第38卷第7期2016年7月
华电技术
Huadian Technology
Vol.38 No.7
Jul.2016
马金祥，陈军
(南京圣诺热管有限公司，南京210009)
摘要：阐述了火力发电厂低温省煤器系统的设计思路，分析了不同设计思路的优缺点。以600 MW级机组在除尘器之 前布置低温省煤器为例，设计2种低温省煤器布置方案，通过对比其经济性，结合日益成熟的柔性金属搪瓷防腐技术，推 荐一种收益虽然略低，但投资及耗钢量较少的低温省煤器设计方案。 关键词：低温省煤器；煤耗；节能；防腐技术；经济性
中图分类号:TK223.33 文献标志码：B 文章编号：1674 - 1951 (2016)07 -0015 -05
〇引言
排烟温度过高一直是影响锅炉经济运行的主要 原因。理论计算表明，锅炉排烟温度每升高10 °c，锅炉热效率约下降1%。采用低温省煤器可大幅降
低排烟温度，回收烟气余热，降低机组热耗，减少燃
煤消耗，若再与湿法脱硫技术配合则节水效果
显著m。
结合某600 MW级火力发电机组条件，设计2 种低温省煤器布置方案，从经济性、可靠性等方面进 行了比较分析。
1低温省煤器的应用现状
1.1低温省煤器热力连接方式
低温省煤器在热力系统中的连接方式涉及余热 回收系统的经济性和计算方法，对整个余热回收系 统
运行的安全性、可靠性有着很大影响[2]。
低温省煤器接人热力系统的方式大体上可以分 为3种：串联系统（如图1所示），并联系统（如图2 所示）及混合联系统（如图3所示）。图中低加为低 压加热器。 #5 #6 #7 #8
图1串联方式低温省煤器系统
1.1.1 串联系统
图1中，从汽轮机#7低加出口引出凝结水，进收稿日期:2016 -03 -03；修回日期:2016 -07 -01
#5 #6 #7 #8
除氧器低加低加低加低加
图2并联方式低温省煤器系统
#5 #6 #7 #8
除氧器低加低加低加低加
图3混合联方式低温省煤器系统
人低温省煤器，在低温省煤器中加热升温后，返回 #6低加的入口。低温省煤器串联于低加之间，成为 热力系统的一个组成部分。
串联系统的优点是流经低温省煤器的水量大，排烟余热利用率较高，经济效益较好。其缺点是增 加了低加系统凝结水流的阻力和低加系统凝结水泵 的压头。
1.1.2并联系统
图2中，从#8低加出口分流部分凝结水进人低 温省煤器，加热升温后返回#6低加人口，与主凝结 水相汇合。低温省煤器与汽轮机#7低加并联。
并联系统的优点是可以不增加汽轮机低加系统 凝结水泵扬程，因为低温省煤器绕过低加，所减少的 水阻力足以补偿低温省煤器及其连接管道所增加的 阻力。此外，并联方式低温省煤器系统是独立的旁 路，便于停用和检修，对汽轮机低加系统影响可以忽
略。缺点是低温省煤器的传热效果低于串联系统。
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1.1.3混合联系统
球头挂环图3中，低温省煤器的引人点为2点，一点从 #8低加出口引出，另一点从#7低加出口引出，混合 后温度为65 ~ 70 °C
，经低温省煤器加热后返回#6 低加出口。这是比较典型的混合联系统，也是改进 型的并联系统，经常还混合有先串联、后并联的情 况，具体根据整个机组的运行情况而定。
混合联系统综合了串、并联系统的优点，根据汽 轮机低加系统中各级低加进、出口温度，在机组各工 况下控制进人低温省煤器的凝结水温，使低温省煤 器的受热面处于低速率腐蚀区间内，可以有效延长 低温省煤器的使用寿命，保证低温余热回收系统长 期、安全运行。该连接方式的缺点是凝结水管路比 较复杂，由于相对提高了进人低温省煤器的凝结水 温，所以换热面积会增大。混合联方式也是现在业 内低温省煤器最常用的热力连接方式。1.2低温省煤器布置方式
目前低温省煤器布置方案有3种：锅炉空气预 热器之后、除尘器之前的烟道上（如图4所示）；除 尘器之后、风机或脱硫塔之前的烟道上（如图5所 示）；二者兼之，分段布置（如图6所示）。
烟气（自 锅炉来)
脱硝
低温省
