两级双循环烟气余热利用系统应用研究

王 林，牛 坤，高景辉，张亚夫，王红雨，孟颖琪

两级双循环烟气余热利用系统应用研究

王 林，牛 坤，高景辉，张亚夫，王红雨，孟颖琪

（西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710054）

为实现超超临界机组在宽负荷范围内依然保持较高效率的目标，提出一种低温省煤器联合暖风器形式的组合式烟气余热高效利用系统。该系统由多个分级分段布置的水-烟气换热器组成，水侧采用独立双循环加热技术，实现了锅炉排烟的深度冷却和低能级余热的高能级利用。经实际测算，烟气余热利用系统可降低机组平均煤耗2.72 g/(kW·h)，显著提高了中低负荷下超超临界机组的效率，提升了电厂的经济性。

燃煤机组；宽负荷；低温省煤器；暖风器；余热利用；煤耗；经济性

超超临界机组具有高参数、大容量、高效率等优点，目前已经成为我国火电机组的主力军[1-2]。随着全社会用电负荷增速放缓，新能源消纳量又日趋增加，按照带基本负荷设计的超超临界1 000 MW机组常处于中低负荷下，且不得不参与深度调峰[3]。超超临界机组在低负荷段效率降低，经济性优势难以发挥，造成较大性能浪费[4-5]。解决超超临界机组在宽负荷范围内效率下降的问题，对于促进节能减排，构建低碳社会具有重要意义[6-7]。电站锅炉排烟损失约占锅炉各项热损失的60%～70%，是锅炉运行中最重要的一项热损失[8-9]。利用高效烟气余热利用系统，降低排烟温度，减少排烟损失，是增强机组调峰能力，保障机组宽负荷下具有高效率的有效措施[10-11]。

1 机组概况

某电厂2×1 000 MW机组工程建设有2台超超临界燃煤机组，工程设计并应用了高效率的烟气余热回收利用系统，该系统采用分级分段设计、低温省煤器联合暖风器的形式，具有独立双循环加热特点，实现了烟气余热能量的梯度利用，显著降低机组煤耗，提高了机组在中低负荷下的经济性。

本工程锅炉采用单炉膛、平衡通风设计，为露天岛式布置的Π型锅炉。每台炉装有2台三分仓容克式空气预热器（空预器）。

锅炉烟风系统主要设计参数见表1。

本工程汽轮机选用某型1 000 MW级超超临界凝汽式汽轮机，设计有九级回热抽汽。系统设置 1台全容量的汽封冷却器、5台表面式低压加热器（低加）和1台内置式除氧器。5、6、7号低加为卧式、双流程型式，采用电动隔离阀的小旁路系统。8、9号低加分别置于凝汽器喉部与凝汽器中，采用电动阀大旁路系统。

表1 烟风系统主要设计参数

Tab.1 Main design parameters of the flue gas system

2 烟气余热高效利用系统

为增强本工程机组调峰能力，提高低负荷下机组效率，设计并应用了2级低温省煤器联合暖风器形式的烟气余热高效利用系统，节能效果显著。

2.1 系统组成

本系统包括一级低温省煤器（前、后段）、二级低温省煤器、二次风暖风器。各个气-水换热器的水侧进出口与汽轮机凝结水系统相接。具体连接方式如图1所示。

图1 系统组成

第一级低温省煤器从8号低加进口取水，混合至不低于70 ℃进入换热器。在第一级低温省煤器前段水侧设置旁路，用于控制换热器出口烟温；后段设置再循环系统，用于低负荷下提高入口水温。

第二级低温省煤器从8号低加进口取水，凝结水经过第二级低温省煤器→增压泵→二次风暖风器后，返回9号低加进口。

第一级低温省煤器前、后段凝结水侧联通，其后段与第二级低温省煤器受热面共同布置，但凝结水侧互相独立，借助各自的增压泵，可实现双循环加热。两级低温省煤器各自独立循环，联合二次风暖风器[12-13]，实现了烟气余热的梯级利用，提高了入炉风温，大大增加了设备的可用率。

2.2 设备布置

低温省煤器采用2级布置：第一级分前段和后段，前段水平布置在电袋复合除尘器出口的水平烟道处，后段水平布置在引风机之后、脱硫吸收塔之前的水平烟道内；第二级低温省煤器布置在第一级（后段）的后面。具体安装位置如图2所示。

烟气主要流程为：炉膛→尾部烟道→脱硝→空预器→电袋复合除尘器→一级低温省煤器前段→引风机→一级低温省煤器后段→二级低温省煤器→脱硫塔→烟囱。

图2 低温省煤器安装位置

2.3 设计参数

主凝结水通过第一级低温省煤器吸收从除尘器出来的高品质烟气热量，提升主凝结水温度，并回到汽轮机回热系统中。经过第一级低温省煤器前段的烟气温度从140 ℃降至106 ℃，再经过后段的烟气温度从114 ℃（引风机温升8 ℃）降至95 ℃，将凝结水从70 ℃加热到120 ℃，水流量 1 095 t/h（设计煤种BMCR工况）。

经过第一级低温省煤器降温的烟气，又经过第二级低温省煤器继续放热，被凝结水吸热降温，被烟气加热的凝结水在暖风器处对冷二次风进行加热。经过第二级低温省煤器的烟气温度从95 ℃降至75 ℃，凝结水从65 ℃加热到85 ℃，凝结水流量1 015 t/h（设计煤种BMCR工况）。

