文 献 综 述

1.研究背景及意义

随着我国经济的日益发展和国民生活水平的提高，人们对能源的需求量日益增加，尤其以电力为基础的各项工作的开展更是离不开电厂电力的供应。2016年全国发电量突破6万亿千瓦时，增长速度从上年的0.3%，提升到5.6%。2月28日，国家统计局发布的全国能源生产数据显示，随着实体经济回暖、全社会用电需求反弹，发电量反映这一经济运行冷暖的重要指标，在去年全年实现大幅回升，其中占发电量主导地位的火电，更是实现全年增速由负转正。电力生产结构中，去年全国火电发电量增速由负转正，水电保持增长，核能、风力和太阳能发电保持高速增长。火力发电增速由2015年的下降2.6%转为增长3.6%;^[1]2015年，全国火力发电累计产量为42，101.9亿千瓦时，同比降低了2.8%;2016年1-8月，累计产量为28，639亿千瓦时，同比降低了0.5%。预计，2017年火力发电量将达到41，738亿千瓦时，未来五年(2017-2021)年均复合增长率约为-0.49%，2021年火力发电量将达到40，933亿千瓦时^[1]。目前，火电仍在我国电力生产中占主导地位，因此火电发电量增速由负转正，最能反映出需求端的回暖迹象。火电发电量增速提升，拉动对煤炭行业的需求。

然而我国许多电站锅炉的排烟温度高于设计值，约比设计值高20~30℃。所以，降低排烟温度对于节约燃料、降低污染具有重要的实际意义。目前国内电站锅炉的排烟温度大都在120℃～140℃之间，有的甚至达到160℃以上。因此，我国的锅炉排烟温度可以降低的幅度很大，相应的可以降低的标准煤耗的数量也是很可观的。在一般的锅炉排烟温度下，锅炉排烟也是个潜力很大的余热源，可以利用很多新的技术和设备降低锅炉的排烟温度。排烟损失是锅炉运行中最重要的一项热损失，一般约为5%～12%，占锅炉热损失的60%～70%。影响排烟热损失的主要因素是排烟温度，一般情况下，排烟温度每增加10℃，排烟热损失增加0.6%～1.0%，相应多耗煤1.2～2.4g/kwh。^[2]降低排烟温度对于节能减排具有重要的实际意义在锅炉尾部烟道加装低温省煤器，可以达到深度回收烟气余热、增加发电量、降低煤耗、节省脱硫水耗、保护烟囱的目的。

2.低温省煤器的研究现状和应用现状

2.1低温省煤器的研究现状

在低温省煤器的早期研究方面，西安交通大学的林万超教授^[3]和吉林省电力试验研究所的赵海军^[4]是国内较早的研究者之一。林万超教授运用等效焓降的方法分析了不同连接方式下的低温换热器系统的热力特性，比较不同连接方式的优缺点，并给出计算公式，提出了余热的多级利用和梯度开发的概念。同时在低温省煤器的有效防腐方面也给出了实用性的意见。赵海军对火电厂锅炉排烟的余热利用提出了几种在不同位置加装省煤器的方案，并对其中一个方案#8212;#8212;在空气预热器和除尘器之间有两个地点安装低温省煤器做了施工可行性和技术可行性的详细分析，进行初步的设计和热力计算。

在低温换热器的设计优化方面，潘凤红等^[5]提出因新型低温换热器在稍低于烟气露点温度的环境下运行，所以在选材上必须选用耐酸腐蚀性能较强的耐酸不锈钢材料，如1Cr18Ni9Ti不锈耐酸钢作为制作材料。因省煤器的清灰工作一直是省煤器应用中的难点，潘凤红设计了特制的螺栓钩子将蛇形受热面管子固定在箱体内。王明健和刘德刚^[6]对换热面管的低温腐蚀、换热面管的过度磨损、换热面管的积灰、整个系统布置方案，方面做了详细的分析，最终给出了最终优化设计方案，并对其做了实际应用和经济性分析和实际运行中的注意事项。

在低温省煤器入口温度调控方面，刘冲冲等^[7]对低温省煤器入口水温做出一个细致的探讨，研究省煤器入口水温控制造成的出口水温与其饱和温度的关系，考虑工况对排烟温度或低包入口水温的影响，如排烟温度过高造成能源浪费、排烟温度过低形成过多冷凝水酸腐蚀。

在低温省煤器对机组热经济性影响方面，庞乐等^[8]基于热耗变换系数的理论，进行数学推导，建立了定功率条件下低温省煤器对机组热经济性影响的数学计算模型。对低温省煤器热经济性原理和热耗变换系数法在低温省煤器中的应用进行研究. 以国产300MW 机组热力系统为例，分别计算了 75%、100% THA下的节能量。研究表明，在100%THA和75%THA负荷运行时，低温省煤器机组热耗率分别降低39.88 kJ/(kW#183;h)和33.95kJ/(kW#183;h)，供电煤耗分别降低 1.44g/(kW#183;h)和1.19 g/(kW#183;h)。低温省煤器吸收的热量输入到给水回热系统后对机组循环吸热量将产生影响，可以为优化低省水侧管道连接提供参考。

