目前，排烟热损失占到了燃煤电站锅炉热损失总量的70%～80%，随着锅炉排烟温度的升高，机组发电煤耗也随之增加。研究表明，锅炉排烟温度每升高10℃，锅炉热效率将会降低0.5%～0.7%，机组整体发电煤耗将增加1.7～2.29g/kWh。此外，排烟温度还是影响机组运行经济性和******性的重要因素，锅炉排烟温度上升会造成湿法脱硫减温水量增加，烟气体积流量增大，飞灰比电阻增大，电除尘器效率下降，严重时除尘器滤袋还会出现高温氧化腐蚀。采用低压省煤器回收烟气余热，被认为是一项可降低排烟温度，提高燃煤机组热经济性的有效措施。排烟余热可用来加热回热系统凝结水、一次风、热网水、干燥燃料，还可作为水媒式烟气加热器(MGGH)的热源。目前，应用较多的仍是利用排烟余热加热回热系统凝结水，排挤部分回热系统抽汽，返回汽轮机做功，提高机组热经济性。为配合某300MWCFB锅炉机组进行的超低排放改造，在锅炉尾部烟道内布置低压省煤器来降低排烟温度，并对设计方案进行优化以及热经济性分析。

1机组概况

某电厂300MWCFB锅炉为上海锅炉厂有限公司制造，型号SG－1060/17.5－M802，亚临界中间再热、单锅筒自然循环。锅炉采用岛式布置、全钢构架悬吊结构，炉底采用水冷一次风室结构，炉膛采用气密式水冷壁，炉前布置两级破碎制煤系统，燃料由回料腿以及炉膛两侧墙给煤口进入炉膛。锅炉实际运行排烟温度为140℃，为配合电厂进行的超低排放改造，拟在锅炉尾部烟道内布置低压省煤器。考虑燃用煤质以及低温腐蚀等因素，排烟温度降至120℃左右，排烟余热用于加热回热系统凝结水，回热系统如图1所示。锅炉设计燃用煤质数据见表1，回热系统主要参数见表2。

2低压省煤器布置方案

低压省煤器一般布置于锅炉尾部烟道内，水侧与回热系统连接，通过吸收排烟余热加热回热系统凝结水，被排挤的部分抽汽，返回汽轮机中继续做功。增设低压省煤器后，可以保证机组在燃料投入量不变的情况下，提高机组热经济性。

２．1烟气侧布置方案

表3为低压省煤器布置方案的优缺点。由表3可知，方案2和方案4在有效利用排烟余热的同时，可提高电除尘效率，减少脱硫减温水量。由于本次改造排烟温度降幅在20℃左右，采用布置方案2较为合理。

２．２与水侧连接方案

低压省煤器与水侧连接方案主要有串联和并联2种。相比于串联系统，并联系统无需增加凝结水泵的压头，采用级间压降即可保证低压省煤器内凝结水流动。因此，低压省煤器系统与回热系统一般采用并联。

２．3受热面管型选择

低压省煤器受热面可选用光管、螺旋肋片管和H型翅片管。相比于光管，螺旋肋片管和H型翅片管换热面积较大、传热性能较好。对于除尘器之前的换热器，烟气中灰浓度较高，螺旋肋片管易磨损和积灰，采用H型翅片管较好;对于引风机之后的换热器，由于经除尘器后烟气中灰浓度极低，可采用换热效率更高的螺旋肋片管。此外，在相同条件下，顺列管束******磨损量较错列管束少3～4倍。因此，采用顺列布置可减轻烟气对管束的磨损。

3方案设计原则及参数要求

3．１方案设计原则

低压省煤器布置在锅炉尾部烟道内，烟温降幅应结合实际排烟温度以及燃用煤中硫分，确定烟气酸露点温度，防止排烟温度过低，腐蚀受热面和除尘器滤袋。由于除尘器前烟气中飞灰浓度较高，易对受热面造成磨损，影响低压省煤器使用寿命。因此，方案设计要遵循以下原则:

