不同烟气再循环方式下富氧燃煤锅炉的经济性分析

　　（华北电力大学能源动力与机械工程学院，电站设备状态监测与控制教育部重点。如果二次循环烟气经过脱水后从引风机出口抽取，称为干烟气循环，如中的②所示。

　　现役锅炉一般均在除尘器后布置FGD装置，对现役锅炉改造采用富氧燃烧技术后，FGD在脱除烟气中硫分的同时也脱除一部分水分，但FGD出口的烟气中水蒸气体积分数仍很高。为更深度地脱除烟气中的水分，采用FGD与DCC串联布置的方，烟气脱水系统简单且运行费用低，但由于二次循环烟气的温度较高，再循环风机电耗大，同时烟气中水蒸气体积分数较高，对尾部受热面防止低温腐蚀的技术要求更高。若采用干烟气循环方式，则锅炉尾部烟气中水蒸气体积分数降低，烟气酸露点温度也随之显著降低，有利于减轻受热面金属的酸腐蚀；同时烟气脱水后温度降低，在相同的质量流量下，烟气体积流量减小，再循环风机电耗降低；由于全部烟气通过引风机，因此引风机电耗增加，烟气脱水系统庞大而复杂，投资、运行与维护费用也大大增加。若系统中设置了脱硫装置，对不同烟气再循环方式也可以进行与上述类似的分析。

　　二次循环烟气脱水与否需要根据实际情况进行技术与经济性的对比分析。笔者以某采用富氧燃烧技术的300MW煤粉锅炉为例，在采用不同烟气再循环方式时，对锅炉机组的整体效率进行了计算，同时对其技术经济性进行了讨论与分析，为富氧燃煤锅炉的初步设计提供。

　　2不同烟气再循环方式下锅炉机组的净效率为保持与空气燃烧方式下近似的理论燃烧温度，富氧燃烧方式下2的体积分数一般为30左右。为维持相同的理论燃烧温度，采用的（2）/ C02）为27/73，锅炉烟气中氧的体积分数维持在35.计算煤种的收到基低位发热量为22415k/kg，元素分析与工业分析见表1，锅炉主要额定参数见表2. 2.1不同烟气再循环方式下烟气的组分在富氧燃烧方式下，由于烟气的再循环作用，锅炉流通烟气中水蒸气的体积分数会增加。一般情况下，一次循环烟气与进入C2净化与压缩单元的烟气共同脱除水分，两部分烟气的组分相同，烟气中水蒸气体积分数即为相应脱水温度（电厂循环水温度）表2锅炉主要额定参数Tab.项目数值大连续蒸发量/（h-1）过热器出口蒸汽温度/C过热器出口蒸汽压力/MPa再热蒸汽流量/（h-1）再热蒸汽进/出口汽温/C再热蒸汽进/出口压力/MPa省煤器进口给水温度/C省煤器进口给水压力/MPa下的饱和蒸汽体积分数。富氧燃烧产生的干烟气量（主要是C2）即为进入C2净化与压缩单元的干烟气量，若二次循环烟气不脱水，则根据一次循环烟气中C2体积占总循环烟气中C2体积的比，计算出一次循环烟气的组成及体积，进而计算出在进入脱水装置之前烟气中各成分的体积分数；若全部烟气进行脱水，则一次、二次循环烟气的组分均与进入C02净化与压缩单元的烟气组分相同，也可以计算出在进入脱水装置之前烟气中水蒸气的体积分数。若系统布置了脱硫装置进行烟气脱硫，计算原理类似。

　　一次循环烟气量与二次循环烟气量之和为总循环烟气量，约占锅炉出口烟气量的70左右，一次循环烟气量占总循环烟气量的2030（取决于制粉系统与输送煤粉的要求）。假设进入DCC的电厂循环水温度为30°C、FGD出口烟气温度为50°C、一次循环烟气中C2体积与总循环烟气中C2体积的比为25时，计算得出不同烟气再循环方式下烟气各组分的体积分数（表3和表4）。

　　表3单独DCC布置的不同烟气再循环方式下烟气的组分Tab.3Gascompositionobtainedat烟气各组分炉膛出口烟气一次循环烟气二次循环烟气体积分数方式①方式②方式①②方式①方式②2不同烟气再循环方式下锅炉的排烟热损失富氧燃烧方式下维持锅炉的主要热力参数不变，省煤器出口烟气温度与空气燃烧方式下一致（379°C），2按比例3：7配入一次循环烟气和二次循环烟气，分别计算得出富氧燃烧不同烟气再循环方式下系统的主要热力参数和排烟热损失（表5和表6）。