装置_
煤器除尘器风机脱硫塔¥
空气预
热器
除氧器
轴封加凝结水(来 热器 自热井）*5 *6低加低加
#7 #8 凝结低加
低加水泵
图4低温省煤器布置在除尘器前
图5
低温省煤器布置在除尘器后、脱硫塔之前
1.2.1布置在除尘器前烟道内的优点
(1) 回收烟气余热，提高机组经济性。
(2) 烟气经低温省煤器降温后，烟气体积减小， 飞灰比电阻降低，可大大提高除尘器的除尘效率，如 此，新建机组除尘器设计规格更小、能耗更低、占地 更少，改造机组可实现更高的除尘效率，降低排放烟 气中的含尘量[3]。
图6低温省煤器分段布置
(3)烟温降低，烟气体积减小，对于新建机组， 低温省煤器出口的烟道断面可减小，节约钢材耗量。
()烟温降低，烟气体积减小，引风机和脱硫增 压风机容量相应减小，可降低引风机和脱硫增压风 机能耗。
(5)
对于湿法脱硫装置，由于脱硫装置人口
温降低，蒸发水分少，可节约脱硫用水。
(6) 如将除尘器人口烟温降至酸露点以下配置低低温除尘器，则还可以除去绝大部分S (V
3]。 1.2.2布置在除尘器前烟道内的缺点
低温省煤器出口烟温比布置在脱硫前高出10〜 15 C
，由于低温省煤器处于除尘器之前，会造成受热
面磨损及灰堵。
1.2.3布置在脱硫装置前烟道内的优点
(1)低温省煤器布置在引风机后至脱硫装置前，可 充分利用引风机温升，更大化提高烟气余热利用率。()经过除尘器除尘，低温省煤器工作环境含
尘少，对换热管的磨损较小，运行风险大为降低。
(3)对于湿法脱硫装置，由于脱硫装置人口烟 温降低，蒸发水分少，可节约脱硫用水。1.2.4布置在脱硫装置前烟道内的缺点苎麻纱
(1)
烟气温降无法提高除尘器除尘效率或减
引风机功率。
(2) 离主厂房较远，用于回收热量的凝结水稍长，相关水泵需克服的管道阻力也略高。1.2.5分段布置的特点
分段布置的低温省煤器综合了前2种布置方式 的优缺点。与前2种方式比，管路布置复杂。
综合以上数据，低温省煤器布置在除尘器前，在
回收烟气余热、提高机组效率的同时，还可提高除尘 效率，降低灰尘质量浓度，减少烟道阻力，具有可观
的经济效益与环保效益。虽然还有一些余热，但由 于换热器传热温压降低，将需要投人更多的材料和 更大的工程，粉尘的冲刷及灰堵都可以从结构上加 以改善。
通过以上分析，低温省煤器布置在除尘器前烟 道内已经能够做到，既节能又符合环保要求，
所以这
第7期马金祥，等：低温省煤器在火力发电厂中的优化设计• 17 •
种布置方式成为低温省煤器常见布置方式。2低温省煤器系统热力分析
2.1案例机组概况
某电厂600
MW 亚临界机组采用上海汽轮机有
限公司在20世纪70年代引进美国西屋电气公司技 术制造的2028 t /h
亚临界压力、一■次中间再热、控制 循环汽包炉。锅炉型号为
SG - 2028/17. 5 - M 907，
采用四角切圆燃烧方式，配用中速磨煤机的直吹式 制粉系统，采用燃烧器摆动调温，露天布置，为全钢 架悬吊结构。锅炉主要性能参数见表1汽轮机通 流改造后热平衡图如图7所示。
表1
锅炉主要技术参数
参数
数值额定蒸发量/(
/h
—1)
2028.0锅炉过热蒸汽压力/
MPa
17.50锅炉过热蒸汽温度/C 541再热器入口、出口汽压/MPa 3.84/3.64再热器入口、出口汽温/C 325/541再热蒸汽流量/(/h -1)1677.7汽包压力/MPa 18.8给水温度/C 279排烟温度/C
134锅炉保证热效率(按低位发热量)/%
93.51
2.2低温省煤器系统
为了减少排烟损失，提高电厂经济性，一般使用
低温省煤器来回收锅炉尾部的烟气余热。
本案例在锅炉尾部空气预热器出口之后、电除 尘器之前烟道内设置低温省煤器，用烟气余热来加 热汽轮机低加系统凝结水，减少回热抽汽，增加机组 输出总功，从而获得更多的发电量。
低温省煤器系统的热力连接方式使用混合联方 式，从控制进人低温省煤器凝结水温的方式来看，主 要有3种混合联方式，即采用3种方式控制进人低 温省煤器的凝结水温度，分别为利用再循环管路控 制进水温度（如图8所示），利用再循环管路及高温 取水点控制进水温度（如图9所示），利用再高温取 水点控制进水温度（如图10所示）。