1)防腐原则。由于烟气侧对流放热系数远小于水侧，管壁温度与水温接近。若省煤器入口水温偏低，进口管壁温度接近水露点温度，易造成受热面严重低温腐蚀。因此，应根据燃用煤种来确定******允许壁温并合理控制入口水温，以保证管束******壁温高于水露点25℃以上，避开严重低温腐蚀区。

2)防磨原则。除尘器前烟气具有飞灰浓度较高、流速较快的特点，由于管壁磨损量与烟气流速以及烟气中飞灰浓度成正比，若低压省煤器布置于除尘器前，应考虑受热面磨损问题，采取防磨措施。

3)强化传热原则。由于省煤器后尾部烟道内剩余空间较为紧凑，为降低排烟温度需适应烟道几何尺寸，必要时应采取强化换热的措施，来提高换热效率。同时，还应考虑烟道阻力增加对引风机出力的影响。

3．２方案参数要求

根据锅炉实际运行现状以及设计原则，在低压省煤器的优化设计中应考虑以下约束条件:

1)出水温度约束。出口水温应低于低压省煤器的入口烟温θ'。此外，出口水温应低于所排挤第i级低加抽汽的出口凝结水温度t″i。因此，低压省煤器出口水温t″d需满足:t″d≤min{θ'，t″i}。

2)烟气流速约束。当烟气流速过大，会增加对低压省煤器管壁的磨损，而烟气流速过小，会造成省煤器管间积灰。应根据低压省煤器管壁的抗磨损以及积灰程度确定烟气流速wy在合理区间内:wminy≤wy≤wmaxy。

3)******介质焓升约束。当低压省煤器与回热系统并联连接时，为确保省煤器引出点下一级低压加热器的抽气量不出现负值，需保证低压省煤器出口水的焓值h″d与低压省煤器引出点上一级低压加热器出口水的焓值h'i之和低于引出点下一级低压加热器出口水焓值hi″+1，即βh″d+(1－β)hi″＜hi″+1，其中，β为分水系数。

3．3设计方案提出

当考虑低温腐蚀问题时，低压省煤器进出口采用“两点取水，一点回水”的水温调节方式，即由低压加热器引出2路不同温度凝结水，通过调节2路凝结水的混合比例，可避免低负荷下低压省煤器入口水温过低，出现低温腐蚀。由于设计低压省煤器布置于除尘器前，烟气中灰浓度较高，综合考虑烟道可利用空间、烟气侧增加的流动阻力以及积灰和磨损，低压省煤器管束采用H型鳍片管顺列布置较为合理。由表2可知，4号低加抽汽温度为156.2℃，4号低加出口水温为124.0℃，表明排烟余热只能用

于加热4～6号低压加热器之间凝结水。因此，提出3个低压省煤器方案进行烟气余热的回收，具体连接方案如图2所示。

方案1:分别从6号低压加热器的进、出口取水汇集后，引入低温省煤器入口，再从低温省煤器出口引至5号低压加热器的出口;方案2:分别从6号低压加热器的进口和5号低压加热器的出口取水汇集后，引入低温省煤器入口，再从低温省煤器出口引至4号低压加热器的进口;方案3:分别从5号低压加热器的进、出口取水汇集后，引入低温省煤器入口，再从低温省煤器出口引至4号低压加热器的进口。

4低压省煤器热经济性分析

4．１热经济性计算方法

由于低压省煤器与回热系统连接方式直接影响到机组运行的经济性。本文利用等效焓降法对不同连接方式下的经济性进行分析，具体方法是:将低压省煤器吸收的排烟余热作为纯热量引入回热系统，而锅炉产生lkg新汽的能耗不变，在这个前提下，系统所有排挤抽汽所增发的功率都将使汽轮机效率提高。1kg汽轮机新汽，其全部做功量称为新汽等效焓降，记为H。所有排挤抽汽所增发功量称为等效焓降增量，记为ΔH，计算公式为

