摘要：隨著能源和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，國家對(duì)電站的問題日益突出，對(duì)環(huán)保工作要求更高，低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)在在許多發(fā)電站得到了應(yīng)用，它不僅保證了較高的除塵效率，而且解決了下游設(shè)備的防腐蝕問題。

前言

隨著能源環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，國家對(duì)電站的節(jié)能環(huán)保工作提出了更高的要求，低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)在許多電站得以應(yīng)用。其將電除塵器進(jìn)口前的煙溫深度降低至露點(diǎn)附近，煙氣中的硫酸霧會(huì)被飛灰顆粒吸附，然后被電除塵器捕捉后隨飛灰排出，不僅保證了更高的除塵效率，還解決了下游設(shè)備的防腐蝕難題。

1 火電廠低低溫?zé)煔馓幚硐到y(tǒng)煙氣余熱利用技術(shù)的研究背景

實(shí)踐證明，低低溫?zé)煔馓幚砑夹g(shù)與濕法煙氣脫硫工藝的組合可以達(dá)到高效除塵、脫硫的效果，是達(dá)到電站鍋爐煙氣超凈排放的有效途徑之一。另一方面，回收的煙氣余熱若引入蒸汽回?zé)嵯到y(tǒng)，用于加熱凝結(jié)水，則成為低低溫?zé)煔庥酂崂孟到y(tǒng)，可以節(jié)省回?zé)岢槠?，起到替代部分低壓加熱器的功能，?jié)省的抽汽返回汽輪機(jī)繼續(xù)做功，會(huì)提高機(jī)組的循環(huán)效率。因此，電站低低溫?zé)煔庥酂崂孟到y(tǒng)使環(huán)保與節(jié)能相結(jié)合，具有雙重功效。電站熱系統(tǒng)節(jié)能分析方法大多以熱力學(xué)第一定律為依據(jù)，如施延洲等在某電廠煙氣余熱利用系統(tǒng)熱力試驗(yàn)中采用熱平衡法進(jìn)行節(jié)能分析。閆水保、郭江龍等指出了等效熱降法、矩陣法和循環(huán)函數(shù)法等分析方法之間的關(guān)系。這些方法均基于能量和質(zhì)量的守恒，利用系統(tǒng)熱力學(xué)平衡的概念來分析、完善所研究系統(tǒng)，但它們僅考慮了能量的數(shù)量而忽視了能量的品質(zhì)，所以在分析系統(tǒng)能量品質(zhì)下降的原因上無能為力，因此也無法正確地分析系統(tǒng)節(jié)能和優(yōu)化的潛力。而熱力學(xué)第二定律指出了能量轉(zhuǎn)換的方向性，注重于能量的品質(zhì)與可用性。以熱力學(xué)第二定律為依據(jù)的熵產(chǎn)法能夠?qū)煔庥酂崂眠^程中的不可逆損失進(jìn)行分析和量化，同時(shí)辨識(shí)系統(tǒng)中不可逆損失的原因和產(chǎn)生的部位，可以清晰揭示出能量在傳遞和轉(zhuǎn)換的各環(huán)節(jié)中能量耗損的分布特征，從而更好地為提高低低溫?zé)煔庥酂崂玫挠行灾敢较颉?br />
2 低溫余熱回收過程的實(shí)驗(yàn)分析

在空氣預(yù)熱器出口和電除塵器之間的煙道中增設(shè)低低溫省煤器，將煙溫深度降低至約90℃，其水側(cè)通常與回?zé)嵯到y(tǒng)中的某級(jí)（或某幾級(jí)）低壓加熱器并聯(lián)連接，回收的余熱用于加熱部分凝結(jié)水，以排擠對(duì)應(yīng)的抽汽，增加機(jī)組做功功率。相對(duì)低低溫?zé)煔鈫渭?jí)回?zé)崂?，如低低溫省煤器并?lián)于幾級(jí)回?zé)峒訜崞?，則稱之為低低溫?zé)煔舛嗉?jí)回?zé)崂?。自x一l級(jí)加熱器出口引出凝結(jié)水進(jìn)入低低溫省煤器加熱，吸收煙氣余熱熱負(fù)荷后，回到m級(jí)加熱器人口的主凝結(jié)水管道，此過程中，排擠了x～m級(jí)加熱器的抽汽。以低低溫?zé)煔饽┘?jí)回?zé)崂渺禺a(chǎn)分析為基礎(chǔ)，對(duì)其多級(jí)級(jí)回?zé)崂孟到y(tǒng)進(jìn)行熵產(chǎn)分析?；谏鲜隽鞒蹋谀忱贌姀S內(nèi)完成了示范項(xiàng)目的建設(shè)與調(diào)試，并開展了工業(yè)化實(shí)驗(yàn)分析。圖 1 為所述方案的正視流程和側(cè)視流程圖。

