烟气冷却器的节能效果评价

段立强，李 冉，杨勇平

(华北电力大学 能源动力与机械工程学院，北京 102206)

0 前言

排烟损失是火电厂锅炉各项热损失中最大的一项，占了锅炉总的热损失的70% ～80%[1]。我国很多火力发电厂的锅炉排烟温度都超过设计值较多，因此如何有效的利用烟气余热，减少排烟热损失，具有重要意义。

烟气冷却器是利用排烟余热加热凝结水的节能设备。该设备利用锅炉排烟来加热凝结水，从而替代部分汽轮机抽汽，使汽机做功增加，机组经济性提高[2]。

传统的热力学第一定律分析法仅从能量平衡角度出发，计算出采用烟气冷却器后整个机组煤耗的降低量，但不能深层挖掘烟气冷却器对机组各个设备能耗的影响。本文根据单耗分析理论，深入分析了烟气冷却器的节能效果。

1 单耗分析理论

“单耗分析”是基于热力学第二定律，所提出的一种能量系统分析理论[3]，更加直观的表示出了设备的能耗分布情况，为节能降耗提供了明确的理论依据。

1.1 单耗的简介及一般表达式[3－5]

产品的单耗由两部分组成:理论最低单耗和附加单耗。

理论最低单耗是指在可逆情况下，单位产品在理论上所必须消耗的最低燃料量。其表达式为

式中ep，eF——单位产品和单位燃料的值，在没

有任何附加损失的理想系统中P=F。

生产某种产品的理论最低单耗是个定值。附加单耗bI则因设备而异，对于同一设备又因该设备的结构状态和运行情况而不同[3]。

1.2 电力生产的最低理论单耗[5]

生产不同的产品，其燃料单耗的量纲不同。对于发电过程，其燃料单耗的量纲是g/kWh[5]火电机组以煤为燃料，煤的比为1 kg标煤理论上可能转变成的功量(电量)

1.3 设备内部的附加单耗[3]

根据定义，热力系统中各设备的附加单耗计算公式如下

式中Ii——设备i的损失/kJ·s－1;

P——机组发电量/MW。

2 实例分析

本文对某2×1 000 MW超超临界火电机组的烟气余热利用方案进行深入分析。

2.1 机组原则性热力系统

图1 机组热力系统图Figure 1 The flowchart of unit thermal system

2.2 机组参数

(1)锅炉:1 000 MW超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉。

表1 锅炉主要设计参数Table1 Main design parametersof boiler

(2)汽轮机:单轴、四缸四排汽，中间再热反动凝汽式汽轮机，采用八级回热抽汽，分别供给三个高压加热器、除氧器、四个低压加热器。

(3)煤种特性见表2。

表2 煤质特性Table2.Components of Coal

(4)烟气的酸露点[6－8]

根据苏联1973年锅炉热力计算标准中列出的公式计算得到烟气露点温度

式中tld——烟气露点温度/℃;

——烟气水露点温度/℃;

β——系数，取值125;

——烟气中的折算硫含量/[%];

经计算烟气的酸露点温度为87.44℃。

3 不同联结方式的节能效果比较

该机组的排烟温度为125℃，为防止烟气温度低于酸露点温度引起设备酸腐蚀，烟气冷却器出口烟温定为90℃。而烟气冷却器水侧温度的选取，需综合考虑其经济效益及对低温腐蚀的影响。虽然采用较低的冷凝水进口温度能有效增大传热温差，减小换热器的外形尺寸和重量，节省了初期投资，但是其经济效益却低于采用较高进水温度的方案，这主要是由于在抽汽量相同的情况下，高一级低加抽汽做功的能力要明显高于低一级低加的抽汽做功能力。根据机组的回热系统热平衡图，6#低压加热器的入口水温选为烟气冷却器的入口水温最为适宜。

3.1 烟气冷却器与低压加热器串联模型

串联时(如图2)，烟气加热全部凝结水，使流进6#低压加热器的凝结水温上升，汽轮机抽汽量随之降低，汽机做功增加，机组效率提高。

通过热力计算[9]，在变工况下，系统串联了烟气冷却器后的节能效果见表3。以额定工况为例，在保证进汽量不变的情况下，系统串联了烟气冷却器后，6#低加的入口凝结水温增加了15.1℃，汽轮机做功量增加 5.956MW，发电煤耗下降1.609 g/kWh。

图2 烟气冷却器与6#、7#低加串联Figure2 The series connection of flue gas cooler with the No.6 and No.7 heaters

表3 烟气冷却器与6#、7#低加串联的节能效果Table3 The energy－saving effect of the series connection mode

3.2 烟气冷却器与低压加热器并联模型

并联时(如图3所示)，烟气加热部分凝结水，使流经6#低加的凝结水流量减小，汽轮机抽汽量随之降低，汽机做功增加，机组效率提高，(如图3)。

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图3 烟气冷却器与6#低加并联Figure3 The parallel connection of the flue gas cooler with the No.6 heater

表4 烟气冷却器与6#低加并联的节能效果Table4 The energy－saving effect of the parallel connection mode

表4反映了机组在不同工况下，当系统并联了烟气冷却器后对机组节能效果的影响。与串联时的趋势相同，随着机组负荷的降低，烟气冷却器的节煤效果逐渐下降。当机组负荷低于75%THA时，并联的节煤效果要明显优于串联(见图5)。

图4 烟冷器的两种集成方式使机组做功增加量随工况变化趋势Figure4.The change trend of the power increase with the load change at two integration modes of flue gas cooler

