1100t／h超臨界直流爐尾部煙道節能項目技術改造

劉 潔 楊繼明

（1.華能東方電廠，海南 東方572600；2.長沙理工大學能源與動力工程學院，湖南 長沙410077）

1 工程概況

華能東方電廠建設4臺350MW超臨界燃煤火電機組，一期工程建設2×350MW超臨界燃煤發電機組。該工程由華能海南發電股份有限公司投資建設，鍋爐、汽機、發電機均由哈爾濱電氣集團提供。鍋爐為一次中間再熱、變壓運行、單爐膛、平衡通風、固態排渣、全鋼架、全懸吊結構、∏型、露天布置，型號為 HG－1100／25.4－YM1。爐膛斷面尺寸為15.287m 寬、13.217m深，水平煙道深度為4.747m，尾部前煙道深度為5.06m，尾部后煙道深度為5.98m，水冷壁下集箱標高為6.5m，頂棚管標高為59.0m。省煤器為H型鰭片管省煤器，傳熱效率高，受熱面管組布置緊湊。空預器由哈爾濱鍋爐廠提供，每臺鍋爐配2臺哈爾濱鍋爐廠生產的29－VI（T）－1950－SMR型三分倉容克式空氣預熱器。#1機組于2009年6月20日通過168h試運行，在投運后發現鍋爐排煙溫度一直明顯高于設計值，為降低排煙溫度，對#1鍋爐省煤器和空預器進行了改造。

2 改造依據

#1鍋爐投運以來，排煙溫度明顯高于設計值，經考核試驗，結果表明：BRL負荷下，修正后排煙溫度高于設計值25℃以上（圖1）。分析排煙溫度高的原因主要有3點：（1）煤質，但煤質屬不可控因素；（2）爐膛、爐底漏風和制粉系統冷風摻入量；（3）受熱面沾污，受熱面布置不合理。

圖1 #1爐投運后排煙溫度月度平均值與設計值對比變化趨勢

2009年9月，我廠邀請熱工研究院在燃用設計煤種條件下對#1鍋爐進行性能考核試驗。BRL工況下空氣預熱器進出口風煙溫度與設計值對比如表1所示。

基于表1分析，鍋爐額定出力時，空氣預熱器進口煙氣溫度為367.7℃，與設計煙氣溫度368.0℃基本相同，而修正后的排煙溫度比設計值高了20.75℃，但空氣預熱器出口一次風溫度較設計值低了28.4℃，二次風溫度較設計值低了24.15℃，這說明空氣預熱器吸熱量不足，導致其出口一、二次風溫度嚴重偏低，這是排煙溫度高于設計值的主要原因。

表1 BRL工況空氣預熱器進出口風煙溫度與設計值對比 單位：℃

3 改造方案

降低#1鍋爐排煙溫度的主要有效途徑有如下3種：（1）改造空預器；（2）改造省煤器；（3）同時改造省煤器和空預器。

3.1 改造空預器

在保持原預熱器型號不變的情況下對預熱器進行改造，更換熱端傳熱元件及元件盒。措施為：將預熱器熱端傳熱元件盒由1 000mm高度更換為1 100mm高，同時將板型由原來的DU3改為FNC，可降低排煙溫度約5℃，改造效果不明顯。改造后的空預器熱力計算及改造前后的溫度對比如表2所示。

表2 改造后的空預器熱力計算及改造前后的溫度對比表

3.2 改造省煤器

利用省煤器區域現有空間，最大限度增加受熱面，增加2圈管子（即加8根管子，重量增加約102t），共130排，改造前省煤器換熱面積為9 860m2，改造后省煤器換熱面積為1 490m2，增加50%，使進入預熱器的煙溫降低約20℃，排煙溫度相應下降6.7℃，改造效果不明顯（表3）。

表3 改造省煤器后的主要參數熱力計算匯總表

3.3 同時改造省煤器和空預器

3.3.1 省煤器改造

利用省煤器區域現有空間，最大限度增加受熱面，即加2圈管排（增加8根管子，重量增加約102t），改造后省煤器換熱面積為14 790m2，增加50%。

3.3.1.1 增加省煤器管排對熱力參數變化的影響（同表3）

增加省煤器后，在上述6種工況下熱力計算值變化：省煤器出口水溫平均增加約5～6℃，工質最大阻力增加9kPa，煙氣側最大阻力增加0.08kPa，對于省煤器出口水溫、工質最大阻力、煙氣側最大阻力3個重要參數的影響極小。改造后省煤器出口煙氣溫度下降約28℃。

3.3.1.2 增加省煤器管排對省煤器結構的影響

東方電廠#1鍋爐省煤器組布置在尾部后煙道內低溫過熱器下部。為降低鍋爐排煙溫度，采取在現有省煤器的基礎上，利用省煤器下部蛇形管與下部集箱的空間，最大限度增加受熱面，即加2圈管子共130排，增加省煤器前后結構如圖2所示。

鍋爐省煤器改造后，增加102t重量，因此需對省煤器的吊桿、吊點進行加固。修改前后吊桿材料、吊點載荷如表4所示。

3.3.2 空預器改造

在保持原預熱器型號不變的情況下對預熱器進行改造，更換熱端傳熱元件及元件盒。措施為：將預熱器熱端傳熱元件盒由1 000mm高度更換為1 100mm高，同時將板型由原來的DU3改為FNC，并采取封堵措施，可降低排煙溫度約11.7℃。