2.1 實(shí)驗(yàn)案例一

除塵后的低溫?zé)煔鈼l件：溫度150℃，含塵量約2g/Nm3，流量約92，881Nm3/h，含水率31%。除塵后的低溫?zé)煔?呈U形流過整套系統(tǒng)。在入口側(cè)，煙氣1首先經(jīng)熱管2降溫后回收部分顯熱，溫度降低至120℃，之后進(jìn)入列管冷凝器3的殼程將煙溫降至露點(diǎn)溫度以下，約34℃。管程內(nèi)的常溫冷卻水5被相應(yīng)加熱并獲得熱水6。在該過程中，余熱回收總量可達(dá)13MW，煙氣冷凝液4則由設(shè)備底部排出。在出口側(cè)，低溫?zé)煔饨?jīng)熱管2回收入口側(cè)煙氣1顯熱后溫度重新升高，達(dá)到80℃，最后經(jīng)煙囪順利排出。采用上述方法回收所得余熱每小時(shí)可將300t水由20℃加熱至60℃，該熱水可作為鍋爐給水循環(huán)利用或周邊居民生活供熱。

2.2 實(shí)驗(yàn)案例二

低低溫?zé)煔庥酂崂盟畟?cè)系統(tǒng)。為防止嚴(yán)重的低溫腐蝕，系統(tǒng)設(shè)置了回水再循環(huán)管路，6#低加進(jìn)口的凝結(jié)水與再循環(huán)回水混合至70℃，進(jìn)入低低溫省煤器被加熱至109.5℃，回到6#低加進(jìn)口的凝結(jié)水主管路。應(yīng)用低低溫?zé)煔庥酂崂孟到y(tǒng)降低排煙溫度48℃，回收煙氣單位熱負(fù)荷69.33kJ／kg，熵產(chǎn)法計(jì)算蒸汽做功能力增加了7.66 kJ／kg，標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低2.15g（kw•h），全廠效率相對(duì)提高0.66％。按照計(jì)算結(jié)果，低低溫省煤器回收熱量的做功能力損失分布，表明總做功能力損失包含了煙氣余熱輸入損失、加熱器損失、汽輪機(jī)流動(dòng)損失和凝汽器放熱損失等4項(xiàng)，分別占總損失的份額分別為85．23％、5．94％、3．96％和4．87％。

2.3 實(shí)驗(yàn)案例三

電站機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)中，若因利用熱量改變而排擠某級(jí)加熱器抽汽，會(huì)對(duì)其后的各級(jí)加熱器造成影響。對(duì)于疏水式加熱器，抽氣量減少會(huì)使進(jìn)入下級(jí)的疏水量會(huì)減少；對(duì)于匯集式加熱器，會(huì)使以后各級(jí)的凝結(jié)水量增加，這些原因都會(huì)造成后級(jí)加熱器的可利用熱量相對(duì)減少，因此，后面各級(jí)加熱器會(huì)增加抽汽量以保持熱量平衡。

3 結(jié)論

（1）煙氣冷卻器和回?zé)峒訜崞鬟@兩種加熱器存在傳熱溫差，產(chǎn)生了加熱器傳熱損失。提高低低溫省煤器進(jìn)、出口水溫，煙氣冷卻器傳熱溫差減少，傳熱損失降低；另外，煙氣冷卻器進(jìn)、出口水溫的提高還可以排擠更高能級(jí)的回?zé)岢槠?，回?zé)岢槠€的上移，從而使兩種加熱器的總傳熱損失減少。但過小的煙氣冷卻器端差會(huì)導(dǎo)致其傳熱面積增大、投入增加，低低溫省煤器出口水溫選擇往往要依據(jù)投資和收益進(jìn)行綜合考慮。

（2）低低溫?zé)煔庥酂崂孟到y(tǒng)通過加熱凝結(jié)水排擠回?zé)岢槠?，在增加汽輪機(jī)做功的同時(shí)導(dǎo)致排汽量較原來增加2.79％，使汽輪機(jī)內(nèi)流動(dòng)損失和凝汽器放熱損失增加。對(duì)于汽輪機(jī)內(nèi)流動(dòng)損失，由于鍋爐排煙溫度的限制，低低溫省煤器排擠的抽汽一般為低壓回?zé)岢槠?，僅造成的汽輪機(jī)低壓缸后部的流動(dòng)損失增加，影響有限。汽輪機(jī)流動(dòng)損失增加占總損失的3.96％。排汽量增加造成的凝汽器放熱損失增加占總做功能力損失的4.87％，而在以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)的分析方法中，排汽量增加導(dǎo)致冷源損失增大，回收余熱的所有做功損失都被歸為冷源損失之中。

（3）由于系統(tǒng)利用的是煙氣余熱，煙溫較低，因此煙氣余熱自身帶有大量的，構(gòu)成了煙氣余熱輸入本項(xiàng)損失與利用煙溫相關(guān)，表明煙氣余熱利用系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性受到鍋爐原始排煙溫度的限制。如果鍋爐排煙溫度較高，一方面煙氣余熱輸入損失減小；另一方面，低低溫省煤器的出口水溫得以提高，加熱器傳熱損失降低，還可以排擠更高能級(jí)的抽汽，相同回收熱量下排擠抽汽量減少，凝汽器放熱損失也會(huì)降低，從而使系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性顯著提高。

4 結(jié)語

低低溫高效燃煤煙氣處理工藝具備除塵提效、節(jié)能減排、高效脫除SO3、緩解“石膏雨”、解決視覺污染、實(shí)現(xiàn)干煙囪排放等綜合優(yōu)點(diǎn)，粵電大埔電廠大型機(jī)組示范應(yīng)用所取得的優(yōu)良效果更加驗(yàn)證了該工藝的高效可靠性。該工藝未來必將成為超低排放的一種主流工藝，得到廣泛的推廣應(yīng)用。