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電站鍋爐低壓省煤器節能原理及工程實(shí)例

目前,國內一些電廠(chǎng)鍋爐排煙溫度偏高,造成鍋爐運行效率降低,機組標準煤耗增加;此外,電廠(chǎng)若上脫硫系統,亦需要較大幅度降低排煙溫度。從電廠(chǎng)技術(shù)改造角度,有多種方案可達到降低排煙溫度的目的,在電廠(chǎng)的熱系統中增設低壓省煤器即是其中之一。已在國內幾十家電廠(chǎng)的上百臺機組上安裝了這種低壓省煤器的系統。
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產(chǎn)品詳情

目前,國內一些電廠(chǎng)鍋爐排煙溫度偏高,造成鍋爐運行效率降低,機組標準煤耗增加;此外,電廠(chǎng)若上脫硫系統,亦需要較大幅度降低排煙溫度。從電廠(chǎng)技術(shù)改造角度,有多種方案可達到降低排煙溫度的目的,在電廠(chǎng)的熱系統中增設低壓省煤器即是其中之一。已在國內幾十家電廠(chǎng)的上百臺機組上安裝了這種低壓省煤器的系統。

但對于低壓省煤器降低排煙溫度的合理性及其節能效果,尚有不少電廠(chǎng)熱工人員存有質(zhì)疑,以致影響了低壓省煤器系統在電廠(chǎng)節能減排中的推廣應用,有必要在理論上加以澄清。

本文是以等效焓降理論為基礎,結合作者在國內十余家電廠(chǎng)低壓省煤器改造中所作方案比對的實(shí)際數據,對于低壓省煤器系統的工作原理、標準煤節省量的計算、技術(shù)經(jīng)濟比較、方案比對論證、以及若干重要的運行特性作出一個(gè)全面的總結,最后給出一個(gè)工程應用的實(shí)例。

 

1. 低壓省煤器系統簡(jiǎn)介

低壓省煤器是利用鍋爐排煙余熱,節約能源的有效措施之一,并頗具特色。低壓省煤器裝在鍋爐尾部,結構與一般省煤器相仿。


低壓省煤器熱系統示意圖

1-低壓省煤器本體;2-進(jìn)口集箱;3-進(jìn)口閥門(mén);4-出口閥門(mén);5-出口集箱;6-電調閥;7-流量計;8—回熱加熱系統(低壓部分)

典型的低壓省煤器的熱力系統如圖1所示。低壓省煤器與主回水成并聯(lián)布置,其進(jìn)口水取自汽輪機的低壓回熱系統,低省的過(guò)水量、入口水溫均可在運行中調節。進(jìn)入低省的凝結水吸收鍋爐排煙熱量后,在除氧器入口與主凝結水匯合。這種熱力系統,低省的給水跨過(guò)若干級加熱器,利用級間壓降克服低省本體及連接管路的流阻,不必增設水泵,提高了運行可靠性,同時(shí)也自然地實(shí)現了排煙余熱的梯級利用。


2.低壓省煤器節能理論及計算

一般認為,把煙氣余熱輸入回熱系統中會(huì )排擠部分抽汽,導致熱力循環(huán)效率降低;并且,排擠的部分抽汽會(huì )增加凝汽器的排汽使汽輪機真空有所降低。這兩點(diǎn)對于低壓省煤器節能的疑問(wèn)必須加以澄清。理論上,增設低壓省煤器后,大量煙氣余熱進(jìn)入回熱系統,這是在沒(méi)有增加鍋爐燃料量的前提下,獲得的額外熱量,它以一定的效率轉變?yōu)殡姽Α_@個(gè)新增功量要遠大于排擠抽汽和汽機真空微降所引起的功量損失,所以機組經(jīng)濟性無(wú)例外都是提高的。

1.1 發(fā)電煤耗節省量計算

采用等效熱降法進(jìn)行熱經(jīng)濟性分析[1]。將低壓省煤器回收的排煙余熱作為純熱量輸入系統,而鍋爐產(chǎn)生1kg新汽的能耗不變。在這個(gè)前提下,熱系統所有排擠抽汽所增發(fā)的功率,都將使汽輪機的效率提高。

相應1kg汽輪機新汽,其全部做功量稱(chēng)新汽等效焓降(記為H),所有排擠抽汽所增發(fā)的功量(記為ΔH)稱(chēng)等效焓降增量,計算如下:

H = 3600/(ηjd×d)                   (kJ/kg)

ΔH=β[(hd2-h4)η5+∑(τj·ηj)]          (kJ/kg)

式中 d—機組汽耗率,kg/kwh;

ηjd—汽輪機機電效率;

β—低省流量系數;

hd2—低壓省煤器出水比焓,kJ/kg;

h4—除氧器進(jìn)水比焓,kJ/kg;

τj—所繞過(guò)的各低加工質(zhì)焓升,kJ/kg;

ηj—所繞過(guò)的各低加抽汽效率。

熱耗率降低δq按下式計算:

δq=ΔH·q/(H+ΔH)                (kJ/kwh)

式中 q—機組熱耗率,kJ/kwh;

