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摘要：介绍了脱硫低压省煤器系统在火力发电厂220MW机组上的研究与应用，主要包括系统的节能原理、设计、安装运行等内容，并对系统节能量进行了计算分析。
关键词：电厂节能；脱硫低压省煤器；烟气余热
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：16723198（2012）20019502
0 前言
山东百年电力发展股份有限公司4号炉是武汉锅炉厂制造的WGZ-670/140-10自然循环锅筒锅炉，配套国产220MW机组，额定蒸发量670t，增压风机后烟气温度145℃。为充分利用烟气余热，并降低进入脱硫系统的烟气温度，山东百年电力委托山大华特环保工程有限公司进行脱硫低省系统的研制、设计、安装、调试等工作。脱硫低省换热元件采用螺旋管翅片管，并在烟气入口安装吹灰挡板以解决换热管积灰问题。脱硫低压省自投运以来，运行良好，未发生磨损、腐蚀现象，且积灰不明显，达到了良好的节能减排效果。
1 脱硫低压省煤器系统分析
脱硫低省系统安装在锅炉尾部烟道，结构与一般省煤器相仿，由于其水侧与汽轮机回热系统低压部分连接，且安装于脱硫系统前，与常规低压省煤器相比，能大幅降低烟气温度，减少脱硫系统水耗，故称为“脱硫低压省煤器”。
脱硫低省并联或串联于热力系统中，从低压加热器出口引出全部或部分凝结水进入脱硫低省，吸收烟气热量，降低排烟温度，凝结水被加热后重新进入主凝结管道，与主凝结水混合。脱硫低省的给水绕过若干级低压加热器，可利用级间压降克服低压省煤器及其连接管道的全部或部分流动阻力，条件允许时可不增设水泵，这种连接方式实现了烟气余热的梯级利用。
2 脱硫低压省煤器系统设计参数及联接方式
2.1 脱硫低压省煤器安装位置
脱硫低压省煤器安装于电除尘之后、脱硫系统之前的烟道内，可有效避免换热管积灰和磨损，且烟气经脱硫低省后，脱硫系统入口烟气温度大幅降低，脱硫系统工艺水耗同时降低，有利于脱硫反应的进行。
2.2 主要设计参数
2.3 参数选择
为提高换热效率，强化烟气侧换热效果，脱硫低省采用错列管束，逆流布置方式，并用镍基全渗层螺旋翅片管作为换热元件，该换热元件翅片与母管的焊接采用高温全渗层镍基钎焊工艺，接触热阻几乎为零，同时镍基渗层使换热管具有良好的防腐、耐磨性能。
脱硫低省参数的选择主要包括进出水温度、水流份额、出口烟气温度以及出口水返回热系统汇合点的选择。
进口水温的选择主要受热力防腐和最佳进水温度的约束，对大部分脱硫低省，其热力防腐温度远高于最佳进水温度。当二者不能协调时，优先考虑热力防腐作为进口水温选择的依据。当低温腐蚀不严重或者采取其他防腐措施时，可不受热力腐蚀温度的限制。本系统脱硫低省为并联式，提高其出口水温有利于热经济性的提高。对于并联式系统，脱硫低省出口水返回热系统地点的选择对其热经济性也有影响，当出口水温高于汇集点主凝结水温度时，会使其余热利用的平均能级提高，从而提高脱硫低省的节能效果。在条件允许的情况下，应在热系统中找一个与脱硫低压省煤器出口水温最接近，但又低于其出口水温的地点作为汇集点。
2.4 联接方式
脱硫低省在热力系统中的联接方式，直接影响到它的经济效果和分析方法以及运行的安全性、可靠性。本工程采用脱硫低省与低压加热器并联系统。
