國(guó)內(nèi)某電廠4臺(tái)200 MW機(jī)組的鍋爐為東方鍋爐廠DG670/140-8型超高壓、中間再熱、自然循環(huán)煤粉爐，單爐體、π型布置。目前存在的主要問(wèn)題是鍋爐排煙溫度較高，高負(fù)荷時(shí)排煙溫度在140℃左右，此部分熱量并沒(méi)有得到有效利用。
    原設(shè)計(jì)為每?jī)膳_(tái)機(jī)組配有一套煙氣脫硫系統(tǒng)，為兩爐一塔，配有一臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)，煙氣脫硫后直接排人煙囪，脫硫系統(tǒng)不設(shè)置氣氣換熱器(GGH)，為了避免高溫?zé)煔鈱?duì)脫硫塔及進(jìn)口煙道內(nèi)防腐材料的破壞，采用對(duì)高溫?zé)煔鈬娝�的方法降低煙氣溫度。如能采取有效措施，在利用煙氣余熱的同時(shí)又能將排煙溫度降低20—30℃，則既可以降低機(jī)組熱耗，又能節(jié)約大量淡水資源。本文提出通過(guò)增設(shè)低溫省煤器并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，回收利用煙氣余熱，降低機(jī)組的煤耗，同時(shí)減少脫硫用水，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
1、設(shè)計(jì)方案
    低溫省煤器安裝在鍋爐尾部煙道，其水側(cè)連接于汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的低溫給水。低溫給水在低溫省煤器中吸收排煙熱量，降低了排煙溫度，而水溫升高后則可減少加熱給水的抽汽量。
1.1  系統(tǒng)聯(lián)結(jié)方式的選擇
    低溫省煤器主要有兩種聯(lián)結(jié)方式，分別是串聯(lián)聯(lián)結(jié)和并聯(lián)聯(lián)結(jié)，如圖1、圖2所示。串聯(lián)聯(lián)結(jié)方式的優(yōu)點(diǎn)是流經(jīng)低溫省煤器的水量大，排煙余熱利用的程度較高，經(jīng)濟(jì)效果較好。但凝結(jié)水的阻力增加，所需凝結(jié)水泵壓頭增加，電廠改造時(shí)需要更換凝結(jié)水泵。并聯(lián)聯(lián)結(jié)低溫省煤器的傳熱效果低于串聯(lián)聯(lián)結(jié)，但不必更換凝結(jié)水泵。另外，并聯(lián)低溫省煤器系統(tǒng)是獨(dú)立的旁路，便于停用和維修。
    基于以上分析，根據(jù)機(jī)組各低壓加熱器進(jìn)出口溫度，考慮到低負(fù)荷工況時(shí)低溫省煤器入口水溫過(guò)低將導(dǎo)致受熱面低溫腐蝕，在并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式的基礎(chǔ)上提出一種新型的聯(lián)接方式，如圖3所示，即分別從1號(hào)低壓加熱器人口引出一路較低溫度的凝結(jié)水，2號(hào)低壓加熱器人口引出一路較高溫度的凝結(jié)水，經(jīng)混合后進(jìn)人低溫省煤器，與煙氣進(jìn)行熱交換后進(jìn)人3號(hào)低壓加熱器入口。本系統(tǒng)設(shè)一臺(tái)加壓泵，以克服整個(gè)水系統(tǒng)帶來(lái)的阻力。兩路出水管路上各設(shè)置一只調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)兩路混合水溫度至設(shè)定值。該聯(lián)結(jié)方式的優(yōu)點(diǎn)是可以調(diào)節(jié)低溫省煤器人口水溫，獲得更好的傳熱效果，從而節(jié)省受熱面布置。
1.2煙氣系統(tǒng)布置方式的選擇
    低溫省煤器的布置方式主要有3種：布置在空氣預(yù)熱器出口、除塵器進(jìn)口，布置在脫硫吸收塔進(jìn)口、增壓風(fēng)機(jī)出口，以及分段布置。
    如在空氣預(yù)熱器出口、除塵器進(jìn)口布置低溫省煤器，煙氣在空氣預(yù)熱器出口之后就被減溫至90～100℃，煙氣的體積流量也相應(yīng)減少約10%，因而可以減少除塵器的除塵面積以及除塵器的占地面積和用材，同時(shí)可降低引風(fēng)機(jī)流量。據(jù)相關(guān)研究，飛灰的比電阻隨溫度的降低而降低，電除塵器的除塵效率隨之增高。但是煙氣溫度的降低增加了舊電廠已有的電除塵器防腐蝕的難度，同時(shí)增加了除塵器內(nèi)堵灰的可能性�？紤]到國(guó)內(nèi)電除塵器的低溫防腐技術(shù)尚未成熟，目前還沒(méi)有低溫電除塵器投運(yùn)的實(shí)例，一旦除塵器因堵灰或腐蝕嚴(yán)重需要檢修，就可能影響整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行。因此，對(duì)于舊電廠改造，一般不推薦此方案。