图8利用再循环管路控制进水温度
由图8〜10可以看出，3种混合联方式主要目 的是将进人低温省煤器的凝结水温度控制在70 °C
。 根据文献可知，管内水温70 °C
工况下的烟气低温腐 蚀最轻。腐蚀速率试验结果见表2。
图7 600 MW 机组热耗率验收功率（THA
)工况热平衡图
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图9利用再循环管路及高温取水点控制进水温度
图10利用再高温取水点控制进水温度
表2年腐蚀速率试验
ts2材料温度/
C腐蚀速率/(mm •a_1)
600.25
ND钢650.22
700.15
20钢700.14
考顿钢700.15
316L不镑钢700.11
304L不镑钢70.14
根据上述分析和试验结果，最终确定换热管选 材为ND钢，保证换热管使用寿命为5〜10 a。
图11所示的是低温省煤器系统对进水温度没 有控制的流程示意，这个流程相对于混合联方式简 单许多，由于取水点温度较低（案例中此点凝结水 温度为36 °C)，可能发生严重的低温腐蚀。为防止 发生低温腐蚀，本案例中采用成熟的柔性金属搪瓷 防腐技术，这种防腐材料能有效地与换热管管壁结 合为一体，用来解决低温或露点温度以下换热管金 属壁面的腐蚀问题，延长管束的使用寿命，同时达到 换热管壁面防结垢与抗镑垢能力，提高换热效率，保 证换热管更换寿命大于10 a。
柔性金属搪瓷技术是在普通搪瓷的基础上，运 用流态化粉碎动力学原理，加入具有抗腐蚀性能的
图11利用防腐技术对进水温度无控制
金属元素，微尺度下其表面活性提高，并与助熔化合 物之间形成牢固的化学吸附和化学键合状态，形成 聚合物，显著提高了该金属搪瓷的强度、柔韧性、耐 蚀性（耐水、油、酸、碱、盐）、耐温性及抗结垢性等多 种特殊性能，其耐腐蚀性能检测结果见表3，柔性金 属搪瓷技术能使碳钢材料在低温露点条件下长周期 运行，实现了低端材料高端化使用，具有极佳的经济 效益。
表3柔性金属搪瓷技术耐腐蚀性能检测
腐蚀溶液试验时间与试验前状态对比
压铸机料筒的设计
^(HCl) -10%7d无变化
IT维保
w(NaOH) =20%7d无变化
屮（H2S〇4)二10%7d无变化
少（H2S〇4) -30%7d无变化
^(NaCl)二10% (沸腾）8h无变化
H2O(沸腾）8h无变化
海水30 d无变化
70 C油田污水30 d无变化
2.3低温省煤器系统经济性初步分析
选择图10所示的混合联方式低温省煤器布置 方案为方案1，选择图11所示的连接方式为方案2, 案例中低温省煤器的运行参数见表4[4]。
表4低温省煤器运行参数
项目方案1方案2
烟气流量（标态)/(m •s-1)638.9638.9
烟气进口温度/C134134
烟气出口温度/C100100
烟气阻力损失/Pa400400
凝结水流量/(^h-1)880400
凝结水进口温度/C7036
凝结水出口温度/C102102
总传热量/M W30.6830.68
根据案例前面提供的汽轮机100%THA工况下 的热平衡图，热力系统部分参数见表5
。
第7期马金祥，等：低温省煤器在火力发电厂中的优化设计• 19 •
表5热力系统部分参数
项目参数凝结水流量/(/•h-1)1419
#8低加进口水温/C36.0
#8低加抽汽比焓/(U •k/1)2477
#8低加抽汽量/(/h-1)50.64
#7低加进口水温/C58.7
#7低加抽汽比焓/(k •k/1)2594.6
#7低加抽汽量/(/h-1)47.00
#6低加进口水温/C78.8
#6低加抽汽比焓/(k •k/1)2730.8
#6低加抽汽量/(/h-1)54.40
#5低加进口水温/C101.6
#5低加抽汽比焓/(k •k/1)2902.9
#5低加抽汽量/(/h—1)68.90
汽轮机排汽热比焓/(k •k/1)2339.0
