低溫省煤器熱工控制系統的改造及對應措施

姜桂榮

（國華三河發電有限責任公司，河北 三河 065201）

0 概 述

為遏制污染物排放，提高大氣質量，國家環保部發布了GB13223－2011《火電廠大氣污染物排放標準》，標準已經于2012年1月1日起執行。標準中規定，自2014年7月1日起，燃煤火電鍋爐在非重點地區，煙塵排放限值為30mg／Nm3，重點地區煙塵排放限值為20mg／Nm3。在2013年，國華公司提出了《國華電力高品質綠色發電計劃》，規定機組煙塵排放限值為5mg／Nm3。為了滿足國家和國華電力公司燃煤火電鍋爐煙塵排放限值的要求，需對現役機組開展相應的技術改造。采用低溫省煤器＋低溫電除塵機組，能夠進一步降低電除塵器出口的粉塵濃度，一般情況下，能小于20mg／Nm3。結合某型鍋爐低溫省煤器改進后的情況，對關鍵的四項熱控技術問題進行了分析，并提出針對性措施。為同類機組的低溫省煤器的改造，提供技術參照。

1 設備概況

某機組配備亞臨界控制循環燃煤汽包鍋爐，一次中間再熱、單爐膛、切圓燃燒、鋼架全懸吊結構、半露天布置、固態排渣。汽輪機為亞臨界、一次再熱、凝汽式350MW汽輪機組。回熱系統中設置有3臺高壓加熱器，4臺低壓加熱器。每臺機組配置2臺50%容量的靜電除塵器，每臺除塵器為雙室五電場。原系統設計中，電除塵器出口煙氣的含塵量不大于100mg／Nm3，除塵器效率不低于99.88%。

低溫省煤器的技術方案為：凝結水在低溫省煤器內吸收排煙熱量，降低排煙溫度后，凝結水自身被加熱，溫度升高后的凝結水再返回至汽輪機低壓加熱器系統，代替部分低壓加熱器的作用，如圖1所示。在發電量不變的情況下，可降低機組的能耗。同時，由于進入脫硫塔的煙溫下降，還可以節約脫硫工藝水的消耗量。低溫省煤器加裝在空預器和電除塵器之間。在設計條件下，低溫省煤器出口煙溫為95～105℃，并可調節。當煙氣溫度降低后，粉塵比電阻降低，使煙氣的流速降低，可提高電除塵器的除塵效率。在電除塵器內去除SO3，減輕了下游設備的腐蝕。煙溫降低后，降低了脫硫系統的水耗，回收的熱量還能用來加熱凝結水，提高了機組運行的經濟性。

圖1 低溫省煤器煙氣余熱回收系統

低溫省煤器安裝在空預器出口至電除塵器前的水平煙道上，低溫省煤器的各項參數，如表1所示。鍋爐的燃用煤質，如表2所示。

表1 低溫省煤器設計參數

表2 2013年度的入爐煤質

2 低溫省煤器對熱工控制系統的要求

2.1 自動調節性能與設備要求

低溫省煤器應具有自動調節性能，且便于控制。當低溫省煤器對凝結水進行控制和調節時，不能影響機組的可靠運行。實現對進入低溫省煤器的凝結水溫度和流量的控制，并能有效降低低溫省煤器的腐蝕。

2.2 設備故障能夠及時切除

當低溫省煤器發生泄漏等故障時，能夠及時將其切除，不得影響機組的繼續運行，需要設置監視儀表和煙氣溫度等典型工況下設備的運行曲線。

3 低溫省煤器的控制措施

低溫省煤器的管壁溫度應可控。合理選取低溫省煤器的進水溫度及進水流量，避開低溫省煤器金屬壁溫在煙氣高腐蝕速度區域，滿足機組低負荷運行時的防腐要求。低溫省煤器可回收能級較低、傳熱溫差較小的熱量。因此，需要精確設計，優化低溫省煤器取水位置和回水位置，控制流量和溫度，保證在多工況下與熱力系統的最佳耦合。爭取在不利的條件下，盡可能取得最大的節能效果。

3.1 低溫省煤器入口的水溫控制

控制低溫省煤器水側低溫段腐蝕的主要方法是控制入口水的溫度。控制低溫省煤器入口水溫，使管束的最低壁溫高于水露點25℃（水露點溫度43.78℃），以避開了低溫腐蝕區。一般控制入口水溫度不低于70℃。

低溫省煤器在熱力系統中的取水方式，直接影響到經濟效果和分析計算的方法，還關系到設備的安全運行。如選取較低的進口水溫，可增大傳熱溫差，提高換熱效率，但將加劇管壁的腐蝕；如選取較高的進水溫度，則將因換熱溫差較小而降低了低溫省煤器的換熱效率。低溫省煤器聯入熱力系統的方案有多種，就其本質而言，聯入熱力系統的方式可分為串聯或并聯。根據該機組的實際工況，在冬季有抽汽供熱的需求，所以選取了并聯方式。

