科技項目技術(shù)方案(煙氣余熱回收).doc

中國華電集團公司科技項目技術(shù)方案課題名稱：陜西華電蒲城發(fā)電有限責(zé)任公司#3機組 鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)的研究應(yīng)用申請單位： 陜西華電蒲城發(fā)電有限責(zé)任公司起止時間： 2013年12月至2014年12月課題組長：手 機：固定電話：申請日期： 2013年10月20日一、 項目背景自電力企業(yè)改革后，從體制上根本打破了電力企業(yè)集發(fā)、輸、配、售于一體的局面，火電廠在新的經(jīng)營模式下面臨著日漸嚴峻的考驗。尤其是近年來煤炭市場放開后，電煤價格的持續(xù)上漲，而電、熱價格則一路平行。煤炭價格的上漲，使得火電廠的生產(chǎn)成本急劇上升，導(dǎo)致我廠電熱價格與成本倒掛問題越發(fā)突出，加劇了火電廠的經(jīng)營困境。在這種情況下，企業(yè)如何扭轉(zhuǎn)負債經(jīng)營的不利局面，成為當(dāng)務(wù)之急，用新技術(shù)、新工藝、新方法，挖潛改造，提高機爐熱效率、節(jié)能減排勢在必行?，F(xiàn)鍋爐排煙溫度按照經(jīng)典的控制酸露腐蝕條件的設(shè)計規(guī)范設(shè)計，計算排煙溫度已經(jīng)留有設(shè)備保護的余地。目前設(shè)計條件下的排煙溫度高于酸露點溫度的15-18度，實際上排煙溫度的計算方面也因為招標對經(jīng)濟指標要求而存在潛在的上升空間。以國內(nèi)300MW機組的實際運行的負荷、排煙溫度狀況，幾乎沒有一家能夠按照設(shè)計指標運行。造成排煙溫度升高的原因是多方面的。隨著運行時間的延長，排煙溫度因空預(yù)器設(shè)備的末端腐蝕而局部積灰、系統(tǒng)阻力增加、過量空氣系數(shù)增加、排煙溫度升高；空氣預(yù)熱器漏風(fēng)、夏季空氣溫度升高、煤種變化也使得鍋爐遠離校核煤種等因素都會引發(fā)排煙溫度升高。排煙損失是影響鍋爐效率的主要因素，電站鍋爐的排煙溫度為120140，每降低排煙溫度16-20，可提高鍋爐熱效率1%。對于一臺300MW的發(fā)電機組，平均每年可節(jié)約標煤約6000噸。 另外，利用煙氣余熱提高空預(yù)前空氣溫度和脫硫塔后煙溫，可減輕空預(yù)器和煙道腐蝕；降低脫硫塔前煙溫還可減少脫硫工藝前的噴水量。要回收低溫?zé)煔獾挠酂?，就必須有?jīng)濟和可靠的技術(shù)。國內(nèi)較早就開始了煙氣余熱回收技術(shù)的開發(fā)，并有些技術(shù)相繼成熟得到應(yīng)用，但這些技術(shù)多停留在早期粗放的階段，在系統(tǒng)可靠性和余熱回收經(jīng)濟性方面都存在明顯的不足。通過合金、陶瓷或塑料等抗低溫腐蝕材料做換熱材料來進行余熱回收的優(yōu)點是可以將排煙溫度降低到煙氣酸露點以下，但由于這些材料的導(dǎo)熱系數(shù)、造價和使用壽命等限制，余熱回收的經(jīng)濟性不佳。另外，當(dāng)換熱材料表面發(fā)生酸露凝結(jié)時，設(shè)備表面會形成導(dǎo)熱系數(shù)更差的粘性灰垢，該類致密的粘性積灰與換熱材料表面結(jié)合力很強，較難通過吹灰系統(tǒng)清除，甚至使系統(tǒng)堵灰嚴重而無法正常運行。傳統(tǒng)低溫省煤器技術(shù)較簡單、成熟，但其不僅余熱回收的效益低，而且只適于回收排煙溫度較高的余熱，否則受熱面腐蝕和堵灰問題會很嚴重。該系統(tǒng)如果設(shè)計不當(dāng)，還有發(fā)生凝結(jié)水汽化的風(fēng)險。相變式低溫省煤器是為了控制煙道換熱器的低溫腐蝕而開發(fā)，其通過控制中間傳熱介質(zhì)（水-汽）的相變參數(shù)來控制傳熱量和煙道換熱器壁溫，從而提高了系統(tǒng)的可靠性，并可自動將排煙溫度降低到最佳的溫度。