超超臨界低溫省煤器配置方案的選擇

1煙氣余熱利用列熱損失是列熱損失中最大的一個，占列熱損失的60%70%。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度,降低排煙溫度對于節(jié)約燃料、降低污染具有重要的實際意義。煙氣余熱利用是通過煙氣余熱利用換熱器回收鍋爐排煙熱量來加熱凝結(jié)水或進入空氣預熱器的鍋爐送風,回收利用部分熱量,減少排煙熱損失。在燃煤量不變的情況下,提高機組出力,增加發(fā)電量,提高效益。根據(jù)已有的工程經(jīng)驗并結(jié)合本工程的特點,本工程選擇低溫省煤器進行煙氣的余熱回收利用。2抗低溫腐蝕措施由于低溫省煤器的進水和出水溫度都比較低,因此可確定低溫省煤器是出于酸腐蝕的條件下長期工作,為了提高低溫省煤器的使用壽命,選用耐腐蝕材料是抗低溫腐蝕的常用方法。常用的抗腐蝕材料分為金屬材料和非金屬材料。2.1制備擄加工的評論員玻璃管雖防腐性能好但易碎,不是理想材料。搪瓷管是較理想的抗腐蝕材料,但搪瓷管難加工,只能做成光管的型式,難以翅片化。氟塑料材質(zhì)可有效解決煙氣腐蝕問題,對煙氣組分、壁溫、酸露點無特殊要求,可以超低溫運行,使用壽命長達15a。但材料依賴進口,價格昂貴,且換熱效率低、面積較大,布置要求高。2.2腐蝕效果優(yōu)良目前國內(nèi)的低溫省煤器設計,多選用ND鋼。ND鋼,耐酸腐蝕效果優(yōu)良,可減緩腐蝕速度,延長設備使用壽命,與其它耐腐蝕鋼相比具有一定優(yōu)勢。ND鋼與其它鋼種的腐蝕速率對比見表1。省煤器低溫側(cè)選用ND鋼,高溫側(cè)選用碳鋼。3低溫省煤裝置的配置方案3.1除塵器設備的優(yōu)化低溫省煤器的布置方式根據(jù)其在煙氣系統(tǒng)中的位置可分為除塵器前布置,吸風機前布置,吸風機后布置和除塵器前后二級布置等方式。根據(jù)本工程特點,吸風機前布置困難,故不考慮該布置方案。(1)方案一:除塵器前布置方式除塵器入口的煙氣經(jīng)低溫省煤器后溫度降低,煙氣的體積流量也相應減少,可以減少除塵器的除塵面積,減少除塵器的占地面積和用材。根據(jù)相關研究,飛灰的比電阻隨溫度的降低而降低,除塵器的除塵效率隨之增高。但是煙氣溫度的降低增加了電除塵器的低溫防腐的難度,同時增加了除塵器內(nèi)堵灰的可能性。(2)方案二:吸風機后布置方式煙氣經(jīng)過除塵器后,煙氣中的堿性顆粒幾乎被除塵器捕捉。低溫省煤器處于低塵區(qū)工作,對換熱器來說基本不存在磨損和堵灰的問題,因此換熱器內(nèi)可以使用翅片管式或板式以提高傳熱系數(shù)。(3)方案三:除塵器前后二級布置方式分別在除塵器前和吸風機后分別布置低溫省煤器。兼有前兩種布置方式的優(yōu)勢,缺點是布置困難,系統(tǒng)復雜,造價高。3.2系統(tǒng)配置除塵器前布置和吸風機后布置,均為一級布置,系統(tǒng)流程相似。一級布置系統(tǒng)流程如圖1所示。除塵器前后二級布置方式,系統(tǒng)流程圖如圖2所示。3.3為加熱介質(zhì)的溫度選擇3.3.1煙氣低溫腐蝕煙氣溫降的選擇主要考慮煙氣的酸露點腐蝕,而影響露點腐蝕的因素很多,按照影響程度,可以認為,影響露點腐蝕速率最大的幾個因素是燃料、轉(zhuǎn)化率、酸沉積率、溫度、材料。關于露點低溫腐蝕,國外研究比較早,通過學習和了解國外在露點腐蝕研究領域的已有成果和最新進展,我們至少可以得出以下幾個結(jié)論:(1)試驗表明:金屬的腐蝕與換熱面的金屬壁面溫度有關。(2)露點低溫腐蝕速率受控于腐蝕性元素的氧化轉(zhuǎn)化率。(3)腐蝕速率受控于酸冷凝沉積率,而不是酸和金屬的反應速率。