    如在脫硫吸收塔進(jìn)口、增壓風(fēng)機(jī)出口布置低溫省煤器，此時(shí)煙氣中的絕大部分飛灰已被除塵器除去，基本不存在換熱器磨損和堵灰的問(wèn)題，因此換熱器可以使用翅片管式或板式結(jié)構(gòu)以提高傳熱系數(shù)，而且可以免去蒸汽吹掃裝置。若置于引風(fēng)機(jī)之后，則可避免換熱器一旦腐蝕泄漏，凝結(jié)水漏入引風(fēng)機(jī)的問(wèn)題，引風(fēng)機(jī)葉片也不需要考慮低溫防腐。此布置方案的運(yùn)行可靠性和維護(hù)成本都優(yōu)于第一種方案，設(shè)備占用的空間也較小。但由于增壓風(fēng)機(jī)后的煙道長(zhǎng)度有限，無(wú)法布置兩臺(tái)爐的低溫省煤器，同時(shí)新增低溫省煤器后荷載增加，原煙道支架改造非常困難，因此該方案也不能在本工程中采用。
    分段布置方式是考慮到單獨(dú)的某一區(qū)段容納不下整個(gè)低溫省煤器裝置，因此將它分成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的管箱布置，適合于舊電廠改造。由于增壓風(fēng)機(jī)后煙道長(zhǎng)度有限，初步考慮在增壓風(fēng)機(jī)前后各布置一段。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)：兩臺(tái)爐的部分低溫省煤器管箱布置在增壓風(fēng)機(jī)后、脫硫塔前彎管過(guò)渡段時(shí)，煙氣阻力將增加約2000 Pa．現(xiàn)有的增壓風(fēng)機(jī)將不能克服此阻力；同時(shí)新增低溫省煤器荷載約600t，原煙道支架將無(wú)法承受。若新增煙道支架，現(xiàn)場(chǎng)也無(wú)法布置；即使不考慮阻力和土建因素，僅從經(jīng)濟(jì)性分析，此方案的投資回收年限約為19.4年，對(duì)舊電廠改造顯然是不合適的。綜合以上考慮，認(rèn)為在增壓風(fēng)機(jī)后不適合布置低溫省煤器。所以，本工程低溫省煤器只能布置在引風(fēng)機(jī)后、增壓風(fēng)機(jī)前的水平煙道上。
1.3低溫省煤器設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
    為了保證增設(shè)低溫省煤器后能達(dá)到預(yù)期效果，減少改造對(duì)設(shè)備帶來(lái)的危險(xiǎn)，必須先進(jìn)行引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)風(fēng)量、壓頭的校核計(jì)算及低溫省煤器熱力計(jì)算，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，確定低溫省煤器的設(shè)計(jì)參數(shù)。低溫省煤器的傳熱元件采用ND鋼、H型鰭片管，抗腐蝕，耐磨損，防積灰。表1是該電廠加裝低溫省煤器在機(jī)組熱耗保證工況(THA工況)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。
2、增設(shè)低溫省煤器需要考慮的問(wèn)題
2.1受熱面積灰
    鍋爐煙氣中的灰分不僅會(huì)污染傳熱管表面，影響傳熱效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)堵塞煙氣流動(dòng)通道，增加煙氣流動(dòng)阻力甚至影響鍋爐安全運(yùn)行，導(dǎo)致停爐清灰。干灰清理主要考慮3項(xiàng)措施：
    (1)保證吹灰器的布置能吹到所有的管束，不留吹灰死角。
    (2)設(shè)計(jì)煙氣流速高于10m/s且速度相對(duì)均勻，使煙氣在流動(dòng)中具有一定的自清灰能力。
    (3)利用低溫省煤器煙氣人口擋板的定時(shí)啟閉，減小煙氣流通總面積，增加吹灰時(shí)段的煙氣流速，達(dá)到清除積灰的目的。
2.2受熱面腐蝕
    研究表明，將低溫省煤器置于壁溫小于105℃、但比煙氣中水蒸汽飽和溫度高25aC的區(qū)間時(shí)，金屬壁溫的腐蝕速度≤0.2 mm/a．這是可以接受的腐蝕速度。工作在這個(gè)金屬壁溫區(qū)的低溫省煤器進(jìn)水溫度較低（一般在60—70℃），因此本文對(duì)該工程低溫省煤器人口水溫按65C考慮。