空預器改造后，空預器轉子重量增加，需對空預器支撐軸承承載能力核算如下：

原預熱器單臺轉動部分總重為240 410kg，熱端傳熱元件改造后轉動部分總重為：P0＝240 410＋25 000＝265 410kg＝2 601kN。

該預熱器配支撐軸承型號為國產294／710E，其靜態負荷C0＝74 880kN。

可見更換換熱元件后支撐軸承仍有很大余量，非常安全。

4 節能改造后試驗情況

本改造工程于2010年3月完工。2010年4月，我廠繼續委托西安熱工研究院對#1鍋爐進行改造后性能考核試驗。

表4 修改前后吊桿材料、吊點載荷變化情況

改造后BRL工況下空氣預熱器進出口風煙溫度與改造前對比如表5所示。

表5 BRL工況下空預器進出口風煙溫度與改造前對比 單位：℃

由表6可以看出，省煤器改造后其進出口給水溫升較小，不影響汽水系統的安全運行。

表6 改造前后省煤器進出口給水溫度在不同負荷段的溫升

（1）100%額定電負荷，對進風溫度、設計空氣預熱器進口煙氣溫度和空氣預熱器漏風率3項進行修正，改造后排煙溫度比考核試驗時低了12.3℃左右。在有限的空間改造省煤器及空氣預熱器，試驗結果證明：改造已達到預期的計算結果（圖3）。

圖3 #1爐改造后排煙溫度月度平均值與設計值對比變化趨勢

（2）空氣預熱器進出口一次風溫差上升15.9℃，由于目前燃用高水分印尼煤較多，一次風溫大幅上升對滿足制粉系統干燥出力、保證磨煤機出口風粉溫度極為有利。

（3）空氣預熱器進出口二次風溫差上升18.5℃，二次風溫大幅上升可提高鍋爐燃燒穩定及燃盡性能。

（4）由表7可以看出，改造后與改造前試驗時鍋爐效率結果對比：100%額定電負荷，修正后鍋爐效率比考核試驗時提高0.72%；75%額定電負荷，修正后鍋爐效率比考核試驗時提高0.82%；50%額定電負荷，修正后鍋爐效率比考核試驗時提高1.00%。

表7 改造前、后機組在不同電負荷情況下鍋爐效率對比

5 改造后對空預器煙風道性能的影響

在100%額定電負荷工況下，改造前后空預器煙風道壓降測試結果如表8所示。

表8 改造前后空預器煙風系統壓降測試 單位：Pa

改造前，空氣預熱器A側煙氣壓降實測值為900Pa，空氣預熱器B側煙氣壓降實測值為930Pa，小于設計值1 210Pa。

改造后，空氣預熱器A側煙氣壓降實測值為1 065Pa，空氣預熱器B側煙氣壓降實測值為1 095Pa，均較考核試驗時略高，仍小于設計值1 210Pa，改造后空氣預熱器阻力升高不多，基本不影響風機出力。

6 改造費用、工期、節能、環保效益

降低鍋爐排煙溫度，主要是增加省煤器管圈、更換空預器熱端傳熱元件兩部分，總投資約580萬元，其中設備材料270萬元、運輸費50萬元、安裝調試及試驗費260萬元。

增加省煤器管圈、更換空預器熱端傳熱元件的技術改造工作已在2010年#1機組擴大性C修中進行，改造時間為35天。

通過技術改造，降低了排煙溫度及煤耗，直接經濟效益計算如下：

發電標準煤耗降低值：

式中，T為鍋爐排煙溫度降低值，T＝12℃；H為鍋爐排煙溫度每降10℃發電煤耗下降值，H＝1.7g／（10℃）。

年節約標準煤量：

ΔB＝P×t×Δb＝350 000×5 000×2.04×10－6＝3 570t

年經濟效益：

S1＝C×ΔB＝750×10－4×3 570＝267.75萬元／年

靜態投資回收期：

式中，P為機組額定功率，P＝350 000kW；t為機組年利用小時數，t＝5 000h；C 為標煤單價，C＝750元／t；S為項目總投資，S＝580萬元。

同時，年減少CO2排放8 200t左右，減少SO2排放80t左右。

7 結語

通過對#1鍋爐空預器、省煤器節能改造，有效降低了鍋爐排煙溫度約12℃，提高了鍋爐效率，發電標準煤耗降低2.04g／kW·h，年節約標準煤3 570t，年經濟效益為267.75萬元，投資回收期2.17年；同時，年減少CO2排放8 200t左右，減少SO2排放80t左右，實現了經濟指標和環保指標的雙優。

［1］華能海南東方電廠1號鍋爐性能考核試驗報告

［2］華能東方電廠運行規程

［3］華能東方電廠#1鍋爐降低排煙溫度技術方案可行性研究報告

［4］哈爾濱鍋爐廠有限責任公司設備資料

［5］鄭中甫，劉玉海.600MW超臨界鍋爐受熱面改造與效果分析.中國設備工程，2013（9）

［6］周永剛，楊立隆，趙陽，等.鍋爐尾部受熱面綜合改造的試驗研究.熱力發電，2005（9）

［7］李振強.降低鍋爐排煙溫度的措施及方法.熱力發電，2003（7）

［8］杜承德.鍋爐排煙溫度高的原因分析及優化處理.華電技術，2012（10）

［9］林海濤.鍋爐排煙溫度高的原因及改進對策探討.機電信息，2012（36）