相變式空氣加熱器系統(tǒng)同相變式低溫省煤器的原理相同，但加熱鍋爐供風(fēng)時的經(jīng)濟性更好。目前運用該技術(shù)已開發(fā)的自然循環(huán)系統(tǒng)中，空氣加熱器的安裝位置要求高于煙道換熱器，因而實施的困難較多。另外，該系統(tǒng)也不易實現(xiàn)一二次風(fēng)的同步加熱，且只能將空氣加熱器布置在送風(fēng)機入口，這樣在夏季時，送風(fēng)機由于入口風(fēng)溫過高將無法正常運行。自然循環(huán)相變換熱系統(tǒng)主要是通過調(diào)節(jié)換熱器的冷源流量來控制相變參數(shù)的，本質(zhì)上是通過改變換熱系數(shù)和傳熱溫差來調(diào)節(jié)換熱量，因而調(diào)控換熱器壁溫的能力較差，調(diào)節(jié)特性不佳；另外，自然循環(huán)相變換熱系統(tǒng)只適宜加熱單一冷源。只加熱鍋爐供風(fēng)的余熱回收利用系統(tǒng)，在夏季環(huán)境溫度較高時，特別是在南方地區(qū)，煙氣與空氣的傳熱溫差減小，余熱回收的經(jīng)濟性將大幅下降。二、項目實施的技術(shù)路線和具體研究內(nèi)容本課題擬通過陜西華電蒲城發(fā)電有限責(zé)任公司#3機組鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)的研究應(yīng)用項目，開發(fā)應(yīng)用一種新的經(jīng)濟、可靠的分控相變煙氣余熱回收利用技術(shù)，將排煙溫度高于該爐型正常燃料酸露點以上部分的煙氣熱量回收利用，在確保系統(tǒng)安全的情況下，以達到節(jié)省更多燃煤量，降低發(fā)電煤耗，減少污染物的排放，提高鍋爐效率的目的。目前蒲城電廠#3機組鍋爐實際運行參數(shù)為：空預(yù)器入口煙溫390410，空預(yù)器出口煙溫冬季平均溫度約135，夏季平均約155，一二次風(fēng)空預(yù)器出口溫度340-360。本項目根據(jù)鍋爐實際燃用煤質(zhì)及運行參數(shù)確定的余熱回收方案如下：在空預(yù)器后的水平煙道上安裝煙道換熱器（分控相變換熱器吸熱裝置），在送風(fēng)機和一次風(fēng)機出口風(fēng)道位置加裝風(fēng)道換熱器（分控相變換熱器放熱裝置），在零米送風(fēng)機出口風(fēng)道之間設(shè)凝結(jié)水加熱器。分控相變換熱器吸熱裝置內(nèi)最低飽和蒸汽溫度設(shè)定為115，高于煙氣酸露點5，將排煙溫度從平均150降低到130，回收熱量加熱進入空預(yù)器的一、二次風(fēng)和旁路1到2號低加的凝結(jié)水，加熱風(fēng)和水的熱量根據(jù)排煙溫度和環(huán)境溫度自行調(diào)節(jié)分配。系統(tǒng)流程圖如下圖所示：分控相變換熱熱力系統(tǒng)（單臺爐）主要組成包括：序號項目單位數(shù)量備注1吸熱蒸發(fā)器套162放熱冷凝器套63汽流調(diào)節(jié)閥臺2DN5004液流調(diào)節(jié)閥臺4DN505平衡水箱臺23m36水封箱臺11.8m37循環(huán)泵臺48凝結(jié)水換熱器臺19汽液換熱器臺110排液泵臺111電控閥臺412汽水管路系統(tǒng)套2分控相變換熱器控制系統(tǒng)（單臺爐）設(shè)備名稱型號及規(guī)格描述數(shù)量CPU模塊LK205，CPU模塊，100MHZ，位指令 0.32ms/K，程序4MB，數(shù)據(jù)8MB+1MB掉電保持區(qū)1DP通信接口模塊LK232，PROFIBUS-DP通信接口模塊3電源模塊5ALK910，電源模塊，輸入120/230VAC，輸出24VDC，5A216點數(shù)字量輸入模塊LK610，16通道數(shù)字量輸入模塊，12/24V DC，漏型216點數(shù)字量輸出模塊LK710，16通道數(shù)字量輸出模塊，24V