發(fā)電標煤耗節省量δbs按下式計算:

δbs=δq/(ηp·ηb·29300)          (kg/kwh)

式中ηp、ηb——鍋爐效率、管道效率;

以已投運的某200MW火電機組低壓省煤器系統為例進(jìn)行節能量計算,結果列于表1。由表1可見(jiàn),低壓省煤器降低排煙溫度28℃,可節省標準煤3.05g/kwh。


98.jpg

這里指出,低壓省煤器盡管降低了排煙溫度,但并未改變鍋爐效率。鍋爐的排煙溫度仍然定義于空氣預熱器出口。

1.2 汽輪機真空影響計算

對于濕冷機組,汽輪機背壓增量dpc與冷凝量增量dDc關(guān)系借助凝汽器的變工況計算,亦可按下式估算[2]

dpc=2.059×dDc/Dc            (kPa)

dDc=∑Dj- dD0               (t/h)

式中 Dc—凝汽器冷凝量,t/h

dD0—由增設低省引起的汽輪機新汽量減少值,t/h,可由δbs計算得到。

∑Dj—低省各排擠抽抵達凝汽器的總量,t/h。其中第J級的排擠量按下式計算:

Dj=3.6·γj·G·τj/qj         ( t/h)

式中 G—低省的過(guò)水流量,kg/s

γj—排擠系數,指第J級排擠抽汽抵凝汽器的份額,按文獻[1]計算。

其余符號,意義同前。

表2列出了汽輪機真空計算主要結果。


99.jpg

由表可知,各排擠抽抵達凝汽器的總量14.12t/h,低省節省新汽量5.64t/h,冷凝量?jì)粼隽?.48t/h,由此引起汽輪機背壓升高0.0404kPa。此時(shí)汽輪機排汽比焓升高值為0.457kJ/kg,僅占新汽等效焓降的0.037%。根據以上分析,排擠抽汽對汽輪機真空以及對汽輪機做功的影響完全可以忽略。

2.降低排煙溫度方案比較

主要比較了傳統的高壓省煤器改造和增設低壓省煤器的兩種技術(shù)方案。與高壓省煤器改造相比,低壓省煤器在電廠(chǎng)節能減排方面有其獨到的優(yōu)點(diǎn):

(1)可以實(shí)現排煙溫度的大幅度降低。按照電廠(chǎng)的不同需求,可降低排煙溫度30℃~35℃,甚至更多。而改造高壓省煤器,則根本無(wú)法做到這一點(diǎn)。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對于需上脫硫系統的鍋爐(排煙溫度有最高限制),是十分珍貴的。

(2)對于鍋爐燃燒和傳熱不會(huì )產(chǎn)生任何不利影響。由于低壓省煤器布置于鍋爐的最后一級受熱面(下級空預器)的后面,因此,它的傳熱行為對于鍋爐的一切受熱面的傳熱均不發(fā)生影響。因此既不會(huì )降低入爐熱風(fēng)溫度而影響鍋爐燃燒,也不會(huì )使空氣預熱器的傳熱量減少,從而反彈排煙溫度的降低效果。

(3)具有獨特的煤種和季節適應性。鍋爐的低壓省煤器出口煙溫可以根據不同季節和煤質(zhì)(主要是含硫量)進(jìn)行調節,以實(shí)現節能和防腐蝕的綜合要求。這也是高壓省煤器改造所不具備的。例如為貴州QG電廠(chǎng)670t/h鍋爐設計的低壓省煤器,設計將排煙溫度從160℃降低到135℃。后運行中排煙溫不正常升高到180℃,低壓省煤器靠自身的煙溫調節功能,仍然將排煙溫度輕松降低到135℃。

(4)設計低壓省煤器也可以同時(shí)解決汽輪機熱力系統的某些缺陷。例如山西ST電廠(chǎng)#4機(200MW),大修前除氧器的主凝結水進(jìn)水溫度高出設計值很多,造成了除氧器的排擠抽汽。為此,只得部分開(kāi)啟#4低加旁路,使汽輪機熱耗增加。加裝低壓省煤器后,低省出口的水溫為120℃,低于主凝結水溫度34℃,與主凝結水匯合后,使除氧器進(jìn)水溫度基本恢復設計值,從而消除了回熱系統的缺陷,保證了除氧效果。

(5)采用低壓省煤器系統,可以充分利用鍋爐本體以外的場(chǎng)地空間布置受熱面,因而空間寬綽、便于檢修。

當然,由于低壓省煤器所吸收余熱的利用能級相對較低,因此其單位排煙溫降的節能量不及高壓省煤器改造。如果電廠(chǎng)只需少量降低排煙溫度、而鍋爐又無(wú)燃燒穩定性的擔憂(yōu)或其它限制時(shí),改造高壓省煤器也不失為較好的方案。

3.低壓省煤器主要運行特性

3.1 節能量-水量特性

某300MW機組低壓省煤器的節能量-水量特性如圖2所示。關(guān)于過(guò)水流量影響標準煤耗的理論探討,詳見(jiàn)文獻[3]

