置在电气除尘器烟气进口；由2台并联布置的低温省煤器形成第二级低温省煤器，布置在脱硫塔烟气进口。这两级低温省煤器再串联运行组成一个完整的烟气余热回收利用系统。某电厂1 000 MW机组采用这一系统的实际运行数据见表2。

表2 1 000 MW机组低温省煤器运行数据 ℃

从表2可见：烟气温度由第一级进口的120 ℃左右降低到出口的106 ℃左右，再由第二级低温省煤器降低到出口100 ℃，低温省煤器管侧流动的水来自汽轮机第7级低加出口的凝结水，通过换热将凝结水由第二级低温省煤器进口的84 ℃加热到出口的88 ℃，再由第一级低温省煤器加热到95 ℃，加热后的凝结水返回到第6级低加入口再汇入汽轮机热力系统。

这两种系统都是通过烟气余热回收减少汽轮机低加抽汽量来实现降低机组供电煤耗的目的。经性能考核试验证明，这种烟气余热回收利用方法的节煤效果基本上可以降低机组供电煤耗1～2 g/(kW·h)，满足不了1 000 MW机组高效宽负荷的设计需要。

2 锅炉烟气余热回收新技术

2.1 锅炉运行概况

该1 000 MW燃煤火电机组的锅炉各工况下的排烟温度设计值见表3。从表3可见：锅炉排烟温度比较低，尤其在低负荷运行工况，如40%THA工况，锅炉排烟温度只有101.9 ℃。

表3 排烟温度设计值 ℃

当机组在冬季运行时,如果环境温度在-5 ℃、机组负荷为40%THA时，锅炉排烟温度再降低到80 ℃，所回收的烟气余热也不足以将锅炉一次风和二次风加热到锅炉设计要求的进风温度，所以要综合考虑利用汽轮机低温热源和锅炉排烟余热回收的低温热源[1-3]。

结合锅炉排烟温度比较低和我国北方冬季比较寒冷的气候特点，笔者提出了锅炉排烟节能新技术[4-5]：利用部分汽轮机低压凝结水作为锅炉暖风器热源，与低温省煤器配合共同提高锅炉排烟的热能品位，既有利于提高烟气余热回收的节煤效益，又有利于防止烟气低温腐蚀，从而提高空气预热器的运行安全性。

2.2 新技术的热力系统

锅炉排烟节能减排新技术热力系统见图1。

图1 新技术的热力系统图和设计参数

从图1可见：锅炉排烟节能新技术由两级低温省煤器系统组成。第一级低温省煤器系统由前段和后段串联组成,分别布置于引风机的进口和出口烟道里;在第一级低温省煤器中，烟气温度由140 ℃降低到95 ℃,凝结水由70 ℃提高到120 ℃返回6号低加进口。第二级低温省煤器系统由二级低温省煤器和二次风暖风器组成，二级低温省煤器布置于脱硫塔进口的水平烟道里，二次风暖风器布置于送风机出口至锅炉空气预热器二次风进口之间的风道里；在第二级低温省煤器系统中,烟气温度由95 ℃降低到75 ℃进入脱硫塔,凝结水由65 ℃提高到80 ℃进入二次风暖风器，在二次风暖风器里，凝结水温度由80 ℃降低到53 ℃返回9号低加进口，二次风由25 ℃提高到70 ℃进入空气预热器。

2.3 新系统设计思路的特点

(1) 将锅炉排烟温度由118 ℃提高到140 ℃，提高了烟气余热的热能品位，从而有效提高烟气余热回收利用的节煤效果，据汽轮机厂家计算，可以降低机组供电煤耗3 g/(kW·h)以上。 热能品位的变化数据见表4。

表4 热能品位变化数据表

另外进入第二级低温省煤器的来自9号低加出口的凝结水温度为65 ℃，从暖风器出口的凝结水温度为53 ℃，返回9号低加进口，这样增加了9号低加的加热抽汽流量；这部分凝结水将9号低加抽汽的低温热量用于提高第一级低温省煤器回收的烟气余热的品位和量值。

由于暖风器的作用使得第一级低温省煤器进口烟气温度升高，出口水温相应提高，加热后的凝结水进入6号低加，减少了6号低加的抽汽流量。

(2)第二级低温省煤器系统内的二次风暖风器将二次风温度由25 ℃提高到70 ℃进入锅炉空气预热器，使得锅炉空气预热器的冷端运行金属壁温高于100 ℃[6-7]，完全避免了空气预热器的冷端低温腐蚀，提高了锅炉运行的安全性。

