低温省煤器的原理研究及设计

梁鹏（四川川润动力设备有限公司，四川自贡，643000）



低温省煤器的原理研究及设计

梁鹏
（四川川润动力设备有限公司，四川自贡，643000）

在山西潞安长子高河660MW低热值煤发电工程锅炉机组中，针对低温省煤器的技术改造工程，本文研究了H型鳍片管低温省煤器，设计了H型鳍片管低温省煤器，并按照烟气热到冷凝水温度进行了传热数据测算，分析了其实用性。为类似低温省煤器节能减排的技术改造工程提供参考。

低温省煤器；传热计算；节能减排；H型鳍片管

引言

我国火力发电厂每年消耗全国煤炭总产量的50%，煤炭被燃烧后的热没有被充分利用。其中之一是所排的烟温度很高，这被称为“排烟热”，其热能被浪费。

“排烟热”损失是电站锅炉各项热损失中最大的一项，一般占比5%～8%；其占锅炉总热损失的80%或更高，这与节能降耗要求差距很大。影响电站锅炉“排烟热”损失的主要因素是排烟温度。一般情况下，排烟温度每升高10℃，其热损失会增加0.6%～1.0%［1，2］。

我国现役火电机组中锅炉排烟温度普遍维持在125℃～150℃左右水平，燃用褐煤的发电机组排烟温度高达170℃～180℃。因此大幅度降低机组排烟温度，回收烟气余热具有重大的节能减排潜力。

1　工作原理

烟气热能转换增效、减排技术就是将锅炉的排烟温度由125℃～150℃左右降低到适于脱硫的最佳温度，约100℃；其中低温省煤器利用25℃～50℃这部分余热（温差）来加热凝结水，加热后的凝结水返回低压加热器，用于汽轮机，可增加汽轮机做功功率，提高机组效率，降低煤耗［3］。

本项目中，烟气原流经路径是：从锅炉—空气预热器—烟水转换器—静电除尘器—吸风机—脱硫吸收塔——最终到烟囱。低温省煤器装置包括烟气-水换热器和配套凝结水系统，后者包括凝结水管道、再循环水泵和调节旁路。企业厂房中可以根据尾部烟道的具体空间位置和条件，选择布置在除尘器前或者除尘器后。若布置在除尘器前，则可达到降低烟温，减小飞灰比，提高除尘效率，减少污染物排放，节省脱硫水耗、保护烟囱的目的，具有显著的经济效益和社会效益。

2　低温省煤器改造工程

以山西省长子市潞安县高河660MW低热值煤发电锅炉为例，其在除尘器前加装低温省煤器。在锅炉最大连续蒸发量（简写为BMCR）工况下，燃烧所设计的煤种，低温省煤器按照利用烟气给冷凝水加热后再利用的设计思路，经过整体布局，关键技术环节设计。最终选用H型鳍片管作为换热元件，经过传热数据测算等流程验证，实施了低温省煤器的技术改造工程。

2.1利用煤质资料（设计煤种%）

煤质材料数据是（所占%）：全水分9.7；空气干燥基水分35.37；收到基灰分35.37；干燥无灰基挥发分21.29；收到基碳46.89；收到基氢2.47；收到基氮0.94；收到基氧4.37；全硫0.26；收到基低位发热量17.36 MJ/kg。

2.2烟气量及酸露点的计算

电厂实际燃用设计煤种，BMCR工况下煤耗为336.78t/h，根据煤质情况计算尾部烟道实际烟气量及酸露点温度［4］。

根据计算得出：烟气体积（湿）2308424 Nm3/h，实际烟气体（湿）3408309 m3/h；入口过剩空气系数1.4；入口烟气温度116℃，出口烟气温度90℃；给水量803t/h；烟气水蒸气露点温度35.84℃，烟气露点温度69.99℃。

2.3给水系统的选定及低温省煤器本体的整体布置

低温省煤器凝结水给水流程：从低加出口取水（70.6℃）引出，平均为803/h的取水量。管道通过汽机房、锅炉房炉侧平台、除尘器前烟道支架进入低温省煤器，加热后97.2℃的凝结水依次经过除尘器前水平烟道支架、锅炉房炉侧平台、汽机房返回到汽机侧的低加入口。

