新型WGGH系统节能分析与实践

黄惠军， 徐志强， 钱成龙

(1. 江阴苏龙热电有限公司， 江苏江阴 214442;2. 国网江苏省电力工程咨询有限公司， 南京 210000)

江苏某电厂330 MW燃煤火电机组地处长三角，对环保要求较高，并且离市区较近，故要尽可能地减少或消除“有色烟羽”。该机组锅炉排烟温度一般为140 ℃左右，目前锅炉烟气余热回收技术可以有效地将排烟温度降低至100 ℃以下，而烟气再热技术一般将烟气温度从50 ℃左右升温到80 ℃即可。由此可见，在一般工况下烟气余热回收的热量除了可以满足净烟气加热升温消除“有色烟羽”所需的热量以外，尚有一部分烟气余热可用于降低机组供电煤耗；但在冬季低负荷工况(50%额定负荷工况)下，有时锅炉排烟温度仅为110 ℃左右，此时烟囱进口温度要达到80 ℃就需要补充热量。鉴于上述情况，有必要进行技术研究，提出一种简单有效的技术方案，在满足环保要求的前提下，尽可能有效利用汽轮机回热系统低位热能，达到节能降耗的目的。

1 WGGH技术现状

水媒式烟气-烟气换热器(WGGH)技术是国内燃煤电厂超低排放改造的主流选择，许多火电机组已有成功的使用经验，其技术原理是设置两级换热器(原烟气放热器、净烟气加热器)，利用热媒水作为中间介质，将从原烟气放热器吸收的烟气余热用来加热脱硫塔或除尘器出口的低温烟气。目前应用比较广泛的WGGH系统见图1。

传统WGGH系统一般采用闭式循环系统(见图1)，由原烟气放热器回收锅炉排烟余热，将原烟气温度降低30 K左右，再由净烟气加热器将脱硫后的烟气加热升温30 K左右达到80 ℃排向烟囱，达到消除“有色烟羽”的效果。

传统WGGH系统由于采用闭式循环，所以需要设置补水系统﹑稳压系统﹑加药系统，以便维持系统稳定运行；同时，由于锅炉在冬季低负荷运行时排烟温度较低，原烟气放热器回收的烟气余热不足以将净烟气加热到80 ℃左右，因此系统内需要设置辅助蒸汽补热加热器来实现热量平衡。

传统WGGH系统在30年前应用于华能某电厂，主要由于烟气低温腐蚀，使得运行中出现泄漏等问题，没有达到预期的设计目的。随着技术进步，基本解决了烟气低温腐蚀问题后[1-2]，我国燃煤发电厂采用WGGH系统消除“有色烟羽”的成功工程实例不断出现，不同的技术流派虽各具技术特色，但基本原理相似。

2 新型WGGH系统节能分析

该机组低温烟气处理系统的特点是：在正常工况下，原烟气放热器回收的锅炉排烟热量大于净烟气加热器加热烟气达到消除“有色烟羽”所需的热量，需要合理高效地利用多余的热量以达到节能的效果；在锅炉冬季低负荷运行工况下，原烟气放热器回收的锅炉排烟热量小于净烟气加热器加热烟气达到消除“有色烟羽”所需热量，不足的热量需要有效补充，以达到完全消除“有色烟羽”的效果。

鉴于上述要求，在充分研究现有WGGH技术的基础上，提出了开式循环低压凝结水补热的新型WGGH技术热力系统(见图2)。

新型WGGH系统的特点是将锅炉排烟的低温热源与汽轮机低压凝结水联系在一起。由于汽轮机低压凝结水系统的热容量非常大，温度较低的低压凝结水足以吸收正常工况下原烟气放热器回收的热量，除用以加热净烟气来消除“有色烟羽”外，还能将多出的热量回收至凝结水系统，从而达到降低机组供电煤耗的目的。在冬季低负荷工况时，温度较高的低压凝结水作为补热热源，完全能够补足加热净烟气所需的热量。补热热源来自于6号低压加热器出口凝结水，实际上是用6号低压加热器的抽汽替代了辅助蒸汽。与传统WGGH系统辅助蒸汽补热加热器方式相比，新型WGGH系统不仅取消了汽水换热器,更重要的是采用了更低品位的低温热源补热,最大限度地减小了对机组供电煤耗的不利影响,具有较好的经济性。热能品位的比较数据见表1。

表1 不同补热热源的焓降数据表

从表1可见：辅助蒸汽压力高，焓也高，具有更高的做功能力。由疏水焓可得出 ，1 kg 6号低压加热器抽汽加热凝结水的能力相当于0.952 kg辅助蒸汽，而做功能力则少损失约349 kJ，因此该系统相比传统WGGH系统，在冬季低负荷工况下，依然有更加优秀的节能效果。

3 实践应用

新型WGGH系统运行2年多以来,取得了良好的经济效益,秋季机组热耗保证(THA)工况下改造前和改造后系统运行数据见表2。

表2 秋季THA工况下改造前与改造后运行数据对比

表2(续)

由表2可得：改造后，原烟气放热降温48 K，净烟气温升25 K，原烟气放热器进出口水温升29 K，净烟气加热器进出口水温降16 K，凝结水温升13 K。由此可见，烟气余热回收热量的55.2%用于加热净烟气消除“有色烟羽”，44.8%的余热热量进入汽轮机6号低压加热器进口的凝结水系统，从而减少6号低压加热器的抽汽量，降低供电煤耗(标准煤)约0.75 g/(kW·h)，起到了节能的作用，而原系统则没有热量回收至凝结水系统。

冬季低负荷工况下的改造前和改造后系统运行数据见表3。

表3 冬季低负荷工况下改造前与改造后运行数据对比

冬季低负荷工况时，用温度较高的低压凝结水作为补热热源来满足加热净烟气消除“有色烟羽”所需的热量，补热热源来自于6号低压加热器出口凝结水，实际上是用6号低压加热器的抽汽替代了辅助蒸汽，该工况下机组降低供电煤耗(标准煤)约0.43 g/(kW·h)，具有更好的节能效果。

4 结语

(1) 笔者提出的新型WGGH技术热力系统有足够的热量将脱硫后净烟气升温达到消除“有色烟羽”的效果。

(2) 该新型WGGH技术热力系统与传统WGGH系统相比，有足够的灵活性，可以简单可靠地将原烟气放热器回收的烟气余热用于加热净烟气，消除“有色烟羽”后多出的部分热量可以有效地用于降低机组煤耗，达到节能的效果。

(3) 该新型WGGH技术热力系统充分利用了机组已有的低品位热源，与传统WGGH系统相比，在冬季低负荷需要补热的工况下，依然有更加优秀的节能效果。

(4) 对于新改造的机组如果直接采用该新型WGGH技术热力系统，还可以节约辅汽加热器及相关系统的投资，经济性更好。