330 MW机组锅炉余热利用节能效果分析

李彦庆，程卫国，武晓俊

（1.国电榆次热电有限公司，山西 榆次 030600；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

330 MW机组锅炉余热利用节能效果分析

李彦庆1，程卫国1，武晓俊2

（1.国电榆次热电有限公司，山西 榆次 030600；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

通过对国电榆次热电有限公司2号炉安装余热利用装置前后参数的对比分析，得出安装余热利用装置有很好的节能效果，并对该装置存在的夏季加热风造成送风机轴温升高、复合相变换热器只能部分工作或者停止工作的问题进行了分析和改造，将相变换热器上段的蒸汽放热分为两条途径，通过阀门进行切换，在冬季时将余热用来加热二次风，替代暖风器；夏季时用来加热低加凝结水，节省汽轮机抽汽量，以达到充分利用烟气余热的目的。

余热利用；排烟温度；加热风；加热凝结水；节能

0 引言

锅炉排烟温度通常是按照经典的控制酸露腐蚀条件的设计规范设计，设计条件下的排烟温度高于酸露点温度的15～18℃，并且随着运行时间的延长，排烟温度会逐渐升高。

排烟温度高于正常燃料酸露点以上的部分，在目前的传统锅炉设计和改造中，设计规范是无法利用这部分低温热源的。如进一步降低锅炉的排烟温度并保证目前空预器的管壁温度不低于烟气露点，采用传统技术是无法做到的。

面对日益严峻的节能减排形势及节约成本要求，突破传统技术，采用新型的设计理念，进一步降低排烟温度，并应用到低温余热回收，已经成为了耗能企业降耗的最重要技术措施之一。

1 复合相变换热器技术

山西国电榆次热电有限公司由中国国电集团公司和山西晋缘网络技术有限公司合作建设。一期工程建设规模为660MW，安装2×330MW直接空冷燃煤供热机组。锅炉型号为DG1164/17.5-Ⅱ型，由东方锅炉（集团）股份有限公司生产。锅炉最大连续蒸发量为1 164 t/h，制粉系统形式为双进双出钢球磨正压冷一次风机直吹式制粉系统，每台炉配置3台磨煤机。空气预热器型式为三分仓容克式空气预热器，除尘器型式为静电除尘器。

为了充分利用锅炉排烟余热，提高锅炉的热效率，2010年1月，在2号锅炉上加装了深圳中兴科扬节能环保股份有限公司生产的“复合相变换热器”，用尾部烟道中回收的低品位热量加热风，节省一部分暖风器消耗蒸汽，还可减少空气预热器积灰、减轻空预器冷段腐蚀、降低脱硫水耗。

复合相变换热器即烟气余热利用装置，是用于锅炉排烟温度下的余热回收和利用装置。该装置技术是上海交通大学发明专利，已经在国内电力、石油、化工、钢铁等数十家企业的中小锅炉上安装应用多年，具有大幅度回收余热的能力，同时保证锅炉不受低温腐蚀，使锅炉节能1.5%～10%。

降低锅炉的排烟温度，是提高锅炉效率的重要途径。而锅炉的排烟温度降低受到空预器低温腐蚀的制约，通常大型锅炉的排烟温度几乎不可能进一步降低。复合相变换热器技术巧妙破解了锅炉排烟温度难以降低的难题。其创新之处在于用一种新的设计理念，将换热器壁面温度与排烟温度的“差”从“倍数”关系变为“加减”关系，大大缩小两者之间的温度差。也就是说，就算排烟温度不高，也能避免结露腐蚀，延长换热器使用寿命。其设计理念以最低壁面温度作为第一设计参数实现了壁温的设定和有效控制（即可控可调），这样设计可以使排烟温度降低20℃，并提高电站锅炉的热效率1%以上。由此可见，该技术能充分发挥自身的核心优势，与现代大型锅炉的一些特殊工艺要求互相补充，同步实现了节能、节水、环保。

同时，作为相关“设计理念”的一次突破，复合相变换热器系列节能技术除了保持热管换热器“高效紧凑”的优点以外，其技术核心如下。

a）以换热器的最低壁面温度作为第一设计参数。

b）改变锅炉尾部低温受热面温度与锅炉烟气排放温度之间的函数关系，在保证低温受热面温度处于较高水平不至于发生低温腐蚀和灰堵结垢的同时，能较大幅度地降低排烟温度。

c）低温受热面的温度始终处于可控可调状态。通过“相变段”水量的调节，可以对受热面最低壁面温度实现闭环控制，实现了壁面温度的恒定和调高调低。

d）保留了热管换热器所具有的高效传热特性的同时，可通过排除不凝气体有效解决老化问题，大大延长了设备的使用寿命。

在实现回收锅炉中低温热能的过程中，复合相变换热器金属受热面最低壁面温度处于可控可调状态，使复合相变换热器能够在相当大幅度内，适应锅炉的各种传热负荷工况的变化，使排烟温度和壁温保持相对稳定。保持金属受热面壁面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的腐蚀区域，从根本上避免了结露腐蚀和堵灰现象的出现，复合相变换热器的最低壁温不仅是设计时可以选取，且在锅炉运行时可通过自动控制设备保持在一个不变的数值。与传统节能方法相比是基本设计理念的变化，该技术在世界上首次提出并实现了换热器局部“整体意义上壁温可控可调”，将制约有效利用余热的“壁面温度与排烟温度的差”从以往的“倍数”关系变为“加减”关系，从而在有效避免“低温腐蚀和灰堵”的同时，使“节能幅度”出现了“量级”意义的变化。

