一种新型烟气余热深度综合利用技术

河南华润电力首阳山有限公司 金瑞峰 周文森 李 峰 吴泽沛 郭 亮 王芳振 孔 亮 翟向纪

引言

由《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》（发改能源[2014]2 093号）要求，到2020年现役600MW及以上机组(除空冷机组外)改造后平均供电煤耗要低于300g/kWh。国家节能调度政策的实施及更多大容量高效燃煤发电机组的投产，使得首阳山项目1、2号机组只有通过节能改造，才能提高机组运营的经济性和竞争力。

目前两台机组运行正常，一级低温省煤器投运工况下，夏季机组高负荷（630MW）时引风机后烟气温度在122～125℃左右，低负荷(310MW)时引风机后烟气温度在92～96℃左右；冬季机组高负荷（621MW）时引风机后烟气温度在108～113℃左右，低负荷(305MW)时引风机后烟气温度在85～90℃左右。一级低温省煤器停运工况下，冬季机组低负荷(305MW)时引风机后烟气温度约95℃。另外，一级低省存在大面积泄漏，排烟温度个别时段高于设计值，对电除尘除尘效率有负面影响，同时锅炉排烟损失增加，经济性下降，余热利用还有较大空间。

空预器在机组超低排放改造后，空预器烟气侧差压逐渐增大，空预器烟气侧差压大于1.5kPa。空预器检修期间，内部检查发现空预器冷端存在不同程度的积盐，有少量硫酸氢铵形成，尤其是送风机叶片在热风再循环投运情况下磨损严重，严重威胁设备安全运行。

1 技术路线介绍

2013年电除尘节能提效改造中在空预器后、电除尘前安装有一级低温省煤器，降低烟温增加飞灰比电阻，提高电除尘收尘效率，同时利用排烟余热加热凝结水，减少#6低加抽汽量提高汽轮机效率，取得了一定效果。受煤质变化、烟温偏差不均匀、磨损泄漏等影响，夏季机组高负荷（630MW）时吸风机后烟气温度122～125℃左右，还有大量烟气余热损失，有进一步利用的空间。

本工程在引风机出口增设二级低温省煤器，利用凝结水作为循环介质回收排烟余热，控制二级低温省煤器出口烟温为85℃，在一次风机、送风机出口风道设置暖风器，利用一二级低省出口凝结水加热一次风机、送风机出口的冷风，提高空预器冷端温度，减少硫酸氢铵形成，预留了凝结水回水加热热网回水接口（图1、2）。

2 技术原理

烟气余热利用系统配置两级低温省煤器及一、二次风暖风器。低温省煤器、二级低温省煤器串联布置回收利用烟气余热，并在一次风机、送风机出口至空预器之间的风道内分别布置一、二次风暖风器，利用低温省煤器出口热水加热冷一、二次风，提高空预器入口冷一、二次风温度，有效解决空预器冷端因温度低造成的堵塞、腐蚀问题。

低温省煤器采用管式换热器，布置在电除尘入口水平烟道内，每台机组布置四台低温省煤器，采用H型翅片管，双管圈、顺列、逆流布置，每台低温省煤器分三层换热面，为方便更换低温腐蚀管束，每层换热面分低温侧、中间侧与高温侧管组。每层管组设进出口集箱，通过钢管将低温侧、中间侧与高温侧管组相连；每层换热面的进出水集箱通过阀门与进出水汇集箱相连，方便单层换热面泄漏时切除。

二级低温省煤器采用管式换热器，布置在吸风机出口至脱硫吸收塔进口水平汇集烟道内。每台机组布置两台二级低温省煤器，采用H型翅片管，每台二级低温省煤器分为三层换热面，每层换热面分为高温段、低温段，高温段换热器管材为ND钢，低温段换热器管材为316L，每套二级低温省煤器垂直于烟气方向分为3×2个模块，每台机组安装2套，可实现在线运行时单回路切除。

一次风暖风器采用管式换热器，布置在每台一次风机出口的冷一次风道内，利用低温省煤器出口热水加热冷一次风，提高空预器入口一次风温至40℃以上；二次风暖风器采用管式换热器，布置在每台送风机出口的冷二次风道内，利用低温省煤器出口热水加热冷二次风，提高空预器入口二次风温至40℃以上；#1、#2炉一、二次风暖风器之间设联络管道，以方便机组启动初期或冬季极端寒冷、极端低负荷、切高加等特殊工况时，可依靠高负荷机组的高温凝结水对低负荷机组的一、二次风进行加热；在二级低温省煤器入口设置三台变频低省增压泵，两运一备，调整烟气余热利用系统进水流量。

