新型高效直通道低温省煤器在高温高压锅炉中的应用

刘 禄，杨继锐

（河北钢铁集团邯钢集团公司邯宝能源中心，河北邯郸 056015）

前言

排烟损失是工业锅炉生产中最重要的一项热损失，一般占到了损失热量的5%～12%，甚至占到锅炉总热损失的80%或者更高。煤气锅炉排烟温度大多在150℃左右，减少排烟损失，降低排烟温度，可以有效节约能源、提高锅炉设备的热效率，其带来的环保效益、社会效益以及经济效益都是相当客观的。

1 降低锅炉排烟温度的技术方案

1.1 提高空气预热器性能，增强空气与烟气换热，提高空气出口温度，降低烟气排烟温度

(1)增加空气预热器面积

空气——烟气换热增加传热性能导致设备体积增大和投资增加，现场改造不具备条件；另外，排烟温度降低腐蚀加剧，导致整台设备腐蚀等级提高，投资进一步增大，根据生产实际的需要，新建或改造均实施困难。

(2)设置热媒水式空气-烟气换热器

利用空气预器出口的烟气加热热媒水，再利用热媒水对空气进行预热，预热后空气再进入空预器。结合工厂生产实际，该方案系统复杂，投资大，运行维护成本高。

1.2 增设低温省煤器

利用烟气加热凝结水降低排烟温度，凝结水被加热、升高温度后再返回汽轮机低压加热器系统，代替部分低压加热器的作用，是汽轮机热力系统的一个组成部分。

低温省煤器将节省部分汽轮机的回热抽汽，在汽轮机进汽量不变的情况下，节省的抽汽在汽轮机内部继续膨胀做功。在锅炉燃料消耗量不变的情况下，提高机组的热效率，降低机组发电单耗，进而提高发电量。经过现场勘察，反复论证，认为该方案实施较为简单，投资适中，节能效益高。

1.3 两个技术方案的优、缺点分析

经过对两个技术方案进行论证分析，增设低温省煤器降低排烟温度在国内外发电厂得到广泛应用。经过多年的运行实践，国内传统的低温省煤器主要存在腐蚀、积灰、维护量大、使用寿命短等问题。邯钢260 t/h高温高压锅炉烟气余热回收项目采用了新型高效直通道的低温省煤器，具有耐腐蚀、抗积灰、寿命长等特点，可以有效的解决传统低温省煤器出现的问题。

2 传统低温省煤器和新型高效直通道低温省煤器的特点

2.1 传统低温省煤器存在的问题

邯钢西区自备电厂有3台杭州锅炉有限公司制造的260 t/h高温高压锅炉，低温省煤器的换热元件主要采用螺旋鳍片管，材料选用20GB3087-99钢。经过几年的运行，主要存在以下几方面的问题：

腐蚀：烟温降至90℃，低于酸露点；

积灰：酸结露后吸附灰尘，堵塞严重；

吹灰：无法彻底吹扫干净；

压降：风机能力有限，阻力影响运行；

安装空间：体积庞大，实施困难；

维护费用高：换热器每1～3年就需要更换一次换热元件，定期需要除尘除垢，工程量大，维护费用高。

螺旋鳍片管式省煤器运行半年后会出现积灰堵塞、低温腐蚀严重的现象，运行几年后，影响锅炉引风机的出力，导致炉膛负压降低，使锅炉不能高负荷运行，影响锅炉的热效率和经济性。为了解决影响锅炉出力这一难题，对2#锅炉低压省煤器的换热管束进行拆除，有效解决了2#锅炉不能高负荷运行的难题。（图1是邯钢西区自备电厂2#锅炉拆除腐蚀堵塞的低压省煤器换热管）。

图1 邯钢260 t/h锅炉低压省煤器积灰堵塞

2.2 新型高效直通道低温省煤器的特点

邯钢西区自备电厂2#高温高压煤气发电锅炉，在引风机进口烟道安装新型高效的直通道低温省煤器，省煤器采用“直通道、无触点”的板式结构和“双相不锈钢2205”优质材料，见图2，相比传统的低温省煤器有更多的优点：