　　动力工程学报烟气各组分炉膛出口烟气一次循环烟气二次循环烟气体积分数方式①方式②方式③方式①②③方式①方式②方式③项目单独DCC布置FGD与DCC串联布置方式①方式②方式①方式②方式③省煤器出口烟气温度/C空气分离装置出口氧气温度/C空气分离装置出口氧气流量/（m3S-气-气换热器进/出口烟气温度/C气-气换热器的烟气流量/（m31）DCC进口的烟气流量/（m3一次循环烟气的进/出口温度/C一次循环烟气的流量/（m3s-1）二次循环烟气的进/出口温度/C二次循环烟气的流循环烟气量占总烟气量的比例/项目单独DCC布置FGD与DCC串联布置方式①方式②方式①方式②方式③排烟热损失Q2由表5和表6可知，不同烟气再循环方式下，除排烟热损失之外其他各项损失都相同。单独DCC布置进行烟气脱水时，方式①（湿烟气循环方式）锅炉的排烟热损失比方式②（干烟气循环方式）锅炉的排烟热损失低1.86，这是因为湿烟气循环方式下锅炉排烟温度虽比干烟气循环方式下的高，但是排烟体积小于干烟气循环方式下的排烟体积，使得排烟热损失比干烟气循环方式下的小。在FGD与DCC串联布置下，由于烟气进行了脱硫，故方式①和方式②下锅炉的排烟热损失分别与单独DCC布置下方式①和方式②的排烟热损失基本相同；方式③（二次循环烟气脱硫但不DCC脱水）中二次循环烟气脱硫的同时脱除了部分水分，锅炉的排烟热损失介于方式①和方式②之间。

　　3不同烟气再循环方式下锅炉辅机的功耗由于不同烟气再循环方式下系统各部分烟气的温度、流量及流动阻力等不同，因此不同的烟气再循环方式直接影响锅炉引风机与再循环风机的电耗，进而对系统的经济性产生影响。华北某电站300MW空气燃烧锅炉烟气侧设计阻力数据，合理选择富氧燃煤锅炉引风机与再循环风机的全压（假定DCC脱水塔的阻力压降等于脱硫塔的常规压降等），根据风机的功率计算公式和气体状态方程，计算不同烟气再循环方式下风机的功耗锅炉水泵及制粉系统的功耗华北某电站300MW燃煤锅炉的实际运行数据，计算得到锅炉机组的能耗及净效率参数，见表7.由表7可知，对于采用单独DCC烟气脱水的系统，方式①下二次循环烟气的温度高，流量大，故二次循环烟气风机的功耗为2.55MW，远高于方式②下的1.10MW；湿烟气循环方式下通过引风机的烟气流量小，故引风机功耗（0.74MW）小于干烟气循环方式下的引风机功耗（1. 73MW）；综合考虑锅炉各辅机的功耗后，湿烟气循环方式下锅炉辅机的总功耗比干烟气循环方式下锅炉辅机的总功耗高单独DCC布置FGD与DCC串联布置项目方式①方式②方式①方式②方式③给水泵功耗凝结水泵功耗循环水泵功耗制粉系统功耗引风机功耗一次循环风机功耗二次循环风机功耗总功耗对于采用FGD与DCC串联布置进行烟气脱硫脱水的系统，方式①下锅炉辅机的功耗高，方式②下锅炉辅机的功耗次之，方式③下锅炉辅机的功耗低。

　　与单独DCC烟气脱水下的方式①和方式②对应相比，FGD与DCC串联布置系统的方式①和方式②由于增加了脱硫塔的阻力压降，引风机功耗增加，使得对应的锅炉辅机的功耗有所增加。

　　3结论对于单独采用DCC进行烟气脱水的系统，方式①（湿烟气循环方式）下的排烟热损失比方式②（干烟气循环方式）下的排烟热损失低1.86，但是方式①下锅炉机组辅机功耗比方式②下高①（二次循环烟气不脱硫不脱水）下排烟热损失低，机组辅机功耗高；方式③（二次循环烟气脱硫但不DCC深度脱水）下锅炉机组的排烟热损失次之，机组辅机功耗高；方式②（二次循环烟气脱硫且DCC深度脱水）下锅炉的排烟热损失高，机组辅机功耗居中。

　　环方式相比，单独采用DCC脱水系统的方式①（湿烟气循环方式）下锅炉的排烟损失低，单独采用DCC脱水系统的方式②（干烟气循环方式）下锅炉机组辅机功耗低