DC，晶體管輸出18點模擬量輸入模塊LK411，8通道模擬量輸入模塊，16位，電流信號174點模擬量輸出模塊LK511，4通道模擬量輸出模塊，12位，電流信號，通道間隔離510槽本地背板LK101，本地背板，單CPU插槽，10槽111槽擴展背板LK111，擴展背板，11槽111槽擴展背板LK111，擴展背板，11槽1擴展電纜LKX002，擴展電纜，3M2占空模塊LKC131，占空模塊8I/O端子線纜蓋LKC170，LK PLC 專用I/O端子線纜蓋28LK I/O底板編碼銷轉(zhuǎn)動工具LKF003，LK I/O底板編碼銷轉(zhuǎn)動工具1PowerPro V4編程軟件LKS001，PLC編程軟件，PowerPro V41LK編程電纜LKX001，LK編程電纜，5M1觸摸屏TPC1262H1組態(tài)軟件HollyView6.53，256點，開發(fā)運行一體1工控機1PLC控制機柜機柜,2175*800*650(高*寬*深),RAL7032，包括端子、空開、導(dǎo)線、導(dǎo)軌等附件1壓力開關(guān)4就地壓力表3個0-1.0MPA（含表管及閥門接頭）；1個0-1.6MPA（含表管及閥門接頭）4遠傳壓力變送器0-1.6MPA12分控相變余熱回收系統(tǒng)的計算參數(shù)（根據(jù)提供的數(shù)據(jù)計算）根據(jù)用戶實際運行參數(shù)，參考設(shè)計數(shù)據(jù)，對分控余熱回收系統(tǒng)的設(shè)計計算如下：以下計算均以單臺爐為基數(shù)，僅計算加熱風(fēng)的結(jié)果，凝結(jié)水加熱最大負荷設(shè)計為加熱風(fēng)量的50%，平均負荷為加熱風(fēng)量的25%。計算依據(jù)的主要參數(shù)數(shù)據(jù)機組計算負荷(MW)300年平均運行負荷率（%）70.00%平均年發(fā)電量（億kwh）1.8369煤平均熱值（kcal/kg）4540煤的平均含硫量（%）2.1%煙氣酸露點（）110改造前年平均排煙溫度（）150改造后年平均排煙溫度（）130改造前年平均空預(yù)入口風(fēng)溫（）10改造后年平均空預(yù)入口風(fēng)溫（）33.5三、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點可隨環(huán)境溫度和機組負荷的變化，將熱源煙氣換熱器產(chǎn)生的蒸汽分別控制輸送到一次風(fēng)加熱器、二次風(fēng)加熱器、熱網(wǎng)加熱器和凝結(jié)水換熱器等不同熱用戶，自動進行不同熱用戶的優(yōu)化組合，確保熱力系統(tǒng)的最佳經(jīng)濟性。組合系統(tǒng)可在避免低溫省煤器發(fā)生低溫腐蝕和汽化的情況下，提升低溫省煤器的出口水溫，提高余熱回收利用的熱力循環(huán)效率和經(jīng)濟性。一次風(fēng)加熱器和二次風(fēng)加熱器可與原暖風(fēng)器及輔汽系統(tǒng)兼容，可減小風(fēng)道阻力損失，保護空氣預(yù)熱器，并確保暖風(fēng)器回?zé)嵯到y(tǒng)的經(jīng)濟性；采用汽液換熱器和輔助蒸汽等控制冷凝液的過冷度，確保煙氣換熱器不發(fā)生局部低溫腐蝕，可提高安全裕量；相變系統(tǒng)采用強制循環(huán)，換熱器可靈活布置，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性；煙氣換熱器采用小聯(lián)箱單元組合結(jié)構(gòu)，即便于檢修維護，減輕局部磨損的危害，也可提高整個換熱器的使用壽命；熱源相變參數(shù)控制系統(tǒng)的時間常數(shù)小，調(diào)節(jié)特性好。易于將多任務(wù)控制和多層次保護集成在一個系統(tǒng)，安全性高；可與空氣預(yù)熱器配套設(shè)計，變?yōu)榭烧{(diào)式空氣預(yù)熱系統(tǒng)，保護空氣預(yù)熱器不發(fā)生低溫腐蝕和堵灰。