    由于低溫省煤器在酸腐蝕的工況下運(yùn)行，所以選用合適且性價(jià)比高的耐腐蝕材料非常重要。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以考慮采用的材料主要有：不銹鋼、耐腐蝕的低合金碳鋼，復(fù)合鋼管及表面搪瓷處理的碳鋼等。不銹鋼材料雖然抗腐蝕性能好，但由于材料價(jià)格較高，換熱系數(shù)低，因此本文對(duì)該工程低溫省煤器按耐腐蝕的低合金碳鋼考慮。
3、經(jīng)濟(jì)性分析
    采用等效焓降法進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性分析。增設(shè)低溫省煤器前后，低壓缸各級(jí)抽汽除了流量變化外，溫度和壓強(qiáng)均無(wú)變化，凝結(jié)水流經(jīng)各級(jí)加熱器的進(jìn)出口溫度也沒(méi)有變化。確定抽汽流量要先根據(jù)低溫省煤器煙氣側(cè)的放熱量計(jì)算出換熱器的水側(cè)流量，然后再根據(jù)熱量平衡計(jì)算相關(guān)低壓加熱器抽汽流量。具體計(jì)算如表2所示。
    裝設(shè)低溫省煤器后，煙氣阻力約增加330Pa，根據(jù)測(cè)試報(bào)告，增壓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)均有一定的富裕量，可以克服該新增阻力；低壓缸排汽增加考慮到后將增加凝汽器循環(huán)水的能耗，低溫省煤器凝結(jié)水加壓泵也需要消耗能量，以及風(fēng)機(jī)功率的增加等，煙氣余熱利用后最終將使供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低1.34 g/kWh，具體計(jì)算如表3所示。
    根據(jù)電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)．全年總運(yùn)行小時(shí)數(shù)為7 920 h。全年運(yùn)行負(fù)荷分布時(shí)間折合到額定工況下的運(yùn)行小時(shí)數(shù)如表4所示。
    設(shè)置低溫省煤器后，由于降低了脫硫塔進(jìn)口的煙氣溫度，每臺(tái)機(jī)組脫硫系統(tǒng)可減少噴水量約12 t/h．全年節(jié)約用水55596 t。考慮脫硫系統(tǒng)工業(yè)水制備、噴淋設(shè)備投用等綜合成本，水價(jià)按2.2元，t計(jì)，每臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)省水費(fèi)12.23萬(wàn)元。
    設(shè)置低溫省煤器需要增加靜態(tài)投資約480萬(wàn)元。每8年需花費(fèi)112萬(wàn)元更換冷段受熱面，加上運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，折合后每年約需20萬(wàn)元運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。經(jīng)濟(jì)性分析見(jiàn)表5所示。
4、結(jié)論
    綜上所述，設(shè)置低溫省煤器能有效降低進(jìn)入脫硫塔的煙氣溫度，并回收了煙氣余熱。分析、計(jì)算的結(jié)論如下：
    (1)低溫省煤器適合布置在增壓風(fēng)機(jī)前、引風(fēng)機(jī)后的煙道上。
    (2)低溫省煤器水側(cè)采用改進(jìn)型并聯(lián)聯(lián)結(jié)方式，從1號(hào)低壓加熱器進(jìn)出口的主凝結(jié)水管路上，分別引出兩路凝結(jié)水，混合后經(jīng)過(guò)低溫省煤器，再返回3號(hào)低壓加熱器主凝結(jié)水入口。
    (3)低溫省煤器投運(yùn)后每臺(tái)機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗將降低1.34 g／kWh．每年可節(jié)省燃料費(fèi)用108.53萬(wàn)元；節(jié)省脫硫系統(tǒng)用水55 596 t，每臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)省水費(fèi)12.23萬(wàn)元。按初始投資480萬(wàn)元計(jì)算，6年可收回動(dòng)態(tài)投資，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，同時(shí)我們還銷售生物質(zhì)鍋爐燃燒使用的木屑生物質(zhì)顆粒燃料。


相關(guān)生物質(zhì)鍋爐顆粒機(jī)產(chǎn)品：
1、生物質(zhì)壁爐
2、秸稈顆粒機(jī)
3、木屑顆粒機(jī)