作者：郑 丽
南京轩能电力科技有限公司
摘 要：硫氧化物、氮氧化物、烟尘的排放主要来源是燃煤机组。以国内某电厂为例,对空预器出口至电除尘入口之间的烟道进行改造,通过加装低温省煤器,回收热量,节约煤耗,烟气最终可达到超低排放的环保标准。分析了在设计过程中低温省煤器安装位置和凝结水取水位置的选择,以及设备防磨、防积灰、防腐蚀的措施和节能收益。设备投运后节能效果明显。
关键词：低温省煤器; 节能; 超低排放;
国内火电厂的锅炉普遍存在排烟温度偏高的问题,排烟温度偏高不仅降低了锅炉的效率,影响电厂的热经济性,而且影响除尘器的安全稳定运行。如果能把这部分热量回收,可为火力发电厂节约大量的燃料,实现资源的最大化利用。煤燃烧会产生硫氧化物、氮氧化物、烟尘和有害重金属等,燃煤污染已成为制约我国经济社会可持续发展的一个重要问题。《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中重点地区排放标准为烟尘≤20 mg/m3、SO2≤50 mg/m3、氮氧化物≤100 mg/m3。超低排放为更严格的环保标准,即在基准氧含量6%条件下,烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3,比《火电厂大气污染物排放标准》中规定的燃煤锅炉重点地区特别排放限值分别下降50%、30%和50%,是燃煤发电机组清洁生产水平的新标杆。
某电厂为330 MW燃煤汽轮发电机组,锅炉为B&WB-1025/18.44-M型、亚临界一次中间再热、自然循环、固态排渣煤粉炉。燃烧器为双调风DRB型旋流煤粉燃烧器,前后墙对冲布置,共计布置4层燃烧器,每层前、后墙各4只,每只燃烧器配备1套高能点火器和出力为500 kg/h的油枪,每个燃烧器和油枪各配备1只火焰检测器,油煤火检为备用。采用冷一次风正压直吹式制粉系统,配备4台MPS-225型平盘中速磨煤机,空气预热器为三分仓旋转式。
本次改造要求烟囱出口烟尘排放浓度小于10 mg/m3,现有装置已无法满足排放要求。根据国内同类机组改造经验,一般都要求脱硫塔入口浓度不大于30 mg/m3,因此电除尘器提效改造按出口浓度不大于30 mg/m3进行选型设计。通过控制脱硫塔进口烟尘浓度不大于30 mg/m3,同时经过脱硫塔的协同作用,最终实现烟尘排放浓度小于10 mg/m3。
低温省煤器安装在除尘器入口处的4个垂直烟道上,每个烟道装1台低温省煤器,共装4台低温省煤器。烟气自下而上与翅片管内的凝结水换热,烟气流速设计为7～10 m/s,在保证一定换热系数的同时,又可避免烟速过高而产生不可控的磨损。将烟气温度从145℃降到95℃,同时出口烟道上留有温度测点,与变频水泵信号连锁,在冬季烟温低的时候调节进水流量,保证出口烟温始终在95℃左右。低温省煤器装在除尘器之前的优点是:空预器出口的烟气经低温省煤器回收热量后烟温降低,烟气体积流量减少,飞灰比电阻降低至电除尘的最佳效率区间,比集尘面积增大,风速降低,除尘器效率提高;引风机和脱硫增压风机容量减小,能耗减小;同时进入脱硫装置的烟温降低,脱硫系统用水随之减少。
低温省煤器前加装导流板,并对流场进行CFD模拟和优化,确保加装低温省煤器后4个烟道的流量均衡。在低温省煤器入口处,烟气温度最高,流速最快,采取设置2排假管作为防磨措施。每台低温省煤器本体设置声波吹灰器4台,蒸汽吹灰器2台,同时换热管选用耐低温腐蚀材料的ND钢,降低设备发生积灰和腐蚀的可能性。ND钢是目前国内外比较理想的“耐硫酸低温露点腐蚀”用钢材,其化学式为09CrCuSb,抗腐蚀原理是:由于溶解而发生钝化,在钢的表面形成一层富Cu、Cr、Sb等合金元素,从而具有高的耐硫酸腐蚀能力。ND钢的主要考核指标为:(70℃、50%H2SO4溶液中浸泡24 h)腐蚀速率不大于14 mg/cm·h,耐腐蚀能力是不锈钢的2.97倍,是碳钢的14.11倍。
为了回收燃煤锅炉的低温排烟余热来加热给水,省煤器遇到的最大风险是烟气的硫酸露点腐蚀。如图1所示,金属有2个严重腐蚀区,即运行壁温120℃附近的温度区域和水露点以下的区域。水的对流传热系数远大于烟气的对流传热系数,故换热管的壁温接近水侧的温度。为避免低温省煤器的换热面发生严重腐蚀,装置的壁温须小于105℃且高于烟气中水蒸汽饱和温度25℃。本次设计最终确定凝结水取水温度为70℃。
图1 金属管壁温度与腐蚀速度的关系
依据电厂汽轮机的热平衡图,在2#低加出口取一部分凝结水,管路上设置电动开关阀,阀门常开,这一路作为主路。在1#低加进口取一部分凝结水,管路上设置电动调节阀,当进低温省煤器的总管路温度高于70℃,通过此路调节水温。低温省煤器出水口回3#低加出口的管路上取一部分凝结水作为再循环管路,管路上同样设有电动调节阀,当进低温省煤器的总管路温度低于70℃,通过此路调节水温。凝结水管路流程如图2所示。这3路管线确保在不同季节的任何工况下,进低温省煤器的水温都在70℃左右,保护低温省煤器不发生严重腐蚀。
图2 低温省煤器进口水温控制方式
加装低温省煤器后的工艺参数如表1所示。机组的发电标准煤耗率降低约1.1 g/kW·h。
表1 低温省煤器热力参数(BMCR工况)
机组尾部烟道安装低温省煤器后,会增加烟气阻力和工质阻力,相应地会增加引风机和水泵的功耗。
本方案低温省煤器布置在电除尘前,阻力为341 Pa,BMCR工况条件下运行时引风机处烟气温度由原来的145℃降到95℃,温降为50℃,烟气体积流量减少11%。因此,烟气体积流量减少而腾出引风机出力与低温省煤器增加的阻力相抵消。
因取水点位置离低温省煤器较远,经核算,管路阻力损失后,需要增加2台离心泵,一用一备,单台离心泵的功率为110 kW。
低温省煤器降低烟气温度的同时,使得进入脱硫吸收塔的烟气温度随之降低,脱硫塔水耗减少约34 t/h。
低温省煤器投运后,除尘器入口的烟温从145℃降至95℃,低温省煤器未出现明显的磨损、腐蚀问题。本次改造既回收了锅炉尾部热量,提升了汽轮机出力,降低了汽轮机热耗与机组发电煤耗,又减轻了污染,进一步证明了低温省煤器是改变锅炉排烟温度过高的一种可行的、经济的、合理的方法,机组整体节能效果明显。
作者简介： 郑丽(1983—),女,江苏南京人,硕士,工程师,从事余热利用方面的工程设计工作。
（来源：技术与市场）
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