從而空預(yù)器可采用管式或板式結(jié)構(gòu)，降低漏風(fēng)損失，提高了機組經(jīng)濟性。四、項目主要技術(shù)難點1、可靠的控制系統(tǒng)分控相變系統(tǒng)采用的控制手段較多，使各控制協(xié)調(diào)配合是保障分控相變煙氣余熱利用系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵點，也是難點。本項目將采用成熟的PLC控制技術(shù)集中處理各種控制、報警和保護信號。2、煙道換熱器的布置煙道換熱器尺寸和重量較大，其合理布置是影響換熱效率、系統(tǒng)經(jīng)濟性和安全性的關(guān)鍵因素。煙道換熱器的布置受制于現(xiàn)場已有空間布局和煙道布置及尺寸的限制較多，本項目需根據(jù)現(xiàn)場情況，研究制定一套最佳的設(shè)備布置方案。五、項目預(yù)期達到的主要技術(shù)指標1）鍋爐排煙溫度最低可降低到120以下；2）相變換熱器壁面溫度可控可調(diào)，在各種工況下，壁面溫度都比酸露點高5。3）各種工況下，相變換熱器煙氣側(cè)壓力降300Pa；4）各種工況下，相變換熱器風(fēng)側(cè)壓力降150Pa；5）相變換熱器用電負荷10kW；6）引風(fēng)機、送風(fēng)機等主要輔機增加電耗300kW；7）項目回收余熱年節(jié)約標煤量5000t/y；8）供電煤耗降低2.5g/kWh；9）換熱元件不間斷連續(xù)運行時間大于10000小時，設(shè)計使用壽命不小于10年。10）系統(tǒng)設(shè)備壽命大于15年。六、項目費用明細 單位：萬元科目金 額備 注（一）直接費用8401.人員費（1）研究機構(gòu)人員費50（2）臨時工工資402.設(shè)備及軟件費（1）購置510（2）試制1003.業(yè)務(wù)費（1）材料費80（2）資料費10（3）外協(xié)測試試驗及加工費20（4）會議費10（5）差旅費204.其他直接費用（二）間接費用801.現(xiàn)有儀器設(shè)備使用費202.直接管理費用503.其他間接費用10（三）協(xié)作研究支出50協(xié)作支出150合 計970七、項目的進度安排序號時間段資金計劃(萬元)主要研究內(nèi)容和成果12013年12月70理論研究和設(shè)計，完成系統(tǒng)設(shè)計計算22014年1月2014年3月150完成設(shè)備設(shè)計和部分設(shè)備加工32014年4月2014年5月500完成設(shè)備制造和部分材料采購42014年5月2014年7月200完成設(shè)備購置和系統(tǒng)的安裝52014年7月2014年8月50完成系統(tǒng)的調(diào)試和優(yōu)化運行八、項目主要負責(zé)人和參加人員情況1、項目負責(zé)人2、項目研究人員序號姓名工作單位職務(wù)職稱專業(yè)承擔(dān)本項目主要工作投 入月 數(shù)九、項目主要經(jīng)濟、社會、環(huán)境收益1、經(jīng)濟效益節(jié)能效益計算下表僅計算加熱風(fēng)的效益。凝結(jié)水加熱器只在夏季采用，加熱凝結(jié)水的余熱利用效益相比較低，總的余熱利用效益約為加熱風(fēng)總效益的13%。計算的主要參數(shù)數(shù)據(jù)回收余熱使鍋爐效率提高（%）1%回收的余熱年節(jié)約標煤量（t/y）5625增加引、送風(fēng)機等電耗（KW）298項目年節(jié)約標煤量（t/y）5086供電煤耗降低（g/kwh）2.77 項目總投資費用單臺爐工程項目投資約為970萬元。項目投資回報期由方案效益總表中的數(shù)據(jù)可知，應(yīng)用分控相變換熱器節(jié)能技術(shù)后，回收鍋爐排煙余熱，在保證尾部受熱面不發(fā)生腐蝕的情況下，單臺爐實際節(jié)省標煤 5086噸。