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试述燃煤锅炉低温余热利用技术

2015-06-01 17:13:03来源:网络浏览: 评论:0

  针对当前火电厂锅炉余热利用率低,能源价格上涨导致发电亏损,环境压力逐渐增大的现状,可通过加大对锅炉连排水和烟气余热的利用达到节能的目的。介绍连排水和烟气余热利用的相关技术方法,并分析其技术特点,通过实例进一步阐明应用节能技术后可以产生的经济效益和环境效益,为企业创收和节能减排提供一种新途径。

  我国有80%左右的电能靠煤电产生,而燃煤产生的热能并未得到充分地利用。在当今“市场煤、计划电”的大背景下,随着煤价高企,发电企业亏损日益严重,如何充分利用煤炭燃烧产生的热能,提高热能的利用效率,为发电企业创造更多的价值来弥补部分利益上的损失显得十分重要,在火力发电厂中,锅炉尾部烟气及锅炉连续排污水以及炉底排渣的热量可以通过各种技术进行充分利用,以提高全厂的热效率。

  在可以获得较好经济效益和环境效益的前提下,利用这些热量就显得更为重要。锅炉的余热利用有很多种方式,比如利用锅炉尾部烟道的烟气热量加热给水的省煤器,在尾部烟道中利用烟气热量加热参与炉膛燃烧空气的空气预热器,利用锅炉的连续排污水的热量加热给水的给水加热器,利用炉膛底部炉渣的热量加热参与锅炉燃烧的空气和给水,除了这些常规的利用方式外,还有利用锅炉连排水进行直接发电的装置以及深度利用锅炉尾部烟气热量的装置等。我们将详细介绍和分析目前技术较为成熟、性能较为可靠、针对汽水系统的废热,与锅炉排烟系统的低温余热利用的技术及应用效果。

  一、锅炉低温余热利用技术

  1、锅炉汽水系统的余热利用技术

  对火电厂锅炉汽水系统的余热利用主要集中在两个方面,首先是利用锅炉连排水所含的高品位热能做功,驱动发电机发电,剩余的水汽混合物则送至热水站,全部回收再利用,并生产出可供周围企业或居民使用的热水;其次是连排水直接引入加热器加热给水,属于常规的热能利用,效率较低。利用热水的热能驱动发电做功的原理己有相关介绍, 其做功的机理及基本构造见图1所示。做功后排出的水汽混合物可全部进入热水站加热水,向社会供热水或供暖。并且可以利用排污余热加热锅炉给水,减少炉内水在炉膛内所吸收的热量,提高燃料的利用效率。

  图1

  螺杆膨胀动力机发电的机理是:首先用于做功的高温热污水进入机内螺杆齿槽A,继而推动螺杆转动,伴随螺杆转动,齿槽A逐渐旋转至B、C、D,且容积逐渐变人,热水降压、降温膨胀做功,最后由齿槽E排出。做功输出的功率由主轴阳螺杆输出,也可以通过同步齿轮由阴螺杆输出,从而驱动发电机发电螺杆膨胀发电机是目前可以适应过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水两相混合物、热液以及高盐分低品质流体的发电设备,可以很好地适应锅炉连排水不稳定的压力、温度和不均衡的流量,并能在部分负荷、变转速甚至较恶劣的工况下运行,可做到无人值守,节省人工成本。

  二、锅炉排烟系统的余热利用技术

  火电厂锅炉各项热损失中,排烟热损失最大,一般占到了热量的5%~12%,甚至占到锅炉总热损失的80%或者更高。一般情况下,排烟温度每升高100℃,排烟热损失就会相应增加0.6%--1.0%,发电煤耗增加2g/(kW·h)左右。我国现役火电机组中,锅炉排烟温度一般在125~150℃(燃烧褐煤的锅炉在170℃左右,排烟温度偏高是一个普遍存在的现象,也由此造成巨大的热量损失。回收这部分余热主要依靠在排烟系统中安装烟气冷却器,通过水及空气等导热介质将热能传导至锅炉的给水系统和进气系统用于加热助燃空气、凝结水或生产、生活用热水,以达到节能的目的。由于烟气冷却后可能会导致SO2等酸性腐蚀气体结露腐蚀烟囱或其他管壁,在实际应用过程中需要格外注意。