結合汽機THA工況熱平衡圖中各低加入口凝結水溫度，為了降低傳熱溫差，提升設備運行的經濟性，設計時，具體的取水方案為：當在額定工況下運行時，低溫省煤器水側從1號低加入口（純凝工況設計溫度33.61℃）和2號低加出口（純凝工況設計溫度85.98℃）取部分凝結水，混合水的溫度為70℃，且自動控制混合水溫度在70℃以上，經低溫省煤器加熱后，回3號低加出口（純凝工況設計溫度115℃），同時兼顧低溫省煤器出口水溫度大于3號低加出口溫度，排擠更多的上一級低加抽汽。更主要的是隨著機組負荷變化，對低溫省煤器進水溫度兼顧出水溫度進行相應的調整。回路調節器的控制圖，如圖2所示。

圖2 低溫省煤器入口水溫度單回路調節器

3.2 低溫省煤器出口煙氣溫度控制

設計低溫省煤器入口煙氣溫度為150℃，出口溫度為95℃；鍋爐低溫省煤器的凝結水流量可調，如此，即可控制低溫省煤器出口煙溫在設計范圍內，使煙溫高于95℃（煙氣露點溫度計算為95.05℃）。為此，采取的設計方案是通過凝結水流量控制低溫省煤器出口煙氣溫度。在3號低加和4號低加之間的主凝結水管道上，新增加串聯的流量調節閥和該調節閥的電動旁路閥。通過自動調節，控制進入低溫省煤器的凝結水流量，保持低溫省煤器出口的煙氣溫度在95℃以上，從而控制低溫省煤器的腐蝕速率。煙氣溫度的控制，如圖3所示。

圖3 低溫省煤器出口煙氣溫度恒定值單回路調節器

3.3 低溫省煤器煙氣壓差控制

低溫省煤器連接在空預器和電除塵之間，工況環境惡劣，煙氣中的含塵量較大，且采用了H型焊接鰭片的高效換熱管，設備積灰的可能性較大。積灰后低溫省煤器的阻力增加，局部煙氣的流速增加，增大了對換熱設備的沖刷和磨損，增加了設備泄漏的幾率。同時，上級受熱面的吹灰或其他固體顆粒都將沉積在低溫省煤器的鰭片中不易清除，因此需對低溫省煤器的煙氣差壓進行連續監視，控制煙氣差壓不超過200 Pa。如不能對煙氣側差壓進行有效控制，可能會引起機組降負荷甚至停機檢修事故，因此需連續監視，掌握設備運行規律，確定合理的吹灰周期。

3.4 鍋爐低溫省煤器退出保護和控制方式

選定設計參數時，須考慮系統及設備長期運行的可靠性。低溫省煤器應有防止腐蝕的壁溫低保護、泄漏監控報警和溫度報警裝置，一旦發生壁溫低、泄漏等故障情況，具備快速處理技術手段，根據具體情況，能有效隔離部分或全部系統。

（1）通過對低溫省煤器凝結水系統進出口管道上的壓力差與正常典型工況進行對比，分析了壓力波動情況，且在CRT畫面上，可對各種工況下凝結水壓力差與典型運行壓力差的曲線進行對比，即能判斷設備是否發生泄漏。

（2）監視兩側煙道進出口煙氣溫度差的變化，也能在CRT畫面上對各種工況下煙氣溫度差、兩側煙道進出煙氣溫度差與典型運行煙氣溫度差曲線進行對比，可判斷設備是否發生泄漏。

（3）當低溫省煤器凝結水入口溫度低于70℃時，系統報警。當出口煙氣溫度低于95℃時，系統報警。低溫省煤器的壁溫低于72.95℃時，系統保護動作，自動切除低溫省煤器。當凝結水流量低于50%負荷以下，應人工切除低溫省煤器。

4 低溫省煤器實際運行改造控制效果

經過近1年的運行實踐，低溫省煤器運行良好，熱工控制的凝結水溫度和流量平穩，滿足了低溫省煤器的運行需要，除塵效果和節能降耗達到了預期效果。

在額定負荷工況下，電除塵器出口的排放濃度由17.92mg／Nm3，降至11.68mg／Nm3；在75%額定負荷工況下，電除塵器出口的排放濃度由16.18 mg／Nm3，降至12.43mg／Nm3。

根據熱力試驗，得到低溫省煤器投入后供電煤耗的降低值，在350MW工況下為2.14g／kW·h，在260MW工況下為1.52g／kW·h，在175MW工況下為0.70g／kW·h。

5 結 語

在低溫省煤器技術改造中，用熱工控制的方法防止了煙氣對低溫省煤器的腐蝕。在熱控系統中，解決了低溫省煤器入口水溫度、出口煙氣溫度、煙氣壓差、退出保護等關鍵技術問題。改造后，機組運行平穩。此類熱控方式，可為類似低溫省煤器的技術改造提供參考。