低温省煤器的管子采用Φ38x4钢管，材质ND钢，鳍片材质也采用ND钢。低温省煤器受热面采用双H型鳍片结构，鳍片厚度为2mm，鳍片节距为14mm。管屏布置形式为顺列布置，四个烟道的低温省煤器呈相同布置。单个烟道的箱体采用四个独立的并列模块结构，若其中一个模块出故障时，可以断开故障模块，不影响其他模块的运行。模块箱体的管组与烟气呈横向冲刷，管组横向布置60排，纵向布置（沿烟气流向）28列，横向冲刷长度6m。沿烟气方向第一组管排的迎风面布置有防磨盖板。在H型鳍片的管组前方布置有2排假管。单个烟道管组共8个模块，垂直方向并列布置4层，水平方向串列布置2组，每层管组第一模块和第二模块之间预留有检修空间及吹灰空间，设置有检修人孔和吹灰孔。

2.4低温省煤器本体几何尺寸

本体H型鳍片管作为换热元件，具有传热效率高，结构紧凑，积灰少，防磨性能好、整体钢性好强等特点。其鳍片管规格和几何尺寸整理如下：横向节距102mm，纵向节距92mm；横向排数240，纵向排数28（上下组各14排）；上下管组受热全面积42252m2。

2.5传热计算汇总

根据确定的水系统和设计的H型鳍片整体结构，传热计算结构如表1所示。

表2　烟—凝结水换热计算一览表

2.6烟道阻力计算

经过计算：一级受热面阻尼系数为3.906，一级受热面阻力169.8Pa；二级受热面阻尼系数3.896，二级受热面阻力164.4Pa；H型鳍片管省煤器总阻力334.2Pa。

2.7汽水阻力计算

通道深度（管长）6m，体积流量803m3/h，并联管数720根，流通截面面积0.5089，管束阻力0.03173MPa，静压0.03808 MPa，低温省煤器本体总阻力0.0698MPa，连接管道阻力0.068MPa，综上总阻力0.1378MPa。

2.8低温省煤器总体结构

低温省煤器设计还包括钢结构设计、凝结水系统的管道设计，以及阀门仪表的选型，电控系统及吹灰系统的设定［5］。

其中实施的低温省煤器技术改造单烟道布置图，单如图1所示，设计为台炉共四个相同的并联烟道。

3　经济效益分析

利用烟气深度冷却余热回收技术，可以有效的降低排烟温度，达到节能减排的目的，主要效益如下：1）降低排烟温度，提高机组效率，从而降低发电煤耗；2）减少污染物排放；3）减少脱硫塔水耗。本文限于篇幅的原因，引风机增加的能耗、增压水泵增加的能耗、节煤量计算（等效焓降法）、节水效益计算、综合节能效益的计算及减排的计算略去。

图1　低温省煤器技术改造烟道布置

4　结束语

低温省煤器在实际投运中，烟温降低明显，由于采用独立于锅炉的系统，具有操控调节方便、风险低、节能减排效益显著的特点。电厂满负荷投运3年左右，一般可以收回投资成本。因此技术改造本项目具有广泛的推广性、可行性和实用性。

［1］《锅炉机组热力计算标准方法》［苏］.1973.

［2］《JB/Z 201-83 电站锅炉水动力计算方法》.上海发电设备成套设备设计研究所编.

［3］《锅炉原理及计算》 清华大学电力工程系锅炉教研组编 科学出版社.1979，1.

［4］《锅炉设备空气动力计算（标准方法）》 ［苏］C.H.莫强主编. 电力工业出版社，第三版.

［5］《实用锅炉设计手册》 林宗虎，徐通模主编.化学工业出版社第二版.

梁鹏（1981），男，汉族，四川省自贡市人，工程师，主要从事电站锅炉本体设计、300MW、600MW锅炉机组节能减排改造设计及135MW锅炉机组脱硝工程改造设计。

E-mail: liangpeng55555@163.com

Study and Design of Low Temperature Economizer

Peng Liang
（Sichuan CRUN Power Equipment Co.，LTD.， Zigong， Sichuan， 643000， China）

On Lu'an county ChangzI city Gaohe's 660 MW boiler electricity project， low temperature economizer was transformed which is used low calorific value coal.This paper provided analysis of the designing and practicability to the Low Temperature Economizer.The H-type finned tube of low temperature economizer was designed.According to the heat of flue gas to the condensate temperature heat transfer ，data WAS calculated. analyses its practicability.This paper provided some reference for the similar low temperature.

Low Temperature Economizer； Heat-transfer Calculation； Energy Conservation and Emission Reduction； H-type Finned Tube

TK11+5

A

2095-8412 （2016） 03-406-03