350MW机组低温省煤器系统节能减排效益分析

李飞

（大唐环境产业集团股份有限公司大唐（北京）能源管理有限公司北京100097）

350MW机组低温省煤器系统节能减排效益分析

李飞

（大唐环境产业集团股份有限公司大唐（北京）能源管理有限公司北京100097）

降低煤耗和碳排放是中国煤电行业在“十三五”期间面临的重大挑战。本研究以某350MW典型亚临界机组为研究对象，在空预器和电除尘器之间的烟道设计加装低温省煤器，用等效热降法计算了系统在THA工况下的节能减排收益。结果表明：机组发电标煤耗和供电煤耗分别降低了2.8g/kW·h和2.5g/kW·h，当年等效运行小时数为4500时，每年可降低标煤耗3997.7t，节约燃料成本319.8万元，有着显著的节能效益和经济收益；机组每年排碳量可减少3167.0t，大约相当于78.2ha中国森林的平均碳俘获量，在国内外碳排放交易市场正在建立与完善的背景下，系统逐年的减排量有着巨大的潜在收益。

低温省煤器；煤耗；等效热降法；节能减排；亚临界机组

1 引言

2014年，三部委联合发布了《煤电节能减排升级与改造行动计划》，要求到2020年中国现役燃煤发电机组平均煤耗降至310g/kW·h；同年，发改委在《国家应对气候变化规划》中提出“2020年单位GDP碳排放水平比2005年降低40%-45%”。尽管煤电行业的节能改造工程已取得了一定成效，但“十三五”期间，其节能减排任务依旧艰巨，进一步降低发电煤耗势在必行。

锅炉是燃煤电厂三大主机之一，其排烟热损失约占锅炉热损失总量的70%~85%[1]。研究表明，烟温每提升10℃，锅炉热损失就会提高0.6%~1.0%[2,3]。目前中国火电机组排烟温度普遍比设计值高20℃左右[4]，有着很大的节能减排潜力。在锅炉尾部烟道加装低温省煤器可有效回收其排烟余热，是提高机组能效的有力途径[5]。对于煤耗较高的亚临界机组，热效率的提高往往能获得更大的节能减排收益。

本文以国内某亚临界机组为研究对象，在其锅炉尾部烟道设计加装低温省煤器，回收其排烟余热加热凝结水。基于等效热降法计算和分析其节能减排收益，为同类机组提供参考。

2 热力系统改造

2.1 系统概况

某350MW燃煤湿冷机组，锅炉为亚临界、一次中间再热、双拱形单炉膛、自然循环汽包型。汽轮机为单轴双缸、双排气凝汽式汽轮机，设有4台低压加热器、3台高压加热器与1台除氧器。由于设备老化以及燃用煤种变化等原因，锅炉空气预热器出口烟温高达132℃，影响了电除尘系统工作效率；烟气携带的大量余热不仅直接造成了能源浪费，而且增加了引风机电耗和脱硫系统水耗，显著降低了电厂的热经济性。合理回收利用锅炉排烟余热对机组的节能减排有着重大意义。

2.2 改造方案

本方案设计在空预器出口至电除尘器入口的4个水平烟道加装低温省煤器（每个烟道设置1台），回收利用排烟余热加热系统凝结水。换热器由多个独立模块组成，采用双H型翅片管，材料为耐磨、耐腐蚀的ND钢与20G（低温段采用ND钢），规格为Φ38×5，H型翅片厚度为2mm。由于电除尘器前烟尘含量较高，因此在每个模块印封面安装2排防磨假管。单台低温省煤器的参数见表1。

表1 单台低温省煤器参数

低温省煤器水侧通过增压泵与凝结水系统相连，采用与3号低压加热器并联的方式布置，其工艺流程如图1所示（由热平衡图简化）。由凝汽器而来的凝结水依次通过1～4号低压加热器，其中1、3号为汇集式加热器，2、4号为疏水放流式。低温省煤器烟气侧采用顺列管排逆流方式布置，控制换热段烟气压降不高于380Pa。

图1 低温省煤器流程简图

3 节能减排效益

3.1 等效热降与抽汽效率的计算

等效热降法由前苏联学者库兹涅佐夫提出，后经西安交通大学林万超教授等人拓展形成了完整的理论体系[6]。该方法属于能量转化中的热平衡法，采用相对简便的局部运算代替整个系统的复杂计算，被广泛应用于诊断或预测热力系统局部变化的经济性[7,8]。本研究采用等效热降法对机组汽轮机各级抽汽的等效热降（Hj）和抽汽效率（ηj）进行了计算，计算公式下：

式中，hj——加热器j的抽汽焓（k J/kg）

hn——汽轮机排汽焓（kJ/kg）

Hr——r级抽汽的等效热降（kJ/kg）

qr,qj——加热器r、j中1kg抽汽的放热量（k J/kg）

Ar——视加热器类型选择疏水放热量或凝结水的焓升（kJ/kg）[6]