2 节能效果评价试验

2010年5月29日—6月2日，深圳中兴科扬节能环保股份有限公司委托山西电力科学研究院对该机组进行节能效果评价试验，通过对试验数据的分析整理，得出机组的实际运行经济性非常好，节能效果明显。

2.1 试验目的

通过试验得出复合相变换热器在不同负荷工况下的效率、电耗及节能量，为机组节能指标达标验收提供依据。

2.2 试验标准

热力试验方法、测试仪表的选择、测试数据的计算方法参照《电站锅炉热力性能验收试验规程》的标准进行，烟气流速计算方法参考《空气和废气监测分析方法（第四版增补版）》 （中国环境科学出版社出版）进行。

2.3 试验内容

摸底试验：摸底试验在260MW负荷下进行，此时复合相变换热器未投入运行。用于对比相同负荷下复合相变换热器投运前后机组性能的变化。热力试验：试验工况分别在260MW、300MW负荷两种工况下进行。此时复合相变换热器100%投入运行。

2.4 试验方法及要求

试验方法：试验共做2个负荷点，100%额定负荷试验、80%负荷试验，试验期间要求每个负荷点稳定运行8 h以上。电厂负责试验所需参数记录（随时调取试验所需DCS自动参数报表）。

试验测点要求：为了测试的准确性，试验测点按要求采用网格法布置，并应尽可能接近复合相变换热器吸热段和放热段的出入口，且测点附近不应有干扰系统。测点布置如表1所示。

表1 测点布置情况

试验工况开始后直至结束时，锅炉燃烧工况、燃料量、主汽流量、再热器流量、给水流量、汽包水位、过剩空气系数、配风情况、以及所有试验需控制的温度压力流量等参数应尽可能保持一致和稳定。

各主要参数的允许波动范围：煤质∶全水分Mt为±2%；灰分∶Aar为±2%；低位发热量∶Qnetar为± 629 kJ/kg；锅炉负荷为±3%；汽压为±0.3 MPa；汽温为±5℃。

试验期间不得进行锅炉排污及吹灰操作。各测试仪表、取样设备现场安装就绪并经过调整。试验期间不允许进行任何有可能干扰试验工况的操作。

2.5 试验结果的计算

a）数据处理。本次试验中温度和压力参数多重测点的测量值取算术平均值,本次试验中动压的测量值取多重测点的平方根均值。

b）试验结果的计算。

烟气流速计算为

式中，Va为烟气流速，m/s；Kp为靠背管修正系数，这里取0.8；Pd为排气动压，Pa；ts为排气温度，℃。

复合相变换热器总吸收热量Q1计算。

式中，Vg为烟气流量，m3/h；ρg为烟气密度，kg/m3，根据排烟温度查表；Cρg为烟气比热，kJ/（kg·℃），根据排烟温度查表；ΔT为复合相变换热器前、后排烟温度温差，℃；φ为系统热损失系数，取0.98；Q1为复合相变换热器回收热量，kW。

复合相变换热器总吸放热量为

式中，Vkg为空气流量（二次风流量），Nm3/h；ρkg为空气平均密度，kg/Nm3根据空气温度查表；Ckg为空气平均比热，kJ/（kg·℃），根据空气温度查表；ΔT为换热器前、后进风温度温差，℃；φ为系统热损失系数，取0.98。

换热器的热利用率为

吸热段增加阻力为

ΔPy=吸热段烟气进口静压—吸热段烟气出口静压

吸热段功耗计算（两侧烟道合计）为

式中，Vy为总烟气流量，Nm3/h；t为吸风机进口烟温，℃；ΔPy为复合相变换热器烟气侧增加阻力，Pa。

放热段增加阻力为

ΔPk=放热段空气出口静压—放热段空气进口静压

放热段功耗 （两侧风道合计）为

式中，Vk为总空气流量，Nm3/h；t为送风机进口风温，℃；ΔPk为复合相变换热器空气侧增加阻力，Pa。

取送风机效率为80%，则增加电耗为

复合相变换热器总电耗计算

总功耗=Qxd+Qsd

烟气酸露点计算如下。

表2列出了在通常的运行工况下该炉型、典型煤种的烟气酸露点值。表3为本次试验各工况煤质特性检验数据。由表2及表3计算得：工况1酸露点温度为108.6℃,工况2酸露点温度为98.4℃。根据复合相变换热器设计资料，推荐壁温设定值应高于烟气酸露点值10℃；故当该炉燃用工况1煤种时，复合相变换热器吸热段最低壁温值宜设定为120℃，燃用工况2煤种时，复合相变换热器吸热段最低壁温宜设定为110℃。根据测试换热器吸热段后的烟温全高于酸露点温度10℃以上，符合设计要求。

