低溫省煤器在200MW火力發(fā)電機(jī)組上的應(yīng) 用

吳 俊

浙江清科電力科技有限公司，江蘇 杭州 310052

一、低溫省煤器系統(tǒng)簡(jiǎn)述

1.回收煙氣余熱的利用方式

在鍋爐尾部裝設(shè)低溫省煤器，可有效降低排煙溫度，吸收排煙余熱。低溫省煤器換熱管內(nèi)工質(zhì)一般為除鹽水。此部分除鹽水被加熱后有以下幾個(gè)去向。

(1)對(duì)外供熱

將回收的熱量直接用于供熱及供暖。

(2)加熱冷空氣

通過(guò)暖風(fēng)器加熱冷空氣，以減少由于大量冷風(fēng)進(jìn)入空氣預(yù)熱器的受熱面造成結(jié)露、積灰而產(chǎn)生腐蝕。

(3)加熱回?zé)嵯到y(tǒng)凝結(jié)水

在低壓加熱器入口抽取凝結(jié)水經(jīng)低溫省煤器加熱后進(jìn)入低壓加熱器，提高低壓加熱器入口凝結(jié)水溫度，從而減少用于加熱凝結(jié)水的汽輪機(jī)抽汽、增加抽汽做功、節(jié)約機(jī)組的能耗，同時(shí)可節(jié)水并減少CO2及SO2等酸性氣體的排放。

2.工質(zhì)側(cè)連接方式

低溫省煤器在熱力系統(tǒng)中的連接方式，直接影響到它的經(jīng)濟(jì)效果和分析計(jì)算的方法以及運(yùn)行的安全、可靠性。

從根本上來(lái)講，低溫省煤器在熱力系統(tǒng)中可分為串聯(lián)與并聯(lián)兩種連接方式。

3.煙氣側(cè)布置方式

由于低溫省煤器的傳熱溫差低，因此換熱面積大，占地空間也較大，所以在加裝低溫省煤器時(shí)需考慮其在鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的布置位置。

通常以除塵器為界，低溫省煤器在煙氣側(cè)有以下3種布置方式。

(1)布置于除塵器之前

對(duì)于國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)電廠，已裝設(shè)普通電除塵器，要求進(jìn)入的煙氣溫度在酸露點(diǎn)以上，以保證系統(tǒng)的安全。低溫省煤器出口煙氣溫度相對(duì)較高，低溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)較小，因降低了進(jìn)入除塵器的煙氣溫度，在一定范圍內(nèi)可降低飛灰比電阻，提高除塵器的效率，減小除塵器工作壓力；但此處煙氣未經(jīng)除塵，需要重點(diǎn)考慮積灰清理和磨損問(wèn)題。

表1 鍋爐設(shè)備參數(shù)

圖1 低溫省煤器工質(zhì)連接系統(tǒng)圖

圖2 最佳分水量計(jì)算曲線圖

圖3 整體型螺旋翅片管

表2 低溫省煤器結(jié)構(gòu)參數(shù)

表3 低溫省煤器性能測(cè)試數(shù)據(jù)

(2)布置于除塵器之后脫硫塔之前

德國(guó)Nideraussem電廠低溫省煤器裝設(shè)在除塵器之后將煙氣溫度從160℃降低到100℃后進(jìn)入吸收塔。這種布置方式只要考慮對(duì)低溫省煤器的低溫段材料和低溫省煤器與吸收塔之間的煙道進(jìn)行防腐。

(3)布置于除塵器兩端

此種布置方式將低溫省煤器分為兩段分別布置在除塵器前后。適合場(chǎng)地有限的電廠改造工程，可同時(shí)兼顧前兩種布置方式的優(yōu)勢(shì)，前段低溫省煤器著重考慮的是防止堵灰及磨損并使其煙氣出口溫度高于煙氣的酸露點(diǎn)溫度，以避免其下游設(shè)備的腐蝕。后段只需重點(diǎn)考慮低溫省煤器及其后設(shè)備的低溫腐蝕問(wèn)題。

4.換熱管的型式

由于低溫省煤器的傳熱溫差低，換熱面積大，因此需合理考慮其在鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的布置位置及選取合適換熱管型式。

二、低溫省煤器在200MW機(jī)組的應(yīng)用

某200MW燃煤機(jī)組具體鍋爐設(shè)備參數(shù)如表1所示。

在鍋爐尾部煙道增設(shè)低溫省煤器將排煙溫度降低至110℃左右，吸收排煙余熱用以加熱回?zé)嵯到y(tǒng)凝結(jié)水。

1.工質(zhì)連接方式的確定

考慮到該電廠機(jī)組容量較大，且回?zé)嵯到y(tǒng)凝結(jié)水量大，確定低溫省煤器采用并聯(lián)方式接入回?zé)嵯到y(tǒng)，如圖1所示。