计算结果如表2所示，前6级抽汽等效热降与抽汽效率随级数增大而增大，7-8级加热器由于抽汽焓值较低，所以H与η有所降低。

表2 汽轮机各级抽汽等效热降与抽汽效率

3.2 节能减排效益计算

低温省煤器与3号低压加热器并联布置，流经换热器的凝结水量相对于1kg新蒸气的份额α为：

式中，Dd——流经换热器的凝结水流量（t/h）

D——新蒸气流量（t/h）

根据等效热降法，加装低温省煤器后，系统获得的实际做功收益△H为[6]：

式中，td——低温省煤器出口水焓（kJ/kg）

t3——3号低压加热器出口水焓（kJ/kg）

η4——4号低压加热器抽汽效率

η3——3号低压加热器抽汽效率

τ3——3号低压加热器前后的焓升（kJ/kg）

低温省煤器使系统热经济性相对提高量△η为：

式中，H——新蒸气等效焓降（kJ/kg）

发电节约标煤量△b为：

式中，b——机组原发电标煤耗（g/kW·h）

由于加装低温省煤器增大了系统水侧和烟气侧的阻力，增压水泵和引风机的电耗会增大。在计算供电煤耗的时候，需从发电煤耗降低值中扣除这些部分。该部分煤耗由设备增加的电耗（功率）计算[9]。

3.3 节能减排效益分析

本方案的节能减排效益如表3所示。在THA工况下，加装低温省煤器使系统热经济性相对提高了0.876%，机组发电标煤耗降低了2.8g/kW·h，供电标煤耗降低了2.5g/kW·h。以800元/t的标煤价计算，在年等效运行小时数为4500h的情况下，机组每年可分别节约标煤和设计煤约3997.7t和4581.9t，减少319.8万元的煤耗成本，节能效益显著。

表3 加装低温省煤器节能减排效益

加装低温省煤器可使机组每年排碳量减少约3167.0t（年等效运行4500h）。随着全球变暖问题的加剧，地球的碳收支动态早已成为了世界各国关注的热点，在陆地各类型植被中，森林是大气二氧化碳最重要的汇。据最近第八次全国森林资源清查报告，中国森林资源的平均碳存储密度约为40.514t/ha[10]。以此推算，系统每年的碳减排量相当于78.2ha森林的碳俘获量，减排效益显著。此外，在国内外碳排放权交易市场正在建立与完善的背景下，系统逐年积累的碳减排量可显著降低电厂运营成本，有着巨大的潜在收益。由于煤耗的降低，锅炉烟道出口硫排放量每年可减少15.6t，这在一定程度上降低了烟道后部脱硫设备的负担；此外，排烟温度的下降也可以使脱硫设备的水耗大幅降低，在节约资源的同时降低了系统运行成本。

4 结语

本研究以350MW典型亚临界燃煤机组为研究对象，在空预器和电除尘器之间的烟道加装低温省煤器，用等效热降法计算了系统节能减排的收益，结果表明：在THA工况下，机组发电标煤耗和供电煤耗分别降低了2.8g/kW·h和2.5g/kW·h；当年等效运行小时数为4500h时，系统每年可节约标煤3997.7t，减少319.8万元的煤耗成本，机组每年排碳量可减少3167.0t，锅炉烟道出口硫排放量可减少15.6t。

降低煤耗和碳排放是中国“十三五”期间的重大战略规划，也是电力行业向高度节约模式转型的必由之路。对排烟温度过高的燃煤机组加装低温省煤器可实现烟气余热的深度利用，在节约煤炭和水资源的同时，可减少二氧化碳和其它大气污染物的排放，具有显著的节能减排效益。

[1]闫斌.1000MW超超临界空冷火电机组低温省煤器系统设计优化[D].北京：华北电力大学,2014.

[2]崔立明.卢权.350MW亚临界锅炉加装低温省煤器节能及环保应用分析[J].神华科技,2015,13（2）：89-93.

[3]闫顺林,李永华,周兰欣.电站锅炉排烟温度升高原因的归类分析[J].中国电力，2000,45（6）：20-22.

[4]张超.锅炉低温省煤器系统优化设计及热经济性分析[D].吉林:东北电力大学,2015.

[5]康晓妮,马文举,马涛,等.320MW机组锅炉加装低温省煤器的经济性研究[J].热力发电,2012,41（5）：8-11.

[6]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.

[7]张国柱.电厂锅炉排烟余热利用系统设计优化[J].资源节约与环保,2013,12（12）：30-31.

[8]何川，孔德伟，马素霞,等.600MW机组烟气余热利用技术综合分析[J].热力发电,2016，45（7）：1-6.

[9]安连锁.泵与风机[M].北京:中国电力出版社,2008.

[10]国家林业局.第八次全国森林资源清查结果[J].林业资源管理, 2014（1）：1-2.

李飞（1984—），男，工程师，从事火电节能技术研发工作。