4 烟气冷却器与系统集成后对汽轮机侧能耗的影响

4.1 烟气冷却器与系统集成后对各级加热器内部能耗的影响

通过热力计算得出了系统联结烟气冷却器后，机组总体的节能效果。而利用单耗理论，能够更清晰的反映出系统联结烟气冷却器后各级加热器内部所发生的能耗变化。

(1)加热器i内部的损失Ii

图5 烟冷器的两种集成方式使机组发电煤耗减少量随工况变化趋势Figure5 The change trend of the unit coal consumption decrease with the load change at two integration modes of flue gas cooler

式中 ∑Ein、∑Eout——流入、流出加热器的总量;

DFw，i+1——第i+1级加热器出口给水流量;

eFw，i+1——i+1 级加热器出口给水比;

ec，i——第i级加热器的抽汽比;

Ds，i－1——来自第i－ 1 级加热器的疏水流量;

es，i－1——来自第i－1 级加热器的疏水比。

回热系统与烟气冷却器集成后，由于利用烟气余热来加热凝结水，使回热抽汽量减少，加热器内部的损失也随之发生了变化。当烟气冷却器与6#、7#低压加热器串联，或与6#低加并联时，主要排挤了6#低加的抽汽量，故导致6#低加内部附加单耗的变化最大。

烟冷器与6#、7#低加串联时，6#低加内部的附加单耗比并联时小。这主要是由于串联时流经烟冷器的凝结水量是全部凝结水的流量，而并联时的流量是部分凝结水，在吸收等量烟气余热后串联的温升较并联时小，所以损失小。同时由于串联时流量大，所以凝结水与烟气的换热效果也好，损失小。并联时，烟冷器出口被加热了的部分凝结水还要与流经6#低加的另一部分凝结水混合，混合过程也会产生损失。故造成串联时加热器内部的附加单耗要比并联时小的多，见图6。

(2)加热器内部的附加单耗

根据公式(5)，计算加热器内部的附加单耗:

图6 系统与烟气冷却器的不同集成方式对各级加热器内部附加单耗的影响Figure 6 The changes on the additional unit consumption of every heater in regenerative system after integrating the flue gas cooler

4.2 烟气冷却器与系统集成后对汽轮机本体能耗的影响

回热系统联结了烟气冷却器后，利用烟气余热加热凝结水替代了汽轮机部分回热抽汽量，使汽轮机做功增加，但排汽量也随时增加，使排汽损失增大。表6反映了加装烟冷器后汽轮机本体及凝汽器附加单耗的变化量。由于6#低加的抽汽来自汽轮机的低压缸，当6#低加吸收烟气余热后，替代了部分6#回热抽汽，使低压缸的排汽量增加，排汽损失增加，故低压缸的附加单耗增加。同时，凝汽器吸收的汽机排汽流量增加，使凝汽器的损失增加[10]，故附加单耗增加，趋势见表5。

表5 烟冷器与系统集成后汽轮机本体及凝汽器内部能耗的变化Table5 The changes on the additional unit consumptions of steam turbine and condenser after integrating the flue gas cooler

5 结论

(1)降低标准煤耗

利用烟气冷却器回收烟气余热能够替代部分回热抽汽，减少了回热系统对低压缸的抽汽，使汽轮机做功量增加，提高整个系统的经济性，机组煤耗降低。

计算表明:按照并联集成方案，在75%的平均负荷下，煤耗约降低1.48 g/kWh，按全年发电量56.7亿kWh计，每年可节省标准煤约839 1.6 t，标煤价格按1 200元/t(2011年底)，每年可节省燃煤费约1 007万元。

(2)不同联结方式的差异

烟气冷却器以相同的入口水温分别串联和并联在同级加热器所带来的节煤效果差异不大。但是随着机组的负荷降低，并联的节煤效果要逐渐优于串联。

同时，不同的联结方式对加热器内部的能耗影响有所不同，串联时该级加热器内部的附加单耗要明显低于并联时的附加单耗。

(3)排烟温度降低的限制

烟冷器出口的排烟温度越低，回收的烟气余热越多，但是为防止受热面发生酸腐蚀，排烟温度必须高于烟气的酸露点。若能在材料上有所突破，就可获得更低的烟气温度，提高热经济性。

[1]花秀峰，李晓明.火力发电厂烟气余热利用的分析与应用[J].节能，2011(11):89－91.

[2]林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安:西安交通大学出版社，1994.

[3]宋之平.单耗分析的理论和实施[J].中国电机工程学报，1992，12(4):15 －21.

[4]宋之平，胡三高，周少祥.热力学分析与节能论文集:能量系统的单耗分析[M].北京:科学出版社，1993.

[5]周少祥，胡三高，宋之平，等.单耗分析理论与结构系数法的对比分析[J].工程热物理学报，2006，27(4):549－552.

[6]蒋安众，王罡，石书雨，等.锅炉烟气酸露点温度计算公式的研究[J].锅炉技术，2009，40(5):11 －17.

[7]A.G.Okkes，Badger B.V.Get Acid Dew Point of Flue Gas[J].Hydrocarbon Processing，J uly 1987:53 －55.

[8]Verhoff，F.H.;Banchero，J.T.Predicting Dew Points ofFlue Gases[J].Chem.Eng.Prog.1974，70(8):71 －72.

[9]郑体宽.热力发电厂[M].北京:中国电力出版社，2001.

[10]刘强，段远源.超临界600 MW火电机组热力系统的火用分析[J].中国电机工程学报，2010，30(32):8 －12.