在鍋爐受熱面中,沿煙氣流程壁溫逐漸降低,當受熱面壁溫降到酸露點,硫酸開始凝結(jié),引起腐蝕。開始時由于酸濃度很高,處于85%~95%,凝結(jié)酸量不多,因此腐蝕速度較低。隨壁溫降低,凝結(jié)酸量增加,因而腐蝕速度增加,腐蝕速度達到最大值點之后,隨壁溫進一步降低,酸濃度變低,達到60%~70%;腐蝕速度亦下降,在此濃度下達到腐蝕最輕點。之后,當金屬壁溫再繼續(xù)下降,由于酸液濃度接近20%~40%,同時凝結(jié)量更多,因此腐蝕速度又上升。在低溫腐蝕的情況下,金屬有兩個嚴重腐蝕區(qū),兩個安全區(qū)。由于本工程煙氣酸露點的計算溫度在94.5℃左右。一般來說,只要保證低溫受熱面金屬壁溫高出煙氣酸露點溫度10℃左右,就能避免產(chǎn)生低溫腐蝕,煙氣冷卻器換熱面也能避免出現(xiàn)粘性積灰,這需要被冷卻后的煙氣溫度高于酸露點,如此很難做到對煙氣的余熱進行經(jīng)濟有效的利用。隨著近幾年耐硫酸露點腐蝕鋼的國產(chǎn)化研究及成功應用,在煙氣冷卻器的設計中采用“有限腐蝕”的思路,允許被冷卻后的煙氣溫度及煙氣冷卻器的冷端換熱管壁面溫度處在酸露點以下,通過傳熱管壁溫的控制來保證換熱面的腐蝕處于腐蝕速率低的區(qū)域。例如,根據(jù)蘇聯(lián)1973年版鍋爐機組熱力計算標準,低溫省煤器金屬壁溫置于小于105℃,但高出煙氣中水蒸汽露點溫度25℃區(qū)間,則金屬的腐蝕速度≤0.2mm/a?？紤]低低溫除塵技術尚不成熟,國內(nèi)無運行業(yè)績,吸風機低溫防腐目前仍未解決,除塵器前低溫省煤器出口溫度選擇酸露點以上。綜上所述,各方案煙氣參數(shù)見表2。3.3.2熱設計將加重材質(zhì)的腐蝕低溫省煤器進口水溫的確定應綜合考慮傳熱經(jīng)濟性及腐蝕對設備壽命的影響,如選取較低的進口水溫,雖然能增大傳熱溫差,提高換熱效率,但將加劇管壁的腐蝕。如選取較高的進口水溫,則將因換熱溫差小而降低換熱效率。在低溫省煤器中,煙氣側(cè)的換熱系數(shù)遠遠小于水側(cè)的換熱系數(shù),因此在傳遞給定熱量時水側(cè)與管壁間僅需要較小的溫差;而在傳遞相等熱量的條件下,煙氣側(cè)與管壁則需要較大溫差,所以傳熱金屬壁溫十分接近水側(cè)溫度。因此,低溫省煤器進口凝結(jié)水溫不能太低,一般高于水露點以上20℃。結(jié)合煙氣溫降,汽機熱平衡圖,各方案水介質(zhì)溫度見表3。4通過添加低溫省煤裝置來分析其經(jīng)濟在燃煤量不變的情況下,回收煙氣余熱加熱凝結(jié)水,減少機組抽汽量,機組出力增加,效率提高,發(fā)電量增加,效益提高。4.1降低煙氣溫度脫硫島吸收塔達到最佳脫硫效率需有適合的溫度,該反應溫度區(qū)間為45~50℃。由于本工程引風機出口煙氣溫度達到135.6℃,為使煙氣溫度接近最佳反應溫度,一般通過噴水降低煙氣溫度。一次吸收塔入口煙溫對耗水量影響較大,降低入口煙溫,可以顯著減少耗水量指標。設置煙氣余熱利用換熱器后脫硫收益見表4。4.2標準開采煤炭回收煙氣余熱加熱凝結(jié)水系統(tǒng),機組煤耗降低,在發(fā)電量相同的情況下,節(jié)約標煤見下表5:5兩種方案經(jīng)濟分析經(jīng)過技術比較,三個配置方案技術上均可行。方案一系統(tǒng)流程簡單,初投資低,可提高除塵效率,降低除塵器及吸風機造價,不能夠最大化的利用煙氣余熱,換熱器在除塵器前防磨損要求高;方案二系統(tǒng)流程簡單,可最大化利用煙氣余熱,低溫省煤器工作在低含塵區(qū),磨損小,但初投資較大,不能提高除塵效率;方案三兼有前兩種方案的優(yōu)勢,但增加了布置難度。