標煤單價以700元/噸計算，則實際年經(jīng)濟效益為： 508670010000= 356萬元則靜態(tài)投資回收期為：970356 = 2.72年故安裝相變換熱裝置后的 2.72 年即可將投資的設(shè)備成本收回。 2、安全效益 分控相變煙氣余熱回收利用系統(tǒng)通過提高空預(yù)器入口風(fēng)溫度，從而大大減輕了空預(yù)器的低溫腐蝕和結(jié)露引起嚴重堵灰現(xiàn)象的發(fā)生，提高了設(shè)備及系統(tǒng)的安全性。3、社會效益課題的社會效益分析：減排效益計算表：計算的主要參數(shù)數(shù)據(jù)減少SO2排放（t）214 減少NOx排放（t）233減少CO2排放（t）8093減少灰渣排放（t）1720 十、項目風(fēng)險分析及對策1、分控相變煙氣余熱回收系統(tǒng)的合理性：分控相變換熱技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計不受季節(jié)和環(huán)境的影響，可以始終通過對鍋爐進風(fēng)和凝結(jié)水的加熱，實現(xiàn)能量最佳的梯級利用，使發(fā)電的循環(huán)熱效率達到最大值，經(jīng)濟效益最佳。分控相變換熱技術(shù)依據(jù)相變換熱原理，采用溫度更加同一均勻的蒸發(fā)液作為主要控制參數(shù)，避免了煙道中沿?zé)煹澜孛鏌煔鉁囟绕畹挠绊?，控制參?shù)更為可靠。這對于溫度很低的煙氣進行深度余熱回收十分重要。分控相變換熱技術(shù)設(shè)計的不凝氣體排除系統(tǒng)可在任何工況下將氣體可靠排除，且沒有蒸汽損失，相變換熱效能和設(shè)備壽命得到提高。煙氣流速對受熱面的換熱系數(shù)、磨損和積灰影響很大，所以根據(jù)鍋爐運行參數(shù)和使用煤種選擇合理的煙氣速度對于相變換熱裝置運行的經(jīng)濟性至關(guān)重要。傳統(tǒng)相變換熱技術(shù)對冷、熱源負荷變化的適應(yīng)性較差，調(diào)節(jié)手段無法滿足冷、熱源負荷大幅變化時設(shè)備的安全，低溫腐蝕常在這時劇烈發(fā)生。由于分控相變換熱技術(shù)的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性好，控制精度高，并且可以從機組啟動到停運全過程，根據(jù)機組負荷和運行參數(shù)的變化，做出智能判斷，自動控制相變換熱系統(tǒng)運行的投入與退出，可以可靠地確保受熱面不發(fā)生酸結(jié)露腐蝕和粘結(jié)堵灰。飛灰磨損速度與煙氣速度的三次方、灰硬度和煙氣含灰量成正比。在低溫?zé)煔庵?，灰的硬度更大，因而通常條件下低溫受熱面磨損速度較快。為了降低飛灰對受熱面的磨損速度，設(shè)計時更需要控制合理的煙氣速度和避免煙氣走廊。根據(jù)已有經(jīng)驗，一般要改變前三排換熱管的結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過增設(shè)防磨瓦、導(dǎo)流板和采取錳鋼防磨材料等可以確保相變換熱器的壽命不受影響。2、分控相變煙氣余熱回收系統(tǒng)對原有系統(tǒng)的影響（1）分控相變余熱回收系統(tǒng)對空預(yù)器的影響：由于回收的余熱可用于加熱空預(yù)器前冷一、二次風(fēng)，替代了部分暖風(fēng)器的作用，可以更可靠地確?？疹A(yù)器不受低溫腐蝕，使得空預(yù)器的壽命得到提高，堵灰現(xiàn)象減弱，漏風(fēng)損失減小，換熱性能得到提升。鍋爐供風(fēng)溫度的提高會導(dǎo)致空預(yù)器出口排煙溫度升高，但可以被余熱回收裝置所利用，只增加了傳熱溫差，不會增加排煙損失。（2）分控相變余熱回收系統(tǒng)對除塵器的影響：除塵器設(shè)有溫度報警裝置，當(dāng)除塵器入口溫度低于110時系統(tǒng)自動報警。而分控相變換熱系統(tǒng)可控制排煙溫度值高于煙氣酸露點值某一設(shè)定值，并且可以方便