综合考虑了热力防腐以及系统热经济性后，选择来自2#轴封加热器出口、1#轴封加热器出口的主凝结水，经混合后作为进口水进入4#炉脱硫低省，自下而上经蛇形管排入出口集箱，与逆流来的热烟气进行换热后进入7#低压加热器出口，与主凝结水混合。在1#、2#轴封加热器出口安装电动调节阀，调节水流量，保证脱硫低省进口水温达到设计值，避免因水温太低导致脱硫低省壁温过低而引起低温腐蚀。此设计既可调节脱硫低省进水流量，还可以控制进口水温，便于根据季节、煤种和工况的变化控制其出口烟气温度在设计的温度范围内，避免发生低温腐蚀。
3 脱硫低压省煤器的运行
脱硫低压省煤器的投入、运行及退出应严格按照运行规程执行，运行时通过调节高低温进水口调节阀开度保证进口水温达到设计值并通过调节进水流量使出口烟气温度不低于设计出口烟气温度。脱硫低省的进水温度应相对稳定，正常运行时不宜随意变动，只有当燃煤的含硫量有较大变化时，才作适当调整。当运行煤种的含硫量增大时，应相应提高脱硫低省进水温度。脱硫低省投入运行以后，运行人员应实时监控进水温度、出水温度、出口烟气温度，发现温度偏离正常值时，应及时做出调整。运行时，应按照规程相关规定进行吹灰，避免因为管外表面积灰而影响系统换热效果。
4 脱硫低压省煤器的节能效果分析
脱硫低省系统成功运行后，山东百年电力委托山东省电力研究院对该系统进行试验评估，结果表明，安装脱硫低省系统后，排烟温度由145℃降低至95℃左右，正常运行时，热效率相对提高1.144%～1.6045%。
对脱硫低省进行经济分析时，将其在锅炉尾部烟道吸收的排烟热量视为余热利用，利用等效热降法进行热经济性分析，将其吸收的热量作为纯热量输入系统，而锅炉效率不受脱硫低省的影响而保持不变，锅炉的排烟热损失不发生变化，脱硫低省降低了烟气温度，但是锅炉排烟温度始终以空气预热器出口为准，即锅炉产生1kg新汽的能耗不变。利用等效热降对热系统进行分析时，1kg汽轮机新汽的全部做功量称为新汽等效热降（记为H），相对于1kg汽轮机新汽，所有排挤汽轮机抽气所增发的功量（记为ΔH）称为等效热量的增量。对于本设计中采用的并聯式脱硫低省系统，按照热水携带热量进、出系统分析比较方便。流经脱硫低省系统的凝结水量为Dd，新蒸汽量Dgr，定义脱硫低省的流量系数β=DdDgr。新汽的等效热降与等效热降的增量计算方法如下：
H=i0-in-∑zr=1τrHrqr-∑∏，（kJ/kg）
ΔH=β[（hd2-h6）η6+∑（τjηj）]，（kJ/kg）
式中r为任意抽气级的编号；
τr为r级加热器中1kg水的焓升，kJ/kg；
Hr为各级抽汽的等效热降，计算方法参照文献[3]；
qr为r级加热器中1kg加热蒸汽的放热量；
∑∏为轴封漏气及利用，加热器散热，抽气器耗汽和泵功耗能等辅助成份作为损失的总和；
η为r级加热器的抽汽效率；
β为脱硫低省流量系数。
脱硫低省使装置经济性相对提高δηi=ΔHΔH+H×100%
热耗率降低Δq=q×δηi，（kJ/kwh）
标煤能耗降低Δbb=bb×δηi，（g/kwh）
评估测试结果显示，当两台磨煤机运行，脱硫低省出口烟温95℃时，该系统烟气余热回收可提高热经济性1.6045%，煤耗率可降低4.9741g/kwh，当机组在额定负荷下运行时，年运行5500小时，年均负荷率取0.9时，计算年节标煤量为5416.79吨，此外，由于脱硫低省降低了烟气温度，使得脱硫系统年节水15.3万吨，同时减少CO2排放量1.3万吨/年。
5 结束语
运行及试验结果证明，脱硫低省系统能够有效降低烟气温度，提高电厂热系统的热效率、降低煤耗率，并能有效降低脱硫系统水耗，减少电厂CO2排放量，具有良好的节能和环保效果。
参考文献
[1]姜延灿，韦成国.200MW加装低压省煤器后性能试验分析[J].重庆电力高等专科学校学报，2008，13（4），14.
[2]黄新元，王家明，孙启超等.锅炉中加装低压省煤器改造技术研究[J].电力设备，2008，28（3）：98.