  烟气深度冷却器源于欧美地区,可以较大程度地降低烟气温度,可以让燃煤锅炉排烟温度由190℃降低到90℃,节能效果非常显着。当温度较高的烟气通过冷却器时,与冷却器内片管束中的水进行热量交换,水吸收余热后温度上升,从而降低烟气的温度。在具体设计时,要根据需要,如锅炉排烟的温度、所燃用煤种的酸露点温度、烟气的除尘方式、脱硫系统和烟道与烟囱的布置等因素,来确定冷却器的布置形式和安放位置。由于实际运行工况与设计排烟温度可能存在较大的差距,新建工程在设计阶段就应预留下安装冷却器及相关系统器件的位置,冷却器分高低温布置在除尘器前后的示意如图2所示:

  图2

  图2所示的布置方式将冷却器按高温段和低温段分开布置,高温段布置于除尘器之前的烟道,低温段布置于除尘器之后的烟道。采用此种布置方式的特点是,可以先由除尘器之前的冷却装置将烟气温度降低到120℃左右,这样可以提高后侧除尘器的工作效率,增强除尘效果,并能降低除尘器的能耗,对于布袋除尘器来说还可以延长布袋的使用寿命,防止其被高温损坏;除尘器之后的冷却装置则将烟气温度进一步降低,充分利用其中的热能。这种布置方式适合于:(1)除尘器进气温度在130~150℃或更高,烟气温度过高对除尘效率、布袋使用寿命造成影响的新建工程。(2)除尘器进气温度在130~150℃或更高,且增压风机有400 Pa左右裕量的改造工程。(3)烟气温度在130℃左右,在除尘器后部加装高低温段整合为一的冷却器空间不足,且增压风机有400Pa左右余量的改造工程。

  除上述布置方式以外,还可以将冷却装置的高温段和低温段合一或分别布置在除尘器之后,要视具体情况、具体需求来选择,这样方能达到最佳热量回收效果,节约能源和成本。

  三、技术的应用实例

  汽水系统的余热利用实例,某2x200 MW机组采用了螺杆膨胀动力机利用锅炉连排水热能驱动发电,并且发电做功后余热,再次全部送入热水收集水箱,生产热水供给电厂附近的市区及其周边用户使用,实现污水零排放,有利于环境保护和能源资源的高效利用,符合循环经济的发展理念。

  该厂所用锅炉是东方锅炉厂生产的DG-670/13.7-8型超高压、中间再热、单汽包自然循环固态排渣锅炉,额定蒸发量为 670 t/h , 2台锅炉的设计连续排污流量约为12 t/h,实际运行流量为8~10 t/h,电厂最初的连排水利用方式是将连排水排入连排扩容器,扩容后的蒸汽进入除氧器回收,连排扩容器内的疏水经过定排扩容器排入地沟。改造后,通过加装螺杆膨胀动力机驱动发电机发电。初期试验采用1台锅炉,通过调节锅炉顶部汽包排污阀门开度到达设计流量时,螺杆膨胀动力机驱动的发电机组发电功率可达200 kW。运行实践表明,机组运行安全可靠,没有出现影响汽轮发电机组安全运行的重大问题,且实现了无人值守,基本无需维护。后又对另外1台机组的锅炉进行了加装螺杆膨胀动力发电机的改造。在2台锅炉正常的排污流量情况下,螺杆膨胀动力发电装置可以达到300 kW的满负荷额定容量运行,且运行正常。

  小结

  总之,近年来,我国面临的节能减排压力越来越大,作为耗能大户的各发电集团公司及其所属电厂如何积极推进应用新技术,提高电厂的综合节能减排水平,既是电厂本身降低消耗、减少亏损、提高效益的自身追求,又是切实履行企业应尽的社会责任的需要。余热利用这项节能技术是科技创新在火电厂节能减排、增加企业效益的具体体现,为提高能源利用效率减轻发电企业亏损,拓展出了一条的可靠途径。

 

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