1000MW超超临界二次再热机组烟气余热深度利用经济性分析

张超 杜未 张凯

摘要：以1 000 MW超超临界二次再热机组为例，对现有烟气余热利用方式提出了两种改进方案，并对两种方案的节能效果进行了计算分析，结果表明：通过热量转移置换等手段将回收利用的低能级烟气用于加热高加给水，可大幅改善烟气余热回收效果，节能效果显著。

关键词：1 000 MW;超超临界;烟气余热;经济性分析

0    引言

当前，火力发电在我国仍占据主导地位，大容量、高参数机组不断增多。同时，我国对大型火力发电机组节能降耗的要求不断提升，逐步提高电厂燃料利用效率成为我国今后发展火力发电的重点工作[1-2]。在电站锅炉的各种热损失中，锅炉排烟损失占50%以上，随着机组容量的提升，锅炉排烟损失总量也逐渐升高[3-4]，虽然烟气余热这部分能量属于低能级热量，但数量十分巨大，随着能源价格的不断攀升以及节能减排政策性要求的提出，火力发电厂锅炉烟气余热利用的研究和应用受到了广泛重视，目前已开展了大量研究[5-6]。

1    烟气余热利用思路与方案

目前国内燃煤发电机组回收低温烟气余热采用的主要方式是在除尘器入口或脱硫吸收塔布置低温省煤器，利用烟气侧吸热的工作介质来加热凝结水或空预器入口冷风，不同机组根据实际条件采用不同的组合方式以使经济效益达到最优。

如图1所示，在锅炉烟气侧出口，烟气经过空气预热器、电除尘装置、引风机、脱硫塔后经烟囱排入大气，现有常规的烟气余热回收方式是在除尘器入口或脱硫吸收塔前布置低温省煤器。当将低温省煤器布置在除尘器入口时，除尘器入口的烟气经低温省煤器降温后，烟气的体积流量减少，飞灰比电阻随之降低，在回收烟气余热的同时电除尘器的除尘效率也随之提高;当将低溫省煤器布置在脱硫吸收塔入口时，烟气经过除尘器后，其中的碱性颗粒几乎被除尘器捕捉，低温省煤器处于低尘区工作，对换热器来说基本不存在磨损和堵灰的问题，这种布置方式只要考虑对低温省煤器的低温段材料和低温省煤器与吸收塔之间的烟道进行防腐即可。

目前，利用烟气余热加热凝结水的低温省煤器技术成为火电机组锅炉烟气余热利用的主要有效途径。但低温省煤器属于对低能级烟气段的余热回收利用技术，余热利用排挤的也是汽轮机低参数抽汽。为此，国内外对于将余热回收利用向高能级方向上发展进行了大量研究，在利用低能级烟气余热排挤低能级汽机抽汽的基础上，研究利用低能级烟气余热排挤高能级烟气热量，以利用高能级烟气热量排挤高能级汽机抽汽，实现低能级烟气余热的充分回收利用。

2    两种烟气余热利用方案

下面将根据已有技术设计思路，结合某1 000 MW成型汽机设计方案，对锅炉烟气余热回收方案进行计算对比，以探讨不同烟气余热回收方案的节能水平，为方案设计提供参考依据。

2.1    两级低温省煤器加热凝结水方案

在烟气流动方向上布置低温省煤器后，回收热量用来加热汽轮机侧凝结水。设置Ⅰ级低温省煤器可降低烟气体积流量，降低引风机轴功率，Ⅰ级高温段低温省煤器加热凝结水，因排烟温度的升高，可以加热高温段凝结水，节约相对高品质的抽汽，余热利用效率较高。Ⅱ级低温省煤器的设置可回收烟气经过引风机的温升余热，并有效节约脱硫装置的耗水量。两级低温省煤器加热凝结水系统布置情况如图2所示。

该方案在THA工况下的主要技术参数如表1所示。

如表1所示，经计算，在THA工况下，Ⅰ级低温省煤器的换热量约26.6 MW，Ⅱ级低温省煤器的换热量约19.3 MW。

2.2    烟气余热深度回收方案

设置两级低温省煤器+暖风器+空预器烟气旁路，将可利用的烟气余热分为四个梯度，两级高能级的热量分别用于加热高压给水和凝结水，两级低能级的热量可用于加热空预器入口冷风和部分凝结水。针对回收利用的排烟余热，利用系统设备的合理组合，从系统的角度，通过热量转移置换等手段，提高用于加热回热系统的余热能级，以获得更大的经济效益。

如图3所示，烟气余热深度回收系统中，在除尘器前和引风机后设置两级低温省煤器，回收锅炉排烟热量。在空预器空气侧入口设置冷风加热器，利用两级低温省煤器回收的锅炉排烟余热，加热进入空预器的冷风。在空预器前主烟道上设置空预器的旁路烟道，一小部分烟气不经过空预器，进入旁路设置的两级烟气换热器，分别加热部分给水与部分凝结水。在冷风加热器与低温省煤器之间设置热媒水系统，热媒水取自凝结水主路，从低温省煤器中吸热后先加热部分凝结水，然后流入冷风加热器加热冷风后回到低温省煤器，在两级低温省煤器和暖风器间进行循环。

设计阶段遵守烟气换热器端差基本保持在25 ℃左右、给水与凝结水进出口参数最终需与汽机热平衡图相匹配、旁路出口烟温和水温与主路相同的原则，最终选择空气预热器旁路烟道份额为15%。该方案在THA工况下的主要技术参数如表2所示。

经计算，在THA工况下，空预器旁路给水换热器中给水吸热量约21.4 MW，空预器旁路凝结水换热器中凝结水吸热量约6.0 MW，热媒水系统中凝结水吸热量约19.1 MW。

3    技术经济分析

根据上文的热量收益计算，对两种方案汽轮机的热耗值进行了计算，THA工况下燃烧设计煤种的机组煤耗计算结果如表3所示。

如表3所示，采用常规两级低温省煤器方案可节约发电标准煤耗1.13 g/kWh，采用烟气余热深度利用方案可节约发电标准煤耗3.1 g/kWh。

4    结语

通过对两种节能改造方案的对比计算可以看出，使用低温省煤器回收烟气余热是有效的节能改造手段，虽然烟气低温余热这部分能量属于低能级热量，但通过热量转移置换等手段将回收利用的低能级烟气用于加热高加给水，可大幅改善烟气余热回收效果，节能效果显著。

[参考文献]

[1] 闫哲，张士明，顾勇.1 000 MW超超临界二次再热机组设计优化方案的探讨[J].发电设备，2017，31（5）：360-362.

[2] 邓建玲，杨志平，陶新磊，等.二次再热机组再热压力的选取[J].汽轮机技术，2013，55（6）：465-468.

[3] 徐钢，许诚，杨勇平，等.电站锅炉余热深度利用及尾部受热面综合优化[J].中国电机工程学报，2013，33（14）：1-8.

[4] 王乔良，郑莆燕，卢冬冬，等.电站锅炉烟气余热利用现状分析[J].上海电力学院学报，2017，33（5）：451-455.

[5] 杨勇平，张晨旭，徐钢，等.大型燃煤电站机炉耦合热集成系统[J].中国电机工程学报，2015，35（2）：375-382.

[6] 程东涛，马汀山，陈恺，等.低温省煤器对汽轮机组热力系统经济性影响研究[J].热能动力工程，2015，30（3）：427-430.

收稿日期：2019-12-24

作者简介：张超（1972—），男，山东人，高级工程师，研究方向：电厂热能动力装置。