[3]林万超.火电厂热系统定量分析[M].西安：西安交通大学出版社，1985，（5）.
关键词：电厂节能；脱硫低压省煤器；烟气余热
中图分类号：TB 文献标识码：A 文章编号：16723198（2012）20019502
0 前言
山东百年电力发展股份有限公司4号炉是武汉锅炉厂制造的WGZ-670/140-10自然循环锅筒锅炉，配套国产220MW机组，额定蒸发量670t，增压风机后烟气温度145℃。为充分利用烟气余热，并降低进入脱硫系统的烟气温度，山东百年电力委托山大华特环保工程有限公司进行脱硫低省系统的研制、设计、安装、调试等工作。脱硫低省换热元件采用螺旋管翅片管，并在烟气入口安装吹灰挡板以解决换热管积灰问题。脱硫低压省自投运以来，运行良好，未发生磨损、腐蚀现象，且积灰不明显，达到了良好的节能减排效果。
1 脱硫低压省煤器系统分析
脱硫低省系统安装在锅炉尾部烟道，结构与一般省煤器相仿，由于其水侧与汽轮机回热系统低压部分连接，且安装于脱硫系统前，与常规低压省煤器相比，能大幅降低烟气温度，减少脱硫系统水耗，故称为“脱硫低压省煤器”。
脱硫低省并联或串联于热力系统中，从低压加热器出口引出全部或部分凝结水进入脱硫低省，吸收烟气热量，降低排烟温度，凝结水被加热后重新进入主凝结管道，与主凝结水混合。脱硫低省的给水绕过若干级低压加热器，可利用级间压降克服低压省煤器及其连接管道的全部或部分流动阻力，条件允许时可不增设水泵，这种连接方式实现了烟气余热的梯级利用。
2 脱硫低压省煤器系统设计参数及联接方式
2.1 脱硫低压省煤器安装位置
脱硫低压省煤器安装于电除尘之后、脱硫系统之前的烟道内，可有效避免换热管积灰和磨损，且烟气经脱硫低省后，脱硫系统入口烟气温度大幅降低，脱硫系统工艺水耗同时降低，有利于脱硫反应的进行。
2.2 主要设计参数
2.3 参数选择
为提高换热效率，强化烟气侧换热效果，脱硫低省采用错列管束，逆流布置方式，并用镍基全渗层螺旋翅片管作为换热元件，该换热元件翅片与母管的焊接采用高温全渗层镍基钎焊工艺，接触热阻几乎为零，同时镍基渗层使换热管具有良好的防腐、耐磨性能。
脱硫低省参数的选择主要包括进出水温度、水流份额、出口烟气温度以及出口水返回热系统汇合点的选择。
进口水温的选择主要受热力防腐和最佳进水温度的约束，对大部分脱硫低省，其热力防腐温度远高于最佳进水温度。当二者不能协调时，优先考虑热力防腐作为进口水温选择的依据。当低温腐蚀不严重或者采取其他防腐措施时，可不受热力腐蚀温度的限制。本系统脱硫低省为并联式，提高其出口水温有利于热经济性的提高。对于并联式系统，脱硫低省出口水返回热系统地点的选择对其热经济性也有影响，当出口水温高于汇集点主凝结水温度时，会使其余热利用的平均能级提高，从而提高脱硫低省的节能效果。在条件允许的情况下，应在热系统中找一个与脱硫低压省煤器出口水温最接近，但又低于其出口水温的地点作为汇集点。
2.4 联接方式
脱硫低省在热力系统中的联接方式，直接影响到它的经济效果和分析方法以及运行的安全性、可靠性。本工程采用脱硫低省与低压加热器并联系统。
综合考虑了热力防腐以及系统热经济性后，选择来自2#轴封加热器出口、1#轴封加热器出口的主凝结水，经混合后作为进口水进入4#炉脱硫低省，自下而上经蛇形管排入出口集箱，与逆流来的热烟气进行换热后进入7#低压加热器出口，与主凝结水混合。在1#、2#轴封加热器出口安装电动调节阀，调节水流量，保证脱硫低省进口水温达到设计值，避免因水温太低导致脱硫低省壁温过低而引起低温腐蚀。此设计既可调节脱硫低省进水流量，还可以控制进口水温，便于根据季节、煤种和工况的变化控制其出口烟气温度在设计的温度范围内，避免发生低温腐蚀。