低温省煤器均采用顺列布置，其设计参数 见表2。

表2 低温省煤器设计参数

Tab.2 Basic parameters of the low temperature economizer

通过空预器前冷二次风设置的暖风器将冷空气加热到70 ℃后进入空预器，最终送入炉膛暖风器，暖风器垂直布置在空预器二次风入口处。二次风暖风器换热元件采用双零铝翅片，主要设计参数见表3。

表3 二次风暖风器基本参数

Tab.3 Basic parameters of the secondary air heater

2.4 控制方法

1）在50%THA以上负荷，第一级低温省煤器进水温度由8号低加进口调节阀开度调节；在50%THA及以下负荷时，8号低加出口温度低于70 ℃，此时其低加进口调节阀全关，通过调节热水再循环量来控制第一级低温省煤器进水温度不低于70 ℃。

2）各种负荷下，第二级低温省煤器进水温度均由8号低加进口调节阀开度调节。

3）第一级低温省煤器（前段）出口烟温通过控制进入前段的凝结水流量（即旁路调节阀开度）控制；烟温高于设定值时关小旁路调节阀，烟温低于设定值时开大旁路调节阀。

4）暖风器出口风温通过控制进入暖风器的凝结水流量（即旁路调节阀开度）控制；风温高于设定值时关小旁路调节阀，风温低于设定值时开大旁路调节阀。

5）烟气冷却器水侧和烟气侧进、出口均设有温度测点，以检测烟气冷却器进口水温和出口烟温，一旦出现水温或烟温过低时，启动调节方案并报警提示。

6）两级换热器为烟气-水换热器，传热管金属壁温略高于管内水的温度，只要控制换热器进水温度高于设定值（第一级低温省煤器为70 ℃，第二级低温省煤器为65 ℃），即可防止烟气结露，避免低温腐蚀。

3 经济效益

本工程在除尘器与引风机之间布置第一级低温省煤器前段，在引风机之后布置第一级低温省煤器后段和第二级低温省煤器，在送风机与空预器之间布置二次风暖风器。在此基础上实施机炉冷端协同优化，利用水侧双循环加热技术，将烟温降至75 ℃，实现了锅炉排烟的深度冷却和低能级余热的高能级利用，提高了机组效率。

通过暖风器加热锅炉进炉风的水引自汽轮机凝结水系统，将锅炉低温热源和汽轮机低温热源有机联合在一起，可以保证机组在冬季–10 ℃环境温度、机组50%负荷等工况下，宽负荷实现烟气温度恒定和节煤效益恒定[14]。

以冬季–10 ℃环境温度工况为例，加热冷空气到设计值26 ℃，需要大量的热量，采用本系统将汽轮机低温热源用来补充加热空气所需热量，可以使机组煤耗有效稳定在设计数值[15]。入炉风对机组煤耗影响见表4。

表4 不同风温节煤效果

Tab.4 The coal saving effects for different wind temperatures

经测算，烟气余热高效利用系统可显著降低机组煤耗，在THA工况降低标煤2.44 g/(kW·h)，75%THA工况降低标煤2.79 g/(kW·h)，50%THA工况降低标煤2.80 g/(kW·h)，平均标煤降低2.72 g/(kW·h)。

4 结 论

1）本文提出的烟气余热综合利用系统通过分级分段设计，实现烟气余热梯度利用，可显著降低机组煤耗，提高机组运行的经济性。

2）按照平均标煤降低2.72 g/(kW·h)计算，若 2台机组年累计发电量为95亿kW·h，则减少标煤消耗约2.584万t。按标煤单价500元/t计算，年减少成本约 1 292万元，经济效益较高。

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Application of two-stage double-cycle flue gas waste heat utilization system

WANG Lin, NIU Kun, GAO Jinghui, ZHANG Yafu, WANG Hongyu, MENG Yingqi

(Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710054, China)

In order to ensure high efficiency of ultra-supercritical units in a wide load range, a combined flue gas waste heat utilization system with low temperature economizer and heater is proposed. This system consists of a number of water-flue gas heat exchangers arranged in stages and sections, and adopts independent double-cycle heating technology to realize deep cooling of boiler flue gas and high-energy utilization of low-level waste heat. The practical calculation shows that this waste heat utilization system of flue gas can reduce the average coal consumption of the unit by 2.72 g/(kW·h), and remarkably improve the efficiency of the unit and the economy of the power plant at low loads.

coal-fired unit, wide regulation load, low temperature economizer, air heater, waste heat utilization, coal consumption, economy

TK11+5

B

10.19666/j.rlfd.201809186

王林, 牛坤, 高景辉, 等. 两级双循环烟气余热利用系统应用研究[J]. 热力发电, 2019, 48(5): 14-17. WANG Lin, NIU Kun, GAO Jinghui, et al. Application of two-stage double-cycle flue gas waste heat utilization system[J]. Thermal Power Generation, 2019, 48(5): 14-17.

2018-09-12

王林(1989—)，男，硕士，工程师，主要研究方向为大型火电机组启动调试技术，wanglina@tpri.com.cn。

（责任编辑 马昕红）