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1、中國華電集團公司科技項目技術方案課題名稱：陜西華電蒲城發電有限責任公司#3機組 鍋爐煙氣余熱回收技術的研究應用申請單位： 陜西華電蒲城發電有限責任公司起止時間： 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改革后，從體制上根本打破了電力企業集發、輸、配、售于一體的局面，火電廠在新的經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，使得火電廠的生產成本急劇上升，導致我廠電熱價格與成本倒掛問題越發突出，加劇了火電廠的經營困境。在這種情況下，企業如何扭轉負2、債經營的不利局面，成為當務之急，用新技術、新工藝、新方法，挖潛改造，提高機爐熱效率、節能減排勢在必行。現鍋爐排煙溫度按照經典的控制酸露腐蝕條件的設計規范設計，計算排煙溫度已經留有設備保護的余地。目前設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濟指標要求而存在潛在的上升空間。以國內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，排煙溫度因空預器設備的末端腐蝕而局部積灰、系統阻力增加、過量空氣系數增加、排煙溫度升高；空氣預熱器漏風、夏季空氣溫度升高、煤種變化也使得鍋爐遠3、離校核煤種等因素都會引發排煙溫度升高。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的發電機組，平均每年可節約標煤約6000噸。 另外，利用煙氣余熱提高空預前空氣溫度和脫硫塔后煙溫，可減輕空預器和煙道腐蝕；降低脫硫塔前煙溫還可減少脫硫工藝前的噴水量。要回收低溫煙氣的余熱，就必須有經濟和可靠的技術。國內較早就開始了煙氣余熱回收技術的開發，并有些技術相繼成熟得到應用，但這些技術多停留在早期粗放的階段，在系統可靠性和余熱回收經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4、優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熱系數、造價和使用壽命等限制，余熱回收的經濟性不佳。另外，當換熱材料表面發生酸露凝結時，設備表面會形成導熱系數更差的粘性灰垢，該類致密的粘性積灰與換熱材料表面結合力很強，較難通過吹灰系統清除，甚至使系統堵灰嚴重而無法正常運行。傳統低溫省煤器技術較簡單、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。該系統如果設計不當，還有發生凝結水汽化的風險。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，其通過控制中間傳熱介質（水-汽）的相變參數來控制傳熱量和煙道換熱器壁溫，從而提高了系統的5、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同相變式低溫省煤器的原理相同，但加熱鍋爐供風時的經濟性更好。目前運用該技術已開發的自然循環系統中，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，該系統也不易實現一二次風的同步加熱，且只能將空氣加熱器布置在送風機入口，這樣在夏季時，送風機由于入口風溫過高將無法正常運行。自然循環相變換熱系統主要是通過調節換熱器的冷源流量來控制相變參數的，本質上是通過改變換熱系數和傳熱溫差來調節換熱量，因而調控換熱器壁溫的能力較差，調節特性不佳；另外，自然循環相變換熱系統只適宜加熱單一冷源。只加熱鍋爐供風的余熱回收利用系統，在夏季環6、境溫度較高時，特別是在南方地區，煙氣與空氣的傳熱溫差減小，余熱回收的經濟性將大幅下降。二、項目實施的技術路線和具體研究內容本課題擬通過陜西華電蒲城發電有限責任公司#3機組鍋爐煙氣余熱回收技術的研究應用項目，開發應用一種新的經濟、可靠的分控相變煙氣余熱回收利用技術，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，在確保系統安全的情況下，以達到節省更多燃煤量，降低發電煤耗，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為：空預器入口煙溫390410，空預器出口煙溫冬季平均溫度約135，夏季平均約155，一二次風空預器出口溫度340-360。本項目根據鍋爐實7、際燃用煤質及運行參數確定的余熱回收方案如下：在空預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），在送風機和一次風機出口風道位置加裝風道換熱器（分控相變換熱器放熱裝置），在零米送風機出口風道之間設凝結水加熱器。分控相變換熱器吸熱裝置內最低飽和蒸汽溫度設定為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器的一、二次風和旁路1到2號低加的凝結水，加熱風和水的熱量根據排煙溫度和環境溫度自行調節分配。