新建660 MW 机组烟气余热利用方案及经济性分析

王光磊，高绪栋，王宗群，纪兴林

（山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

0 引言

降低排烟热损失是提高燃煤电厂机组运行效率的重要措施之一，而排烟热损失的主要影响因素是排烟温度［1］，研究表明，排烟温度每降低10 ℃，排烟热损失降低0.6%～1.0%左右。因此，降低排烟温度对提高机组运行效率具有重要意义。

在锅炉尾部烟道中增设低温省煤器系统是应用最为广泛、节能效果最为明显的烟气余热利用措施之一。德国和日本是较早采用烟气余热回收利用的国家。德国的黑泵电厂在静电除尘器和烟气脱硫塔之间加装了烟气冷却器，利用烟气加热凝结水；日本常陆那柯电厂利用水媒方式的管式烟气加热器（Gas Gas Heater，GGH）对烟气余热进行有效利用，均带来了显著的经济效益［2-3］。

在国内，山东大学等高校及研究机构对烟气余热利用进行了研究［3-4］。近些年，随着我国对机组能耗的高标准要求，新建及现役机组一般直接设计或者加装余热利用系统。如山东能源盛鲁2×1 000 MW 机组、外高桥三期2×1 000 MW 机组等均设置了低温省煤器系统［5］。

1 烟气余热利用技术方案

低温省煤器的设置方案有多种，最常见的方案就是在空气预热器之后的烟道上设置一级或二级低温省煤器直接加热凝结水回收余热。此外，还有一些深度利用烟气余热的技术方案，如带空气预热器旁路的三级或四级高低压换热器方案等，深度余热利用由于系统复杂，投资高，通常应用于高标准建设的百万机组。

以处在“一带一路”国家中的2×660 MW 燃煤坑口电站工程为例，受限于工程初投资，该工程不考虑烟气余热深度利用。

1.1 方案Ⅰ：一级省煤器方案

将低温省煤器布置在除尘器前的4 根水平烟道内，每根烟道布置1 台，一台锅炉共布置4 台。空气预热器出口烟气经过低温省煤器后烟气温度由132.6 ℃降至105 ℃。低温省煤器水侧按照汽机厂提供的热平衡图分析将分别从8 号低压加热器进口和7 号低压加热器出口取部分凝结水混合至75 ℃（可调），经低温省煤器加热后，回至6 号低压加热器进口。系统设有热水再循环泵用于控制低温省煤器的取水量，控制低温省煤器入口水温在80 ℃以上。系统设置如图1 所示。

图1 一级省煤器方案系统流程

1.2 方案Ⅱ：二级省煤器方案

低温省煤器设计分两级布置，将一级低温省煤器布置在除尘器前的4 根水平烟道内，每根烟道布置1 台，一台锅炉共布置4 台。二级低温省煤器设计布置在引风机出口后的2 根垂直烟道内，每根烟道布置1 台，一台锅炉共布置2 台。空气预热器出口烟气经一级低温省煤器后烟气温度由132.6 ℃降至105 ℃。引风机后烟气经二级低温省煤器后烟气温度由110 ℃降至85 ℃。低温省煤器水侧从8 号低压加热器进口和7 号低压加热器出口取部分凝结水混合至65 ℃，经低温省煤器加热后，回至6 号低压加热器进口。系统设置如图2 所示。

图2 二级省煤器方案系统流程

两种方案低温省煤器的换热面管束的设计寿命均为10 年。

2 经济性分析

2.1 初投资比较

增设低温省煤器系统以后，一方面会增加投资，包括低温省煤器本体系统，土建及安装费用等；另一方面，由于烟气经低温省煤器降温后进入除尘器，烟气体积减小，飞灰比电阻降低，可大大提高除尘器的收尘性，可采用较小的除尘器规格及能耗、较低的占地，会降低除尘器部分的初投资。初投资比较详见表1。

表1 投资比较（一台锅炉） 万元

2.2 燃料成本比较

根据计算结果得知，加装低温省煤器系统之后，机组可以降低发电煤耗，每年节约的燃料量可以通过式（1）计算。燃料成本比较，见表2。

式中：ΔB 为全年节约燃煤量，t；W 为计算期发电量，kWh；Δb 为降低发电煤耗量，g／kWh；t 为机组发电年利用小时，h。

2.3 运行维护成本

机组尾部烟道安装低温省煤器后，烟气阻力和工质阻力增加，会引起引风机电耗耗增加；但同时，烟温降低导致烟气体积减小，会减小引风机电耗。此外，系统新增设的水泵也会相应地增加电耗。综合计算得出，方案Ⅰ与方案Ⅱ较不增设低温省煤器方案，运行电耗分别增加225 kW 与552.5 kW，当地的电价为0.197 元／kWh，年运行电耗增加成本分别增加31.05 万元与76.26 万元。

表2 燃料成本比较（单台锅炉）

系统越复杂，检修维护费用也越高。方案Ⅰ与方案Ⅱ较不增设低温省煤器方案，经咨询同类电厂的运行及检修人员，年检修维护费用分别增加约10 万元与20 万元。

2.4 年节省费用比较

通过上述计算，可以得到年节省费用的差额表，见表3。

表3 费用差额比较（单台炉） 万元

2.5 经济性分析

采用净现值法对两种方案进行可行性分析

式中：A 为年节省费用；P 为年节省费用现值；i 为表示贷款利率，取5.2%；n 为节省费用年限。

在低温省煤器10 年寿期内，利用式（2）计算得到方案Ⅰ的净现值P=1177 万元，大于初投资570 万元，方案Ⅱ的净现值P=1686 万元，小于初投资1 706 万元，从净现值的角度看，方案Ⅱ不可行。

从动态投资回收期的角度看，经过计算方案Ⅰ的动态投资回收期为4.3 年，经济效果较好。

由此可以看出，上述两种低温省煤器设置方案，均能起到节约煤耗、节能的作用，经过比较，方案Ⅰ的经济性较好，且系统简单，调节灵活，本工程采用在除尘器前设置一级低温省煤器的烟气余热利用方案。

3 结语

以国外新建660 MW 机组为工程应用背景，提出了两种烟气余热利用方案，技术经济比较结果表明：采用低温省煤器方案能够有效地降低排烟温度，回收烟气余热，设置一级低温省煤器经济性优于设置二级低温省煤器。