一、 概述
国家新出台节能政策和标准对节能提出了新的要求，节能降耗日益成为主要研究课题，其中在锅炉尾部预热器出口低温段采用低温省煤器回收锅炉排烟余热是有效的途径之一。控股公司要求，根据自身实际情况预留和改造低温省煤器提高经济效益。
本次改造拟在#1、#2机组空预器出口电除尘入口连接烟道上布置低温省煤器，利用烟气的余热加热凝结水系统，降低烟尘浓度提高电除尘效率。本次改造低温省煤器不设置循环旁路，不增设增压泵。
二、 低温省煤器布置形式
在低温省煤器布置在电除尘前和布置在后的方案讨论中，发现温度变化对飞灰比电阻、粉尘浓度有一定的影响，我司经过了多轮讨论，结合我司飞灰比电阻特性以及国家粉尘浓度30mg/Nm³的排放标准，以及运用等效焓降方计算机侧有效功率和换热面积投资回收期等综合多方因素比较，发现布置在电除尘前意义更加重大。
煤灰种类测量温度
(0C)测量电压
(kV)比电阻
(Ω.cm)仪器设备检测依据
灰 样261.21.17´108高压粉尘比电阻测定仪
DR-ⅡGB/T16913-2008
1001.21.52´109
1201.26.06´109
1401.22.33´1010
1501.24.66´1010
1601.21.04´1011
1701.21.70´1011
1801.22.66´1011
2001.23.73´1011
表1：粉尘比电阻(我司实际运行情况下)
对于布置在除尘器尘前的烟气余热回收装置，还可以通过降低排烟温度而使烟气中的粉尘比电阻降低、烟气的体积流量减少，从而提高了电除尘的效率，降低了粉尘的排放。
烟气热量回收装置将节省部分汽轮机的回热抽汽，在汽轮机进汽量不变的情况下，节省的抽汽从抽汽口返回汽轮机继续膨胀做功，因此，在发电量不变的情况下，可节约机组的能耗。图1是烟气热量回收装置的系统连接示意。通常从某个低压加热器引出部分或全部冷凝水，送往低温省煤器装置。
图1 烟气热量回收装置系统
二、低温省煤器在首阳山项目的成功应用
通过对我司锅炉近一年的排烟温度统计，发现我司锅炉排烟温度普遍较高，夏季最高达到154℃，冬季最低为108℃，造成大量热量损失，严重影响锅炉效率，(见表二、表三)同时造成吸收塔需要大量的冷却水进行冷烟温，造成水冷损失。如果加装烟气换热器设备，烟气烟温将被很好的利用回收，同时能大幅度降低吸收塔用水，还可使利用的余热回到汽机侧，使冷凝水的得到额外的热量，减少低压加热器的抽汽量，增大内功率，减少锅炉燃煤量。存在巨大的经济性空间。
2.1系统流程
我司在经过充分论证和多方调研情况下，充分考虑了设计煤种、排烟温度、凝露腐蚀、引风机功率、烟气流量、粉尘排放浓度、电除尘效率等诸多参数， 将烟气回收装置布置在电除尘入口处。图2为烟气回收系统布置示意图。
图2 为烟气回收系统布置示意图
表2：本工程负荷和烟气平均温度统计(2011年实际运行参数)
季节负荷率测点
描述实际
负荷
MW空预器入口烟温℃空预器出口烟温℃空预器入口二次风温℃空预器出口二次风温℃一次风机入口风温℃空预器入口一次风温℃空预器出口一次风温℃
春季50%平均值307 315 109 19 291 16 24 279
75%平均值453 342 125 18 316 15 26 298
100%平均值614 364 144 27 336 23 35 314
夏季50%平均值306 320 116 29 296 25 34 281
75%平均值453 343 130 29 315 26 37 295
100%平均值610 367 148 35 337 31 43 312
环境温度最高时606370155433353951309
冬季环境温度最低时31031910010289-63275
50%平均值306 317 105 15 293 4 12 279
75%平均值453 343 116 17 315 5 15 295
100%平均值611 367 132 17 338 5 16 313
注：1、春季是指2011年4月、5月份。2、夏季是指2011年7月、8月份。3、冬季是指2011年1月、2月、11月、12月。4、50%负荷选取范围是300MW-310MW。5、75%负荷选取范围是450MW-455MW。6、100%负荷选取范围是600MW以上。7、最低值与最高值是指空预器入口烟温参数。
表3：全年运行时负荷分配情况
2011年全年不同负荷率下累计运行小时数
季节月份负荷范围(MW)累计小时数(h)
春季3-5月份290-3103.58
310-35031.50
350-450357.42
450-500209.25
500-600689.08
600以上614.08
夏季6-8月290-31038.00
310-350119.25
350-450512.92
450-500168
500-600708
600以上560
秋季9-11月290-31013
310-35041
350-450242
450-50097.00
500-600565.33
600以上325.67
冬季12-2月290-310149.25
310-350248.83
350-450461.58
450-500143.42
500-600608.33
600以上532.00
2.2管组设计及参数
由于低温省煤器的传热温差小，为使受热面结构紧凑以减小体积，并减少材料耗量，传热管必须采用扩展受热面强化传热。H型翅片管作为换热元件，由于其制造工艺简单，能有效增大管外换热面积，强化传热，因而在常规锅炉设计与改造、利用中低温余热的余热锅炉以及其它换热设备中得到了广泛的应用。另外，H型翅片管较光管，可以提高传热管外壁面的温度，有利于减缓低温腐蚀。同时较之螺旋翅片管而言，其自清灰能力较强，因此，本项目中低温省煤器的传热管采用H型翅片管。
