燃煤发电机组 锅炉尾部 烟气余热 利用方式分析与比较

李志军

浙江浙能镇海发电有限责任公司 浙江宁波 315208

摘要：燃煤发电机组通过锅炉尾部烟道设置水媒管式烟气换热器MGGH或低温省煤器，大幅度降低烟气温度，提高除尘效率，减少脱硫水耗。本文对某新建电厂锅炉尾部烟道设置水媒管式烟气换热器MGGH或低温省煤器的方案进行分析与比较，旨在选择合适的余热利用方式。

关键词：锅炉；烟气；余热利用

1 前言

某电厂新建2台660MW超超临界燃煤发电机组，锅炉出口排烟温度123℃，采用低低温双室五电场静电除尘器及石灰石－石膏湿法脱硫系统。静电除尘器设计除尘效率为不小于99.94%，除尘器入口烟尘浓度25g/Nm³，烟气温度约88℃；出口烟尘排放浓度不大于15mg/Nm³。

2 烟气余热利用方案概述

电站锅炉的排烟温度是锅炉设计的主要性能指标之一，它影响锅炉的热效率、锅炉的制造成本、锅炉尾部受热面的烟气低温腐蚀、烟气结露引起的尾部受热面堵灰、烟道阻力和引风机电功率消耗等，涉及到锅炉的经济性和安全性。

从经济性方面考虑，锅炉排烟中含有巨大的热量，应将烟气余热充分利用，另一方面，国家和地方的环保政策日益严格，节能减排势在必行。因此从减排和经济性两方面考虑，进一步降低排烟温度成为目前电站锅炉节能减排技术发展的必然选择。

2.1 烟气余热利用途径

要实现低低温电除尘的烟温要求，需在电除尘器前设置烟气冷却器，回收烟气热量，使除尘器前的烟气温度从123℃降至88℃左右。烟气余热回收系统的布置方案主要有两种：

1. 加装水媒管式烟气换热器MGGH：利用原烟气的热量加热脱硫后的净烟气，一方面可以减少脱硫水耗，另一方面可以减少烟气对电厂烟囱的腐蚀以及控制“石膏雨”的发生。

2. 加装低温省煤器：利用低温省煤器与热力系统连接组成低温省煤器系统，利用锅炉的排烟余热对热力系统的凝结水加热，达到提高凝结水的温度，减少低加抽汽量，并利用这部分蒸汽做功发电，既利用锅炉的排烟余热获得电能，同时可较大幅度的降低锅炉的排烟温度，减少脱硫水耗。

2.2 烟气酸露点计算

回收烟气热量，首先应考虑的就是低温腐蚀问题。水媒管式烟气换热器MGGH和低温省煤器的腐蚀一般有两种情况，一种是由于烟气结露造成的低温腐蚀，另一种是高温环境下的氧化腐蚀。对于换热器来说，第一种腐蚀是最主要的，其中对于烟气酸露点的确定是判断换热器低温腐蚀的重要依据。烟气露点温度与SO₃的浓度密切相关，SO₃的生成直接影响着烟气露点的温度。对于烟气露点的计算，前人总结了很多的方法，比较常用的有下列三个公式，具体如下所示，分别是前苏联73标准、98标准推荐公式以及我国冯俊凯院士的计算公式。

（1）

（2）

（3）

其中：t_DP.o——烟气中的水蒸汽露点温度；

S_ar——收到基折算硫份；

α_fh——飞灰占燃料灰分的份额，对于煤粉炉α_fh＝0.8～0.9；

A_ar——收到基折算灰份；

β——与炉膛出口过剩空气系数有关参数，本工程取β＝121；

根据不同煤种空气预热器出口烟气的水蒸汽含量和煤质资料，三种公式计算的烟气的酸露点结果往往差距很大。为保证机组及换热器长期运行的安全可靠性，建议烟气换热器烟气侧出口温度按不低于三种公式计算的烟气酸露点中最高值选取。