系統流程圖如下圖所示：分控相變換熱熱力系統（單臺爐）主要組成包括：序號項目單位數量備注1吸熱蒸發器套162放熱冷凝器套63汽流調節閥臺2DN5004液流調節閥8、臺4DN505平衡水箱臺23m36水封箱臺11.8m37循環泵臺48凝結水換熱器臺19汽液換熱器臺110排液泵臺111電控閥臺412汽水管路系統套2分控相變換熱器控制系統（單臺爐）設備名稱型號及規格描述數量CPU模塊LK205，CPU模塊，100MHZ，位指令 0.32ms/K，程序4MB，數據8MB+1MB掉電保持區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點數字量輸入模塊LK610，16通道數字量輸入模塊，12/24V DC，漏型216點數字量輸出模塊LK710，16通道數字量輸出9、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底板編碼銷轉動工具LKF003，LK I/O底板編碼銷轉動工具1PowerPro V4編程軟件LKS001，PLC編程10、軟件，PowerPro V41LK編程電纜LKX001，LK編程電纜，5M1觸摸屏TPC1262H1組態軟件HollyView6.53，256點，開發運行一體1工控機1PLC控制機柜機柜,2175*800*650(高*寬*深),RAL7032，包括端子、空開、導線、導軌等附件1壓力開關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的計算參數（根據提供的數據計算）根據用戶實際運行參數，參考設計數據，對分控余熱回收系統的設計計算如下：以下計算均以單臺爐為基數，僅計算加熱風的結果，凝結水加熱最大負11、荷設計為加熱風量的50%，平均負荷為加熱風量的25%。計算依據的主要參數數據機組計算負荷(MW)300年平均運行負荷率（%）70.00%平均年發電量（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改造前年平均空預入口風溫（）10改造后年平均空預入口風溫（）33.5三、關鍵技術及創新點可隨環境溫度和機組負荷的變化，將熱源煙氣換熱器產生的蒸汽分別控制輸送到一次風加熱器、二次風加熱器、熱網加熱器和凝結水換熱器等不同熱用戶，自動進行不同熱用戶的優化組合，確保熱力系統的最佳經濟性。組合12、系統可在避免低溫省煤器發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效率和經濟性。一次風加熱器和二次風加熱器可與原暖風器及輔汽系統兼容，可減小風道阻力損失，保護空氣預熱器，并確保暖風器回熱系統的經濟性；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生局部低溫腐蝕，可提高安全裕量；相變系統采用強制循環，換熱器可靈活布置，提高了系統的適應性；煙氣換熱器采用小聯箱單元組合結構，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；熱源相變參數控制系統的時間常數小，調節特性好。易于將多任務控制和多層次保護集成在一個系統，安全性高；可與空氣13、預熱器配套設計，變為可調式空氣預熱系統，保護空氣預熱器不發生低溫腐蝕和堵灰。從而空預器可采用管式或板式結構，降低漏風損失，提高了機組經濟性。四、項目主要技術難點1、可靠的控制系統分控相變系統采用的控制手段較多，使各控制協調配合是保障分控相變煙氣余熱利用系統正常工作的關鍵點，也是難點。本項目將采用成熟的PLC控制技術集中處理各種控制、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、系統經濟性和安全性的關鍵因素。煙道換熱器的布置受制于現場已有空間布局和煙道布置及尺寸的限制較多，本項目需根據現場情況，研究制定一套最佳的設備布置方案。五、項目預期達到的主要技術指14、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，在各種工況下，壁面溫度都比酸露點高5。3）各種工況下，相變換熱器煙氣側壓力降300Pa；4）各種工況下，相變換熱器風側壓力降150Pa；5）相變換熱器用電負荷10kW；6）引風機、送風機等主要輔機增加電耗300kW；7）項目回收余熱年節約標煤量5000t/y；8）供電煤耗降低2.5g/kWh；9）換熱元件不間斷連續運行時間大于10000小時，設計使用壽命不小于10年。10）系統設備壽命大于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）研究機構人員費50（2）臨時工工資402.設備15、及軟件費（1）購置510（2）試制1003.業務費（1）材料費80（2）資料費10（3）外協測試試驗及加工費20（4）會議費10（5）差旅費204.其他直接費用（二）間接費用801.現有儀器設備使用費202.直接管理費用503.其他間接費用10（三）協作研究支出50協作支出150合 計970七、項目的進度安排序號時間段資金計劃(萬元)主要研究內容和成果12013年12月70理論研究和設計，完成系統設計計算22014年1月2014年3月150完成設備設計和部分設備加工32014年4月2014年5月500完成設備制造和部分材料采購42014年5月2014年7月200完成設備購置和系統的安裝520116、4年7月2014年8月50完成系統的調試和優化運行八、項目主要負責人和參加人員情況1、項目負責人2、項目研究人員序號姓名工作單位職務職稱專業承擔本項目主要工作投 入月 數九、項目主要經濟、社會、環境收益1、經濟效益節能效益計算下表僅計算加熱風的效益。