3.2 節能量-負荷特性

某300MW機組低壓省煤器的節能量-負荷特性也示于圖2。該圖表明,增設低壓省煤器對于負荷率較低的發(fā)電機組在經(jīng)濟上則更為有利。

3.3 進(jìn)水溫度特性

圖3是某1025t/h爐低壓省煤器出口煙溫、出口水溫和節能量與進(jìn)水溫度的關(guān)系。圖中低壓省煤器的進(jìn)口煙溫均保持相等。由圖可知運行中應恰當控制低壓省煤器的出口煙溫,過(guò)分追求排煙溫度降低在經(jīng)濟上是不利的。


圖2 低壓省煤器節能量-水量曲線(xiàn)

1—100負荷;2—65%負荷

圖3 低壓省煤器出口煙溫、節能量與進(jìn)口水溫關(guān)系,實(shí)線(xiàn)—進(jìn)水溫度87.5℃;虛線(xiàn)—進(jìn)水溫度80.5℃


低壓省煤器的以上幾個(gè)特性具有普遍性。但具體的函數關(guān)系則與熱力系統的參數、低省進(jìn)口煙溫等有關(guān),不能套用。需要經(jīng)過(guò)變工況計算予以確定,指導運行。


4.低壓省煤器工程實(shí)例一

4.1 概況

山西SHET發(fā)電廠(chǎng)#4爐為蘇制EΠ-670/13.7型中間再熱自然循環(huán)煤粉爐,T型布置,配蘇制215MW機組。額定蒸發(fā)量670t/h,額定汽溫545/545℃,設計煤種為西山煙煤,現運行煤種為平朔煙煤,本爐設計排煙溫度156℃,但運行后鍋爐排煙溫度偏高,全年平均達170℃,超出設計值近20℃。同時(shí)電廠(chǎng)脫硫也急切需要降低排煙溫度。為此,經(jīng)過(guò)方案論證,于2007年2月電廠(chǎng)進(jìn)行了增設低壓省煤器的技術(shù)改造。

4.2 方案簡(jiǎn)介

低壓省煤器與主回水成并聯(lián)布置,其進(jìn)口水取自汽輪機的低壓回熱系統,設計特定的進(jìn)水方式與電調閥配合,可實(shí)現低壓省煤器進(jìn)水量的切換與調整。進(jìn)入低壓省煤器的凝結水吸收排煙熱量后,在除氧器入口與主凝結水匯合。靠加熱器的級間壓力克服低省阻力,不必增設水泵。

低壓省煤器的總體布置采用了四煙道錯列管排逆流布置(見(jiàn)圖4)。主受熱面以鍋爐對稱(chēng)中心為界,分甲、乙兩側分別安裝于電除塵器前的四個(gè)上行煙道內。鍋爐排煙從空預器流出,經(jīng)水平煙道轉彎后上行,在豎煙道內自下向上沖刷低省蛇形管束;由凝結水系統流來(lái)的低壓水,經(jīng)布置在上方的低壓省煤器入囗集箱進(jìn)入低壓省煤器,自上而下經(jīng)蛇形管排流入出囗集箱,在除氧器進(jìn)水管道的某一點(diǎn)與主凝結水匯合。低壓省煤器傳熱元件采用專(zhuān)為低壓省煤器設計的零隙阻鎳基滲層肋片管。采用夾持板支持蛇行管屏重量,并兼有固定管束各管間橫、縱向節距的作用。管箱組裝后外形總尺為5200×3600×825mm。低壓省煤器的主要結構與設計參數見(jiàn)表3。


圖4 低壓省煤器總體布置圖

1-進(jìn)水母管;2-出水母管;3-本體管束;4-水平煙道;5-電除塵前豎直煙道;6-鋼架

4.3.運行結果與效益分析


本低壓省煤器于2007年6月15日投運,至今運行穩定、可靠。經(jīng)測試各項指標均達到設計要求,尤其是煙溫降和煙氣流阻的控制更是優(yōu)于設計值。借助低省進(jìn)水溫度和流量的調節,鍋爐排煙溫度最低可降低至130℃以下。但考慮到低溫腐蝕的影響目前煤質(zhì)下控制排煙溫度在140℃左右運行。機組運行與調試數據的主要結果見(jiàn)表4。運行數據和計算結果均表明,本改造降低機組標準煤耗近3 g/kwh,年節標煤4千余噸,全部投資僅一年多即可收回。

#4大修前除氧器的主凝結水進(jìn)水溫度高出設計值很多,造成了除氧器的排擠抽汽。為此,不得不部分開(kāi)啟最后一級低加旁路,造成汽輪機熱耗增加。加裝低壓省煤器后,低省出口的水溫接近130℃,低于主凝結水溫度近30℃,與主凝結水匯合后,使除氧器進(jìn)水溫度比原運行值降低10℃~12℃,保證了除氧器的安全可靠運行。

運行表明,即使在夏季最大負荷、最高排煙溫度下,進(jìn)入靜電除塵器的煙氣溫度也能降低至140℃以下,這就為鍋爐的煙氣脫硫提供了必需的煙溫條件,具有良好的環(huán)境效益。


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