2.3 换热器材料选择

一般地，为合理控制设备投资，换热器受热面材质多采用普通碳钢或ND钢，选用这些材料，一般要求壁面温度高于酸露点，或者按可接受腐蚀速度考虑，壁面温度可比酸露点低10~15℃，此时20号钢的腐蚀速度不大于0.2mm/年、ND钢的腐蚀速度小于0.1mm/年。对于更低的壁面温度，若采用普通碳钢、ND钢甚至316L，都难以抵御烟气腐蚀，此时就只能选择抗酸腐蚀性能更强的材料作为受热面，目前采用较多的有AL276、氟塑料管和钢管衬特种塑料-RPT-FTM包塑管，防腐效果较好，但AL276、氟塑料管材料价格都非常昂贵，达到约50万元/t，据设备厂家介绍，由于氟塑料管比重相对较轻，条件合适时设备总投资较AL276更有优势，但氟塑料管承压能力较差，一般不能超过0.2MPa，管内最高水温控制不超过90℃，温度更高时若出现水的气化引起压力骤升会出现爆管。钢管衬特种塑料-RPT-FTM包塑管相比氟塑料管承压好，换热系数较钢管低，造价比氟塑料管低，当换热器部分受热面低于安全壁温时，可以采用包塑管，单台机组价格大约比ND钢贵400万元。

3 烟气余热利用方案技术比较

电站锅炉的排烟温度是锅炉设计的主要性能指标之一，从经济性方面考虑，应该选用更低的锅炉排烟温度；在环保脱硫要求方面，目前大多数火电厂采用的烟气石灰石湿法脱硫工艺中，最佳脱硫温度为50℃左右，通过喷淋方式在脱硫塔内将烟气温度降低到50℃左右，不仅消耗了大量的水和能源，而且也增加了烟气排放量。从节能减排和经济性两方面考虑，进一步降低排烟温度成为目前电站锅炉节能减排技术发展的必然选择。

3.1 方案一：水媒管式烟气换热器MGGH布置方案

由于水媒管式烟气换热器MGGH传热温差低，因此换热面积大，占地空间也较大，所以加装水媒管式烟气换热器MGGH时，需合理考虑其在锅炉现场的布置位置，方案将水媒管式烟气换热器MGGH热回收器布置在空气预热器出口与除尘器的进口之间的烟道上，再加热器设置在脱硫吸收塔之后的烟道上，此方案空预器出口约123℃通过热媒水换热器放热降升温至约80℃左右，最后通过烟囱排放。

此方案的特点是：

1）通过电除尘器的烟气温度降低，有利于电除尘器除尘效率的提高；

2）烟气温度降低可减少烟气体积流量有利于节约引风机电耗；但设置两级换热器增加了引风机的全压升，综合比较与不设置MGGH相比引风机电耗基本相当。

3）水媒管式烟气换热器MGGH热回收器布置在高含尘烟道区，磨损和积灰几率增加；

4）电除尘器工作在烟气酸露点以下，设备腐蚀的危险性提高，部分部件须特殊处理。

3.2 方案二：低温省煤器布置方案

通过加装低温省煤器并与热力系统连接组成低温省煤器系统，利用锅炉的排烟余热对热力系统中的凝结水加热，具有节能效果显著和投资回收年限短的特点。提高凝结水的温度，就可以减少低加抽汽量，并利用这部分蒸汽做功发电，既利用锅炉排烟余热获得电能，同时可较大幅度降低锅炉的排烟温度。

将低温省煤器布置在空气预热器出口与除尘器的进口之间的烟道上，空预器出口约123℃通过低温省煤器放热降温至约88℃左右，再经过脱硫塔出来的50℃左右的脱硫净烟气通过烟囱排放。

此方案的特点是：

1）最大限度的回收高品位烟气余热，提高机组热经济性；

2）低温省煤器出口结露出的SO₃液滴在高含尘的环境中会被烟尘吸附包裹，酸性液滴也会被烟尘中的碱性物质部分中和，这些烟尘包裹的液滴最终被除尘器除掉，下游设备腐蚀的危险性较低；

3）由于烟温的降低，烟气的体积流量减小，从而使引风机的功率降低；

4）加热凝结水能够节约煤耗；

5）本方案与低低温电除尘技术配合使用，能够显著提高除尘效率；

6）烟温降低，烟气体积减小，低温省煤器出口的烟道断面可减小，节约钢材耗量；

7）低温省煤器布置在高含尘烟道区，磨损和积灰几率增加。

4 总结

烟气余热利用可采用水媒管式烟气换热器MGGH布置方案或低温省煤器布置方案。两种方案均有效降低了烟气温度，提高了电除尘器的除尘效率，有效去除了烟气中携带的SO₃粉尘，使下游烟气露点大幅度下降，并能够减少引风机轴功率，节约脱硫塔耗水量。但水媒管式烟气换热器MGGH方案的投资比低温省煤器方案高1/3，但是能够有效消除烟囱“冒白烟”现象，控制“石膏雨”问题，具有一定的社会和环境效益。而低温省煤器方案能够加热汽机凝结水，节约煤耗，动态投资回收年限短，但可能使电厂周边面临一定的环境问题。