式中，d为机组汽耗率，kg/kWh;ηjd为汽轮机电效率，%;τj为所绕过的各低加工质焓升，kJ/kg;ηj为所绕过的各低加抽汽效率，%。热耗率降低Δq按下式计算:

式中，q为机组热耗率，kg/kWh。

发电煤耗b为

式中，qnet，ar为燃煤低位发热量，kJ/kg;ηcp为全厂热效率，%。机组降低煤耗量Δb为

式中，ηg、ηb分别为管道效率和锅炉效率。

4．２酸露点计算方法

在300MW工况下，锅炉排烟温度为140℃，为了保证余热回收装置的******运行，防止排烟温度过低对低压省煤器受热面的腐蚀，需对烟气酸露点进行计算，我国燃煤锅炉烟气酸露点计算普遍采用1973年前苏联出版的《锅炉机组热力计算标准方法》中的公式。

式中，tp为烟气酸露点温度，℃;tld为烟气水露点温度，℃;α(H2O)为水蒸气体积占烟气体积的百分数，%;αfh为飞灰占总灰量的份额，%;Sn和An分别为燃料的折算硫分和灰分，采用如下公式进行计算。

式中，Sar、Aar为燃料的收到基含硫量、灰分，%。

采用上述式子锅炉烟气酸露点进行计算，计算结果见表4。

上述式子主要是采用苏联出版的《锅炉机组热力计算标准方法》对煤粉锅炉烟气酸露点温度进行计算，但用于循环流化床锅炉酸露点温度计算偏保守，这主要是由于在循环流化床锅炉内，不仅煤本身具有一定的自脱硫效果，并且炉内添加石灰石进行脱硫，将有效减少烟气中SO2的浓度以及向SO3转化的总量，并且循环流化床锅炉飞灰颗粒孔隙率较高，对SO3的吸附作用明显，上述两者共同作用，将使循环流化床锅炉烟气中的SO3浓度远低于煤粉锅炉。

为了体现循环流化床锅炉的自脱硫和炉内脱硫效果，有文献将其修正为

式中，ηtl为循环流化床锅炉的计算炉内脱硫效率，%。

表4中酸露点的计算结果表明，采用1973年前苏联出版的《锅炉机组热力计算标准方法》中的计算方法，在BMCR工况下，排烟温度下降至120℃，与计算酸露点温度仍相差将近17℃，可有效保证低压省煤器的******运行;如采用对循环流化床锅炉烟气酸露点的修正计算方法(表4)，在BMCR工况下，排烟温度下降至120℃，与计算酸露点温度相差将近50℃，表明该锅炉仍有进一步降低排烟温度，提高烟气余热利用的空间。因此，锅炉排烟温度由140℃降至120℃，仍高于烟气酸露点，低压省煤器运行也较为******。

当排烟温度由140℃降至120℃时，单位烟气焓降为117.7kJ/kg，燃煤量为245.7t/h，烟气的总焓降为29133.4kJ/h。根据热平衡理论，低温省煤器吸收排烟余热30794.58kJ/kg。额定负荷下，各方案经济性计算结果见表5。由表5可知，方案3机组热经济性较高，发电煤耗降低相对较多，为******方案。机组运行按照每年4000h计算，选用方案3，可使发电煤耗降低1.371g/kWh，年节省标煤量为1820.173t，减排二氧化碳2082.945t，可有效提高机组的热经济性。

5结论

1)针对某电厂排烟温度较高的问题，结合电厂需进行超低排放的实际情况，将排烟温度由140℃降至120℃，回收的烟气余热进入回热系统，从而提高机组经济性。

2)根据低压省煤器系统设计的原则及参数要求，通过优化设计，确定在空气预热器与除尘器之间顺列布置H型鳍片管省煤器，提出3个布置方案，并对方案的热经济性进行分析。

3)结果表明，方案3的热经济性较高，可使发电煤耗降低1.371g/kWh，年节省标煤量为1820.173t。