表2 锅炉尾部烟道酸露点计算表 ℃

表3 煤质特性检验数据

2.6 试验结果总结

a）260MW负荷，复合相变换热器未投运工况下，烟气和空气经复合相变换热器后温度基本无变化。单侧烟道平均阻力增加249 Pa，单侧风道平均阻力增加248 Pa。

b）260MW负荷，复合相变换热器100%投运工况下，复合相变换热器吸热段入口烟温150.3℃，出口烟温125.1℃，烟气温度降低25.2℃；复合相变换热器放热段入口空气温度26.1℃，出口空气温度52.9℃，空气温度升高26.8℃。该工况下，单侧烟道平均阻力增加291Pa，单侧风道平均阻力增加237Pa；换热器效率72.4%，电耗增加204.2 kW，以年运行5 500 h、发电煤耗340 g/（kW·h）计算，扣除电耗增量后，年节约标煤4 193.7 t。

c）300MW负荷，复合相变换热器100%投运工况下，复合相变换热器吸热段入口烟温147.2℃，出口烟温122.8℃，烟气温度降低24.4℃；复合相变换热器放热段入口空气温度20.6℃，出口空气温度49.7℃，空气温度升高29.3℃。该工况下，单侧烟道平均阻力增加348Pa，单侧风道平均阻力增加286Pa；换热器效率78.7%，电耗增加259.6 kW，以年运行5 500 h、发电煤耗340 g/（kW·h）计算，扣除电耗增量后，年节约标煤4 702.3 t。

d）通过复合相变换热器加热风温，除了节能效益，还能够有效地防止对空预器的低温腐蚀，延长空预器的使用寿命，降低了设备使用成本。

3 加装余热利用装置效益分析

a）项目节能效益。应用复合相变换热器节能技术后，回收锅炉排烟余热，在保证尾部受热面不发生腐蚀的情况下，锅炉排烟温度可由目前的128℃降至115℃，以年运行5 500 h、发电煤耗340 g/（kW·h）计算，每年节约标煤4 702.3 t。如按标煤500元/t价格测算，年节约235余万元。

b）国家奖励收益。国家发改委对于燃煤工业锅炉（窑炉）改造、余热余压利用、节约和替代石油、电机系统节能和能量系统优化等项目财政奖励，中西部地区节能技术改造项目根据节能量按250元/t标准煤奖励。国家开始实行节能环保项目减免企业所得税及节能环保专用设备投资抵免企业所得税政策。对节能减排设备投资给予增值税进项税抵扣。按照国家对中西部地区奖励政策计算，可获得约100万元节能奖励。

c）碳基金交易。按照节约的标煤计算每年可减排二氧化碳约1.0万t，如果能够实现碳基金交易，其社会效益和经济效益也颇为可观。

4 经验总结

国电榆次热电有限公司安装的烟气余热利用装置是余热利用装置在300MW机组的首次应用，排烟温度大大下降，节能效果非常明显，但难免也出现了许多问题。比如夏季加热风造成送风机轴温升高，复合相变换热器只能部分工作或者停止工作。2011年4月2号炉B级检修时，对相变换热器进行了改造，将相变换热器上段的蒸汽放热分为两条途径，通过阀门进行切换，在冬季时将余热用来加热二次风，替代暖风器；夏季时用来加热低加凝结水，节省汽轮机抽汽量，以达到充分利用烟气余热的目的。

2号B级检修中完成了相变换热器大部分的改造工作，目前改造工作已经结束，改造后能够实现无论冬季、夏季都能充分利用烟气余热的目的。

The Energy Conservation Effect of 330 MW Unit Boiler W aste Heat Utilization

LIYanqing1，CHENG Weiguo1，WU Xiaojun2
（1.Guodian Yuci Thermal Power Co.,Ltd.，Yuci，Shanxi 030600，China; 2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institue，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

According to the comparative analysis of parameters of No.2 boiler before and after installing the waste heat utilization device,it is concluded that the installation of waste heat utilization device has good energy saving effect.The problems that the axial temperatureofblowergetshigher in summerand the heatexchangerworksonly partly oreven stopsworking are analyzed and eased.Steam heating of the heatexchanger can be divided into twoways,when inwinterwaste heatwillbe used to heat the secondary air to replace air heater,while in summerwillbeused toheatcondensedwatersoas tosavesteam turbineextraction amount,in order tomake fulluseof flue gaswaste heat.

waste heatutilization；exhaustgas temperature；heat thewind；heat the condensed water；energy conservation

TK115

A

1671-0320（2015）02-0054-04

2015-01-20，

2015-02-10

李彦庆（1970），男，山西襄汾人，1992年毕业于河海大学机械学院热能动力专业，工程师，从事电厂锅炉专业生产管理、技术监督和设备安全管理工作；

程卫国（1970），男，山西孝义人，2013年毕业于太原电力高等专科学校，助理工程师，技师，从事电厂锅炉制粉系统技术和设备管理工作；

武晓俊（1984），男，山西文水人，2010年毕业于华北电力大学工程热物理专业，硕士，工程师，从事锅炉调试及优化运行工作。