图2 新型高效直通道烟气换热器三维图

（1）传热效率高。直通道板式传热元件，与管式相比总传热系数提高1倍以上。

（2）重量轻、体积小、结构紧凑。换热器重量仅为螺旋鳍片管结构的1/3，体积小并作为烟道的一部分进行安装，实施简单。

（3）抗腐蚀性能良好.选用高级耐蚀材料双相钢2205，具有良好的耐腐蚀性能，无论燃煤、焦炉烟气、高炉煤气，烟温均降至90℃。

（4）优良的抗积灰性能。光滑直通道板型，没有背风面和遮挡面；较高的烟气流速，烟气的湍流程度高，均匀的流动场，无滞流区；

（5）吹灰方便、彻底.烟气的通道为直通道板型，无死区，无遮挡，且烟气的行程在600～800 mm，相比管式结构的烟气行程3～6 m，吹灰更方便、彻底。

（6）优良的抗磨损性能.传热元件硬度较碳钢提高近一倍；光滑直通道板型抗磨损性良好。材质硬度见表1。

表1 材质硬度表

（7）阻力降低

光滑直通道板型，短行程的特点使烟气阻力降可长周期保持500～800 Pa。

3 烟气余热回收系统

3.1 系统工艺流程

邯钢西区能源中心2#锅炉出力在230 t/h左右，其中锅炉燃烧系统烟气在700℃左右，经过上省煤器、下省煤器、空气预热器、低压省煤器后温度降至140℃左右排放至大气。采用SD新型高效直通道烟气余热回收技术将排烟温度由140℃降低至90℃，回收烟气的热量将2#汽机低压加热器出口凝结水由65～90℃加热至90～115℃。低温省煤器水系统串联在汽机2#、3#低加之间，60 MW汽轮机组在运行时，2#低加出口的纯凝水经低温省煤器加热后进入3#低加入口，经3#低加再次加热以后，最终进入除氧器，使系统热量利用更充分。减少了汽机进入低压加热器的蒸汽量，使更多的蒸汽用来膨胀做功，提高机组的热效率，降低汽机单耗，提高机组发电量。同时，进入除氧器的水温度升高，减少了除氧加热蒸汽的消耗，使热力系统的热能循环利用率提高。（余热回收系统的工艺流程如图3）

根据运行工况，锅炉低温省煤器与汽机低压加热器即可串联运行又可并联运行，随时调整运行方式，可以防止省煤器的低温腐蚀，保证运行的安全性及可靠性。

为防止烟气温度过低会腐蚀低温省煤器及引风机叶轮，在省煤器凝结水侧设置自动调节旁路，调节凝结水量控制排烟温度，使锅炉排烟温度在合适的范围内运行。

图3 系统工艺流程图

3.2 系统设计参数

2#锅炉最大运行负荷工况下烟气量：350000 m3/h，排烟温度：140℃，系统设计参数如下：

烟气量：350000 m3/h，

烟气进口温度：140℃，

烟气出口温度：95℃，

配置系统热量：6.24 MW,

凝结水:

进换热器温度:69.0℃，

出换热器温度:94.71℃，

流量:180 t/h。

3.3 低温省煤器布置

锅炉配套两台引风机，有两个排烟烟道，将新型高效的低压省煤器布置在两台引风机入口水平烟道上，并作为烟道的一部分安装。

4 新型高效低温省煤器经济效益计算

2#发电机组经济效益按照平均每小时发电35000 kWh，年运行7500 h计算，节能效益计算如下：

4.1 烟气回收热量

2#发电机组在上述工况下运行，锅炉烟气的体积流量为219000 m3/h,设计烟气温度由130℃降至92℃，回收烟气热量P=3.29 MW。

回收热量计算公式如下：Q=C·M·(T1-T2)

式中：Q为热量，单位J；

C 为比热容，水的比热容为 4.2×103J/(kg﹒℃)；M为凝结水质量，单位kg;T1为凝结水出口温度，℃；T2为凝结水进口温度，℃。

4.2 增加发电量

根据汽机厂THA工况下热平衡图，3#低加抽汽参数和汽轮机出口蒸汽参数如表2。

表2 3#低加抽汽参数和汽轮机出口蒸汽参数

每小时可减少3#低加抽汽量=P×3600/（H3-H2）=3.29×3600/（2800-502）=5.16 t/h；按汽机的发电效率为90%计算每吨蒸汽的发电量：少抽每吨蒸汽的发 电 量 =（H2-H1）×1000 ×0.9/3600=（2800-2332）×1000×0.9/3600=117.00 kW·h/t；减少 5.16 t抽汽的发电量=117.00×5.16=603.72 kW·h。

4.3 经济效益计算

安装低温省煤器增加了烟气系统的阻力约500 Pa，增加了锅炉两台风机的功率；同时，烟气经换热装置后温度降低，体积流量减小约30%，由此会减小风机的功率。根据风机的参数进行相关计算论证，低温省煤器运行时基本不增加风机的功率。

2#发电机组的发电负荷平均每小时为35000 kWh，减少进入3#低加抽汽可使机组发电量提高约1.7%；机组每年增加的发电量=7500×5.16×117.0=4527900 kW·h；年节约标煤 0.1808万t；年减少温室气体CO2排放量0.45064万t、SO2排放量0.01356万t、NOX排放量0.00678万t；发电电价按0.48元/kW·h计，每年机组增加的发电量可创经济效益为217.33万元。由此可见，经济效益和社会效益显著，为企业绿色发展循环经济打下坚实的基础。

[1]朱全利．锅炉设备系统及运行[M]．北京:中国电力出版社，2016.（12）.

[2]李学忠．锅炉运行[M]．北京:中国电力出版社，2014．（5）.