3 脱硫低压省煤器的运行
脱硫低压省煤器的投入、运行及退出应严格按照运行规程执行，运行时通过调节高低温进水口调节阀开度保证进口水温达到设计值并通过调节进水流量使出口烟气温度不低于设计出口烟气温度。脱硫低省的进水温度应相对稳定，正常运行时不宜随意变动，只有当燃煤的含硫量有较大变化时，才作适当调整。当运行煤种的含硫量增大时，应相应提高脱硫低省进水温度。脱硫低省投入运行以后，运行人员应实时监控进水温度、出水温度、出口烟气温度，发现温度偏离正常值时，应及时做出调整。运行时，应按照规程相关规定进行吹灰，避免因为管外表面积灰而影响系统换热效果。
4 脱硫低压省煤器的节能效果分析
脱硫低省系统成功运行后，山东百年电力委托山东省电力研究院对该系统进行试验评估，结果表明，安装脱硫低省系统后，排烟温度由145℃降低至95℃左右，正常运行时，热效率相对提高1.144%～1.6045%。
对脱硫低省进行经济分析时，将其在锅炉尾部烟道吸收的排烟热量视为余热利用，利用等效热降法进行热经济性分析，将其吸收的热量作为纯热量输入系统，而锅炉效率不受脱硫低省的影响而保持不变，锅炉的排烟热损失不发生变化，脱硫低省降低了烟气温度，但是锅炉排烟温度始终以空气预热器出口为准，即锅炉产生1kg新汽的能耗不变。利用等效热降对热系统进行分析时，1kg汽轮机新汽的全部做功量称为新汽等效热降（记为H），相对于1kg汽轮机新汽，所有排挤汽轮机抽气所增发的功量（记为ΔH）称为等效热量的增量。对于本设计中采用的并聯式脱硫低省系统，按照热水携带热量进、出系统分析比较方便。流经脱硫低省系统的凝结水量为Dd，新蒸汽量Dgr，定义脱硫低省的流量系数β=DdDgr。新汽的等效热降与等效热降的增量计算方法如下：
H=i0-in-∑zr=1τrHrqr-∑∏，（kJ/kg）
ΔH=β[（hd2-h6）η6+∑（τjηj）]，（kJ/kg）
式中r为任意抽气级的编号；
τr为r级加热器中1kg水的焓升，kJ/kg；
Hr为各级抽汽的等效热降，计算方法参照文献[3]；
qr为r级加热器中1kg加热蒸汽的放热量；
∑∏为轴封漏气及利用，加热器散热，抽气器耗汽和泵功耗能等辅助成份作为损失的总和；
η为r级加热器的抽汽效率；
β为脱硫低省流量系数。
脱硫低省使装置经济性相对提高δηi=ΔHΔH+H×100%
热耗率降低Δq=q×δηi，（kJ/kwh）
标煤能耗降低Δbb=bb×δηi，（g/kwh）
评估测试结果显示，当两台磨煤机运行，脱硫低省出口烟温95℃时，该系统烟气余热回收可提高热经济性1.6045%，煤耗率可降低4.9741g/kwh，当机组在额定负荷下运行时，年运行5500小时，年均负荷率取0.9时，计算年节标煤量为5416.79吨，此外，由于脱硫低省降低了烟气温度，使得脱硫系统年节水15.3万吨，同时减少CO2排放量1.3万吨/年。
5 结束语
运行及试验结果证明，脱硫低省系统能够有效降低烟气温度，提高电厂热系统的热效率、降低煤耗率，并能有效降低脱硫系统水耗，减少电厂CO2排放量，具有良好的节能和环保效果。
参考文献
[1]姜延灿，韦成国.200MW加装低压省煤器后性能试验分析[J].重庆电力高等专科学校学报，2008，13（4），14.
[2]黄新元，王家明，孙启超等.锅炉中加装低压省煤器改造技术研究[J].电力设备，2008，28（3）：98.
[3]林万超.火电厂热系统定量分析[M].西安：西安交通大学出版社，1985，（5）.