烟气余热利用系统采用部分流量取水方式，一路取自#7、#8低加出口凝结水母管，另一路取自氧器上水调门后，两路混合后温度控制在65℃，经低省增压泵依次进入二级低温省煤器和低温省煤器吸热，将二级低温省煤器后烟温降至85℃。低温省煤器出口热水，一部分输送至一、二次风暖风器加热冷一、二次风，另一部分回水至#6低加入口。一、二次风暖风器出水回至低省增压泵入口。

3 技术亮点

本工程采用了机炉串联、炉炉串联、机热（网）串联等方式，提高了多套系统设备的性能如：电除尘系统、脱硫系统、空预器设备、送风机系统设备得到了有效发挥，该系统在经济、安全、环保上进行了全面考量优化。

一级低省采用整体轧制螺旋翅片管。由于一级低省位于电除尘器前高粉尘、粗颗粒区域，受热面管易磨损泄漏，此次受换热管采用一体式整体轧制螺旋翅片管，该管道为14mm厚壁管道，通过中频加热用专用刀具辊扎而成，硬度比原基材提高80%，耐磨性大大提高，同时翅片与基材为一体式零热阻直接传导，换热效果比H型翅片提高40%，换热面积可大大减少，另外，翅片根部为梯形气流沿管道旋转时，可将根部积灰自行清理干净，该管型具有自清灰功能，这种整体轧制螺旋翅片管在国内首次运用到一级低温省煤器系统上。

#1、#2炉暖风器串为互联，相互备用。原送、一次风机出口未加装暖风器设备，靠热风再循环提高空预器冷端温度、但温升有限，冬季空预器冷端温度低，存在硫酸氢铵聚集造成空预器差压大堵塞，同时送风机叶片受再循环热风冲刷磨损严重，易造成设备损坏。为了进一步节能挖潜，提高设备安全可靠性，在送、一次风机出口加装暖风器，采用二级低省回水作为暖风器加热水源、水水换热，提高空预器入口风温。

暖风器采用二级低省回水作为加热水源，水水换热。将#1、#2炉暖风器互为串联，相互备用，在机组启动阶段可采用邻机一级低温省煤器回水加热冷一二次风温，改善机组启动初期锅炉燃烧，缩短投油时间，减少启动油耗，同时改善投煤后的燃烧，避免未燃尽尾部自然风险。

利用二级低省回水加热热网回水，提供采暖供热。冬季城市采暖供热靠中压缸排汽进行加热热网回水，为了节约能耗，设计时一、二级低省串联，利用一级低省回水来加热热网回水，提供采暖供热，减少四抽抽汽量，经过核算能够降低煤耗约3.82g/kWh，但由于目前供热面积小，投资相对较大，暂先预留接口和出具施工图纸，待条件成熟实施。

烟气余热回水成功消除白色烟雨，满足环保排放要求。2016年以来上海、天津、唐山、徐州等相继发布关于消除石膏雨、有色烟羽治理的要求。首阳山项目立项初期就紧盯环保政策和行业发展趋势，针对多种技术路线，采取深度余热回收，利用冷凝来降低吸收塔出口烟温产生废热的技术路线，通过大量的数据计算及理论分析，结合我公司采用的煤质含水低优势，确定将烟气余热利用出口边界条件设定为85℃，以满足2018年11月洛阳政府刚发布《洛阳市人民政府关于深化燃煤电厂污染综合治理的通知》（洛政明电〔2018〕2号）石膏雨、有色烟羽综合治理中吸收塔出口烟温的要求。供电煤耗降低1.62g/kWh，同时达到机组烟气消白目标，节省烟气消白投资费用约7000万元。降低常规烟气消白技术路线的运行成本约2000万/年。

4 经济及社会效益

节能收益。单台机组进行烟气余热深度利用及暖分器改造后，年节省标煤4645吨，年节水10.87万吨，且降低发电煤耗约1.62g/kWh。单台机组投资为2250万元。

环保收益。实施烟气余热深度利用及暖风器改造可减少大量排烟余热，降低机组供电煤耗率，减小脱硫系统耗水量，每年节省标煤量4645吨，脱硫系统每年节省水量10.87万吨，具有明显的环境效益。提前实现了洛阳市政府要求的石膏雨、有色烟羽治理目标要求，不仅节省投资费用4000～7000万，也成为区域内首个烟气消白完成的机组。

烟气余热系统改造不单单减低了锅炉排烟温度至85℃，提高了锅炉效率，同时还提高了电除尘收尘效率以及遏制了石膏雨、有色烟羽的形成，提高了环保指标。是一个可推广应用的系统。