低温省煤器布置在除尘器之前，每台机组布置四台低温省煤器，采用H型翅片管，双管圈、顺列、逆流布置，每台低温省煤器分三组换热面，为方便更换低温腐蚀管束，以及检修查漏。每组换热面分低温侧、中间侧与高温侧管组。每组管组设进出口集箱，集箱上装置出入口法兰，通过钢管将低温侧、中间侧与高温侧管组相连;每组换热面的进出水集箱通过阀门与进出水联箱相连，方便单组换热面泄露时进行切除。集箱及联箱设排气阀及排污阀。
低温省煤器受热面部件均在厂内组装出厂，其余部件散装出厂，这样，减少了现场安装工作量，缩短了安装周期。低温省煤器采用箱体外保温，在保温层外面装设外护板，对保温材料加以保护。
表4 管组主要参数
序号项 目单位参数
BMCR450MW300MW
1型号 HRSYS.YSL600
2总烟气流量Nm3/h203883015291231019415
3总换热面积(至少)m²19132.91
4换热管型式 H型翅片管
5管径 / 壁厚mm38/5
6翅片高度/翅片厚度mm89/2
7翅片节矩mm21
8翅片宽度/翅片间隙mm95/15
9换热管重量t320
10换热器总水容积 m394
4台低温省煤器本体总水容积为 m342
供水管道总水容积为m351.8
11设备总重量:t480
12传热量kW30992.517366.26552.1
13烟气换热器进口烟气温度℃148130116
14烟气换热器出口烟气温度℃110101.5100
15烟气侧压力损失(投用一年后)Pa20010050
16烟气换热器进水温度℃808078.4
17烟气换热器出水温度℃100.2395.4107.5
18烟气换热器进水流量t/h1306.2967.2191.0
19水侧压力损失bar0.8120.4490.02
20水侧工作压力MPa3.23.02.8
21水侧试验压力MPa6.3
22烟道进出口尺寸mm5850×6732(四个烟道)
23烟气换热器厚度尺寸
(沿烟气流向方向)mm2872
24烟气流速m/s9.176.654.35
25烟气换热器并联管组数 2
26传热管材料 20G+ND钢
27传热管运行最低壁温℃83.47782.18682.350
2.2取得成效
本项目通过近一年的运行观察和第三方性能试验测试烟气回收系统改造取得显着的成果，达到了预先的目的。
2.2.1主要技术指标或经济指标
1)由于进出脱硫塔的烟气温度降低了33℃，大大减少了脱硫塔的蒸发量。经过计算，可节水约35t/h。年节水量为20.96 (万吨)。
2)烟温降从148℃降至105℃，水温升约20℃，排烟温度每降低15℃--25℃，可提高锅炉效率1%左右。回收的热量将替代6#低加部分抽汽，经过经性能试验测试平均节约煤耗2g/kwh。根据2012年机组利用小时数计算而得年节煤总量： 6949.1 (t)见表五
3)电除尘入口烟温下降后根据飞灰比电阻特性，对电除尘收尘效果有一定提高。根据性能试验得到投入与退出电除尘效率相差0.07%。见表六
4)对于锅炉燃烧和传热不会产生任何不利影响。
5)具有良好的煤种和季节适应性。锅炉的低温省煤器的出口烟气温度可以根据季节和煤质进行调节，以实现节约煤耗和防止低温腐蚀的综合要求。
表5：低温省煤器对汽轮机效率影响
#1机组#2机组
名称单位600MW
(投低省)600MW
(投低省)600MW
(切低省)600MW
(投低省)600MW
(切低省)
试验日期mm/dd2013.8.042013.8.52013.8.52014.1.112014.1.11
试验开始时间hh:mm13:45:0010:30:0011:35:0011:35:0014:42:00
试验结束时间hh:mm14:07:0011:30:0012:05:0013:30:0016:10:00
机组热耗率kJ/kWh8110.8 8083.4 8198.7 7892.8 7950.2
参数修正后的热耗率kJ/kWh7761.67 7752.12 7861.6 7821.17840.9
修正后平均热耗kJ/kWh7756.97861.67821.17840.9
2.2.2技术创新点
1)对烟气余温进行再次利用，设计时充分考虑了排烟温度、凝露腐蚀、引风机功率、烟气流量、电除尘飞灰比电阻、烟尘浓度、电除尘效率等诸多参数关系，达到优化最佳;
2)低温省煤器位置设计，充分考虑对锅炉燃烧和传热不会产生任何不利影响。将其布置于电除尘前面，则其传热行为对于锅炉的一切受热面的传热均不发生影响。因此既不会降低入炉热风温度而影响锅炉燃烧，也不会使空气预热器的传热量减少;
3)对煤种和季节适应性比较强;
4)结合电除尘旋转极板和高频电源统一考虑降低排放浓度、提高除尘效率，高于国家环保标准。
表六：低省投入与退出对电除尘的影响
项目投入低省退出低省
A除尘器B除尘器A除尘器B除尘器
机组电负荷 (MW)610603
处理烟气量 (×104m3/h)154.42151.76161.45159.28
进口烟尘浓度(g/Nm3干)36.20834.96642.15341.688
出口烟尘浓度(mg/Nm3干)33.54034.52542.04041.620
飞灰排放量(kg/h)34.6632.8140.0739.11
67.4779.18
除尘效率(%)99.89999.89999.89899.898
99.89999.898
三、总结
本项目利用烟气余温进行加热凝结水，起到了很好的节能效果。本项目在电力行业内具有推广价值。特别是低温省煤器和电除尘旋转极板加高频电源总体布置模式的成功应用现已成为华润电力控股标准配置模式。