低溫省煤器與2#低壓加熱器并聯(lián)，其入口水流分別由部分1#低壓加熱器出口凝結(jié)水和部分2#低壓加熱器出口凝結(jié)水混合而成，初步擬定混合溫度66℃。通過(guò)對(duì)工質(zhì)溫度的控制調(diào)節(jié)換熱管的壁溫，可以有效防止低溫腐蝕的發(fā)生。

2.系統(tǒng)水流量的確定

對(duì)于低溫省煤器并聯(lián)系統(tǒng)，有必要求解出系統(tǒng)的最佳分水率，從而使系統(tǒng)等效焓降增量最大，即系統(tǒng)收益最大。

在并聯(lián)低溫省煤器系統(tǒng)中分水率為：

式中：Gd—流經(jīng)低溫省煤器的凝結(jié)水流量，kg/s；

D0—新蒸汽流量，kg/s。

低溫省煤器回?zé)嵯到y(tǒng)等效焓降為：

式中：αd—低溫省煤器的分水率，%；

td—低溫省煤器出口水焓，kJ/kg；

tm-1—第m-1級(jí)低壓加熱器出口水焓，kJ/kg；

ηm—第m級(jí)低壓加熱器抽汽效率，%；

τr— 單位質(zhì)量凝結(jié)水在加熱器r中的焓升，kJ/kg。

由此計(jì)算可得出系統(tǒng)最佳分水量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，本方案最佳分水量為54kg/s，本方案按流量200t/h進(jìn)行設(shè)計(jì)，工質(zhì)溫度由66℃被加熱至104℃左右。

3.煙氣側(cè)的連接方式的確定

結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際特點(diǎn)，決定將低溫省煤器安裝在電除塵器與脫硫塔之間的水平煙道中。為便于運(yùn)行管理，設(shè)置旁路煙道，將低溫省煤器布置在原主煙道中。

低溫省煤器管束組采用模塊化設(shè)計(jì)，快裝出廠，現(xiàn)場(chǎng)組裝。將整個(gè)設(shè)備在出廠前組裝成6個(gè)小模塊，便于途中的運(yùn)輸，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)直接進(jìn)行吊裝組裝，1～2個(gè)工作日即可完成設(shè)備的吊裝和組裝工作。較換熱管現(xiàn)場(chǎng)組裝縮減了設(shè)備的安裝周期。

低溫省煤器具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表2。

4.換熱管型式的確定

經(jīng)多方比選后，確定換熱管采用整體一次性成型螺旋翅片管（圖3）。

三、節(jié)能效益分析

低溫省煤器安裝后，經(jīng)調(diào)試及試運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，性能測(cè)試情況見(jiàn)表3。

低溫省煤器投運(yùn)后，在額定負(fù)荷（三閥）工況下，機(jī)組熱耗率下降0.57%。若以全年供電煤耗率327.0g/kW·h進(jìn)行計(jì)算，則機(jī)組供電煤耗率下降1.86g/kW·h。由于降低了進(jìn)脫硫塔煙氣溫度，年節(jié)約脫硫冷卻水約70 000t、減少CO2排放量6 000t以上。

四、結(jié)論

通過(guò)在鍋爐尾部煙道中裝設(shè)低溫省煤器，可以有效地節(jié)約煤耗，從而減少CO2以及SO2、NOX等酸性氣體的排放，并可以節(jié)約大量的水源。“節(jié)能減排”效益顯著。值得在火力發(fā)電廠中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

[1]陳慧雁，張斌. 熱管和內(nèi)螺紋管在低溫空氣預(yù)熱器中的應(yīng)用[J]. 能源工程，2003(001)：46-50.

[2]史洪啟，張?zhí)熘? 熱管式低壓省煤器應(yīng)用前景討論[J]. 吉林電力技術(shù)，1997(005)：1-4.

[3]牛振國(guó). 火力發(fā)電廠低壓省煤器系統(tǒng)節(jié)能理論的研究及應(yīng)用 [D]. 濟(jì)南：山東大學(xué).2004.

[4]劉鶴忠，連正權(quán). 低溫省煤器在火力發(fā)電廠中的運(yùn)用探討[J]. 電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2012(08).

[5]李勤道，劉志真. 熱力發(fā)電廠熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算分析[M]. 中國(guó)電力出版社，2008.

[6]劉新合，周樹(shù)茂. 整體(軋制)型螺旋翅片管應(yīng)用于鍋爐對(duì)流傳熱部件的研究[J]. 中國(guó)設(shè)備工程，2013(06).