(3)第二级低温省煤器出口烟气温度低于80 ℃进入脱硫塔,能有效减少脱硫塔水耗量,有效降低脱硫塔内烟气脱硫的饱和工作温度,从而有效减少脱硫后的烟气水蒸气含量,减轻了烟囱烟气冒白烟现象。

2.4 新系统设计思路的正确性

锅炉效率的计算有正平衡法和反平衡法两种方法。

正平衡法就是计算锅炉有效吸热量和输入热量的比值。锅炉有效吸热量是指锅炉进水加热、汽化、过热、再热的所有吸热量,输入热量是指煤种发热量和空气带进的热量之和。锅炉排烟余热回收不影响锅炉的有效吸热量和煤种的发热量，但由于加热进炉二次风影响空气带进炉膛的热量，由于燃煤量难以计量，所以一般不用正平衡法计算锅炉效率。

反平衡法的计算公式为：

η反=100-q2-q3-q4-q5-q6

(1)

q2=(Ipy-αI0k)(100-q4)/Qr

(2)

式中：η反为反平衡法计算的锅炉效率；q2为锅炉排烟热损失；q3为化学不完全燃烧热损失；q4为机械不完全燃烧热损失；q5为炉墙散热热损失；q6为其他热损失；Ipy为排烟焓；α为过量空气系数；I0k为进炉空气焓；Qr为锅炉输入热量。

公式(1)中，等式右边只有锅炉排烟热损失q2一项有所变化，q2的变化从公式(2)可见，主要是排烟焓Ipy和进炉空气焓I0k的变化，从表1和图1所列数据可见，锅炉排烟温度由118 ℃提高到140 ℃，提高了22 K，二次风进风温度由25 ℃提高到70 ℃，提高了45 K，如果进行完整的热力计算，就会发现这两个数据都变大了，但(Ipy-αI0k)项变化不大，略有减小，再考虑Qr略有变大，所以q2锅炉排烟热损失的变化不大，略有减小。

由于加装了暖风器系统从而提高了锅炉排烟的热能品位,尽管锅炉进风温度和排烟温度均有所提高,但锅炉效率基本不变。

3 运行实践

新技术的热力系统应用于该1 000 MW机组，于2018年底投运，系统负荷为50%THA时的运行参数见表5。

表5 新技术的运行参数 ℃

从表5可见：二次风暖风器进风温度为9 ℃左右，基本属于冬季工况，二次风暖风器出风温度为63 ℃左右，暖风器温升54 K左右；第一级低温省煤器烟气进、出口温度分别为120 ℃、85 ℃，凝结水进、出口温度分别为76 ℃、112.3 ℃；第二级低温省煤器烟气进、出口温度分别为85 ℃、77 ℃，凝结水进、出口温度分别为68. ℃、81 ℃；第二级低温省煤器系统凝结水进口温度为66 ℃左右，26 ℃左右返回汽轮机低压凝结水系统。

表5所列运行数据基本达到了系统设计之初确定的设计要求。由于机组运行负荷较低，环境温度也较低，所以从汽轮机低压凝结水系统输出到锅炉进风的低温热量比设计数值大了很多，由于这部分热量来自汽轮机第九级低加，相对热能品位很低，通过暖风器将热量转移给锅炉进风使得锅炉排烟温度升高，第一级低温省煤器回收的烟气余热减少了汽轮机第六级低加的蒸汽消耗量，所以节能效果得到了有效提高。

4 结语

(1) 笔者提出的锅炉排烟节能新技术有效提高了锅炉排烟的热能品位，从而也达到了锅炉烟气余热回收的节能效果，将烟气余热回收降低机组供电煤耗的效果由1～2 g/(kW·h)提高到了3 g/(kW·h)以上。

(2) 由于空气预热器的进口风温和出口烟气温度同时提高，从而将锅炉空气预热器的冷端金属壁温由70 ℃左右提高到了100 ℃左右，有效避免了烟气低温腐蚀，提高了锅炉运行的安全性。

(3) 第二级低温省煤器出口烟气温度77 ℃进入脱硫塔,减少了脱硫塔水耗量,降低了脱硫塔内烟气脱硫的饱和工作温度,从而有效减少了脱硫后的烟气水蒸气含量,减轻了烟囱烟气冒白烟现象。