凝結水加熱器只在夏季采用，加熱凝結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總效益的13%。計算的主要參數數據回收余熱使鍋爐效率提高（%）1%回收的余熱年節約標煤量（t/y）5625增加引、送風機等電耗（KW）298項目年節約標煤量（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17、資回報期由方案效益總表中的數據可知，應用分控相變換熱器節能技術后，回收鍋爐排煙余熱，在保證尾部受熱面不發生腐蝕的情況下，單臺爐實際節省標煤 5086噸。標煤單價以700元/噸計算，則實際年經濟效益為： 508670010000= 356萬元則靜態投資回收期為：970356 = 2.72年故安裝相變換熱裝置后的 2.72 年即可將投資的設備成本收回。 2、安全效益 分控相變煙氣余熱回收利用系統通過提高空預器入口風溫度，從而大大減輕了空預器的低溫腐蝕和結露引起嚴重堵灰現象的發生，提高了設備及系統的安全性。3、社會效益課題的社會效益分析：減排效益計算表：計算的主要參數數據減少SO2排放（t）214 18、減少NOx排放（t）233減少CO2排放（t）8093減少灰渣排放（t）1720 十、項目風險分析及對策1、分控相變煙氣余熱回收系統的合理性：分控相變換熱技術的系統設計不受季節和環境的影響，可以始終通過對鍋爐進風和凝結水的加熱，實現能量最佳的梯級利用，使發電的循環熱效率達到最大值，經濟效益最佳。分控相變換熱技術依據相變換熱原理，采用溫度更加同一均勻的蒸發液作為主要控制參數，避免了煙道中沿煙道截面煙氣溫度偏差的影響，控制參數更為可靠。這對于溫度很低的煙氣進行深度余熱回收十分重要。分控相變換熱技術設計的不凝氣體排除系統可在任何工況下將氣體可靠排除，且沒有蒸汽損失，相變換熱效能和設備壽命得到提高。煙19、氣流速對受熱面的換熱系數、磨損和積灰影響很大，所以根據鍋爐運行參數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濟性至關重要。傳統相變換熱技術對冷、熱源負荷變化的適應性較差，調節手段無法滿足冷、熱源負荷大幅變化時設備的安全，低溫腐蝕常在這時劇烈發生。由于分控相變換熱技術的控制系統調節特性好，控制精度高，并且可以從機組啟動到停運全過程，根據機組負荷和運行參數的變化，做出智能判斷，自動控制相變換熱系統運行的投入與退出，可以可靠地確保受熱面不發生酸結露腐蝕和粘結堵灰。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。在低溫煙氣中，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20、降低飛灰對受熱面的磨損速度，設計時更需要控制合理的煙氣速度和避免煙氣走廊。根據已有經驗，一般要改變前三排換熱管的結構參數，通過增設防磨瓦、導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對原有系統的影響（1）分控相變余熱回收系統對空預器的影響：由于回收的余熱可用于加熱空預器前冷一、二次風，替代了部分暖風器的作用，可以更可靠地確保空預器不受低溫腐蝕，使得空預器的壽命得到提高，堵灰現象減弱，漏風損失減小，換熱性能得到提升。鍋爐供風溫度的提高會導致空預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21、對除塵器的影響：除塵器設有溫度報警裝置，當除塵器入口溫度低于110時系統自動報警。而分控相變換熱系統可控制排煙溫度值高于煙氣酸露點值某一設定值，并且可以方便的調整該設定值，從而保證除塵器入口煙氣溫度在正常工作條件范圍內，不對除塵器產生不良影響；同時煙氣溫度降低導致煙氣體積流量減小，可提高除塵器除塵效率。因而投用分控相變余熱回收系統對除塵器只會產生積極的影響。（3）分控相變余熱回收系統對引、送風機的影響：由于在煙、風道中增加了受熱面，因而采用余熱回收設備會增加煙、風道的阻力，改造需要引、送風機和一次風機有一定的富余容量。必要時也可以改造煙、風道設計以降低部分阻力損失。本項目中分控相變換熱器裝置增22、加了煙氣側約280-350Pa的阻力損失，增加了空預器前風道約100-180Pa的阻力損失。由于分控相變換熱技術可以將風道受熱面布置在送風機和一次風機出口風道中，與暖風器有較好的兼容性，可由已有暖風器替代部分冷源放熱管束，不僅節約了投資，也降低了冷源管路阻力，降低了風機電耗。另外由于機組進行脫硝改造時風機進行過改造，可以滿足余熱回收系統投用要求無需對現有風機進行改動。十一、項目組織管理和實施機制 本項目以陜西華電蒲城發電有限責任公司為項目核心單位，在集團分公司領導下組織項目的實施。項目以理論研究和示范工程建設相結合的方式展開。以技術發明單位為主進行理論研究，為系統的方案設計、工程設計提供指導；以陜西華電蒲城發電有限責任公司#3機組鍋爐煙氣余熱回收技術應用為示范工程，示范工程的調試實驗為系統的優化和完善提供經驗和依據。本項目將專門設立項目工作組，分別下設：項目管理組、研究開發組、工程設計組、施工管理組和物資供應組。各組設負責人，明確職責分工，相互協調配合，確保課題項目的順利實施和取得預期的效益。