2.2低温省煤器的应用现状

低温省煤器能够有效的回收烟道余热，节能减排，实现超低排放。在我国，上个世纪八十年代开始就陆续投入了低温省煤器的使用、安装和改造。

开封火电厂3号锅炉^[9]是上海锅炉厂1977年制造的SG400/140-412型锅炉，由于设计制造存在一定问题，不能达到额定出力。根据厂家的改造设计，于1985年对3号锅炉进行了技术改造，增加屏式及对流过热器受热面683m²,将回转式空气预热器更换，使机组电功率达到额定值125MW。但该锅炉经过多年运行，其运行经济状况仍较差，较为突出的问题是，锅炉设计排烟温度值为146℃，而实际运行值高达185℃，锅炉热效率仅为87.15%。为降低锅炉排烟温度，提高热效率，通过对几个改造方案的比较分析论证，决定采用低温省煤器。3号锅炉安装的低温省煤器投入运行后，排烟温度由锅炉大修前的185℃下降到152℃，锅炉效率由87.15%提高到88.53%,加装低温省煤器项目投资为56万元，可望在1.5年内收回投资。

蒙华泰热电厂^[10]#3、#4锅炉为DG670#8212;13.7/20型，自投产以来锅炉的排烟温度为160～170℃，造成排烟热损失，影响电厂效益，并会造成对周围大气的影响，脱硫装置的安装也要求将烟气温度控制在9O℃左右。在不增加供电煤耗，并且能达到降低烟气温度的两种方案中进行计算与论证，得出安装低温省煤器无论在系统安全性与排烟余热的回收利用方面都更经济，更实用。该厂于2009年在锅炉尾部烟道安装了低温省煤器。增设了低温省煤器后，经实际运行证明烟气温度降低了18～38℃。增设了低温省煤器对排烟温度的降低，降低了排烟对大气的加热，也使脱硫系统能够更经济、可靠、节约的运行，降低了环境中有害气体的排放，起到了保护环境作用。

乌海热电厂#1、＃2锅炉为DG670/13.7-20型^[11]，于2005年7月安装调试完毕，移交生产。为使锅炉安全、稳定、经济运行，乌海热电厂技术人员决定2009年和2010年先后对＃2、#1机组大修时安装低温省煤器。低温省煤器方案分冬季、夏季两种模式。增设低温省煤器后，产生的直接经济效益显著，单台炉可以降低煤耗率3.64g/kWh，每年节约标煤4180吨，折合资金146.3万元（标煤价格按350元/吨）；每年节约用水21万吨，折合资金 63万元（水价按 3元/吨），单台炉直接经济效益达209.3万元；间接的经济效益是提高了布袋除尘器的工作可靠性和除尘效率，改造后每年少换布袋210条（厂价1050 元/条），节约22.05万元，单台炉年总经济效益231.35万元。两台炉年总经济效益462.7万元。

在国外，相类似的余热利用方式也得到了较广泛地应用。苏联为了减少排烟损失对锅炉机组进行改装， 在锅炉对流竖井的下部装设低温省煤器来加热热网水。近几年， 德国科隆 Niederaussem 1000MW 级褐煤发电机组采用旁路烟道系统来充分降低排烟温度， 把低温省煤器增设在与空气预热器并联的旁路烟道中， 在保证空气预热器所需热量的同时引入了部分烟气到旁路烟道内加热锅炉给水。该机组由于燃用褐煤，其尾部烟气余热量大，经余热改造后可使系统供电煤耗下降 7 g/(kW#183;h)(标煤)， 节能效果显著。^[12]

3.本文的研究内容和主要工作

本文把握火力发电改革方向大趋势，结合省煤器的研究和应用现状，根据300MW燃煤锅炉装置的尾部烟气工艺参数，设计满足该工段超低排放工艺要求的低温省煤器。主要内容包括以下几个方面：

（1） 比较不同形式的余热回收设备，选定低温省煤器作为本课题的研究对象，研究其对于火力发电厂系统、锅炉系统、节能减排方面的影响。

（2） 结合本课题的工艺参数，比较不同形式的低温省煤器，设计出的结构较为合理，经济性较好的低温省煤器。

（3） 对锅炉系统和热电厂系统进行了解，设计出合适的余热利用系统自动控制。

参考文献

[1] 《2017-2022年中国电力生产市场专项调研及及投资方向研究报告》.国家统计局.2017

[2] 陈春顺.低温省煤器在600MW机组上的应用[J].电源技术应用,2013,(第10期). 184，187

[3] 林万超． 火电厂热系统节能理论［M］．西安:西安交通大学出版社，1994．

[4] 赵海军.火电厂锅炉排烟余热利用的可行性探讨[J].吉林电力,1992,(第1期). 43-46

[5] 潘凤红.用于锅炉余热回收的新型低温省煤器设计[J].能源与节能,2011,(第4期). 75-76

[6] 王明健，刘德刚.《600MW火电机组低温省煤器的设计和应用》.锅炉技术.2015, (第2期)

[7] 刘冲冲.低压省煤器入口温度调控分析[J].信息技术与信息化,2016,(第10期). 23-26

[8] 庞乐.定功率条件下低压省煤器对机组热经济性的影响[J].热能动力工程,2016,(第9期). 100-103，138

[9] 张祥平,刘保德.低压省煤器在开封火电厂的研制和应用[J].华中电力,1997,(第5期). 43-47

[10] 李恒坤,左玉龙.蒙华泰热电厂低压省煤器的改造[J].经济技术协作信息,2011,(第6期). 92

[11] 高忠义.乌海热电厂脱硫系统提效改造[J].中国科技博览,2014,(第35期).

[12] 邓健玲,黄圣伟,徐钢,杨志平,刘吉臻.电站锅炉高效烟气余热回收系统[J].华东电力,2013,(第1期).200-204