低温省煤器回收了 34 °C的烟气余热，减少低加 抽汽量，增加了发电量，减少了燃煤，经济效益非常 显著。从表4可以看出，低温省煤器回收热量为
30. 68 MW，根据汽轮机THA工况下的热平衡图，方 案1减少抽汽做功3 781 kW，汽轮机热耗由7 829. 5kJ/(kW •h)下降到 7783.0kJ/(kW •h)，由此降低 发电标准煤耗1.61 g/(kW •h)；方案2减少抽汽做 功32611^^汽轮机热耗由7 829.51£//(1{贾.“下 降到7789.0kJ/(kW •h)由此降低发电标准煤耗 1.39g/(kW •h)[5]。
低温省煤器布置在除尘器之前，烟气系统的阻 力增加40Pa，烟气温度从原来的134 C降至100 C，烟气流量减少约8%，通过除尘器及引风机（含 增加风机）后，低温省煤器所产生的阻力对整个系 统影响可以抵消掉，因此不产生引风机任何能耗。
案例中低温省煤器系统配备增加水泵，方案1中水泵功率为120 kW，方案2中水泵功率为55 kW。
由于在进入脱硫吸收塔之前低温省煤器已将烟 气温度从14C冷却到100 C左右，吸收塔出口的 烟气温度在50C左右，这样就节省了工业水使用量 约 45t/h。
具体经济性初步分析见表6 (表中煤耗、煤量均 为标准煤）[4_5]，由表6可知，方案1、方案2投资回 收期分别为3.01，2.95a。
表6低温省煤器经济性初步分析（100%THA工况)
项目方案 1方案2项目方案 1方案 2低温省煤器本体/万元70075节约发电煤耗/[/，（kW •h) -1] 1.61 1.39清灰系统/万元404水泵增加煤耗/[/•(kW，h)_1].5.2电气仪表系统/万元12012净节约发电煤耗/[ / •(kW •h)-1] 1.55 1.37水汽、阀门系统/万元1206年节约煤量/t 5 304747
系
统水泵/万元2012效
益
年节约工业水量/万t24.7524.75
投资钢架平台/万元158分
析
年节约煤炭成本/万元42.75356.烟道/万元64年节约工业水成本/万元74.2574.25现场施工/万元215年总收益/万元478.430.25运输费用/万元318
低温省煤器系统一次总投资/万元144 0127 0
注：（1)含防腐技术投资；（2)方案1的用钢量比方案2多出近200 /(3)全年机组等效运行时间按5 500 h计算，标准煤价格按770元/t计，工业水价格按3元/t计。
3结论
由上述经济性比较分析可以看出，方案1和方 案2投资回收期相近，虽然方案2总收益较小，但投 资较小，且耗钢量相对小很多，因此推荐采用方案2。
方案2发电标准煤耗量降低1.39g/(kW •h)，减少低加抽汽做功3 261 kW，汽轮机热耗由7 829. 5 kJ/(kW •h)下降到 7 789.0 kJ/(kW •h)，每台机组 一次总投资1270万元，由于低温省煤器系统配备了 增加水泵（约55 kW)，降低标准煤耗中减去水泵增 加的标准煤耗量，净降低标准煤耗量为1. 37 g/(kW •h)，系统每年总收益约为430万元。
低温省煤器系统可以通过加热汽轮机低加系统凝结水、供热回水等提高机组热效率，降低煤耗，增 加发电量。随着防腐技术日益成熟，以及防腐技术 在电力行业越来越多的应用，对国内大型机组低温 省煤器改造具有一定的借鉴意义。
参考文献：
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蜗轮副中国高新技术企业,2012(33/36) :1 -3.
[]刘鹤忠，连正权.低温省煤器在火力发电厂中的运用探讨 [].发电设计,2010(4)32 -35.
[3]赵雁翎，毕雪峰.1000 MW级纯凝机组低温省煤器与低低温
电除尘、M GGH综合设置研究[C]//中国动力工程学会.超 超临界机组技术交流会,213 :5 -57.(下转第24页）
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