低溫省煤器的原理研究及設計

梁鵬（四川川潤動力設備有限公司，四川自貢，643000）

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低溫省煤器的原理研究及設計

梁鵬
（四川川潤動力設備有限公司，四川自貢，643000）

在山西潞安長子高河660MW低熱值煤發(fā)電工程鍋爐機組中，針對低溫省煤器的技術改造工程，本文研究了H型鰭片管低溫省煤器，設計了H型鰭片管低溫省煤器，并按照煙氣熱到冷凝水溫度進行了傳熱數(shù)據(jù)測算，分析了其實用性。為類似低溫省煤器節(jié)能減排的技術改造工程提供參考。

低溫省煤器；傳熱計算；節(jié)能減排；H型鰭片管

引言

我國火力發(fā)電廠每年消耗全國煤炭總產量的50%，煤炭被燃燒后的熱沒有被充分利用。其中之一是所排的煙溫度很高，這被稱為“排煙熱”，其熱能被浪費。

“排煙熱”損失是電站鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般占比5%～8%；其占鍋爐總熱損失的80%或更高，這與節(jié)能降耗要求差距很大。影響電站鍋爐“排煙熱”損失的主要因素是排煙溫度。一般情況下，排煙溫度每升高10℃，其熱損失會增加0.6%～1.0%［1，2］。

我國現(xiàn)役火電機組中鍋爐排煙溫度普遍維持在125℃～150℃左右水平，燃用褐煤的發(fā)電機組排煙溫度高達170℃～180℃。因此大幅度降低機組排煙溫度，回收煙氣余熱具有重大的節(jié)能減排潛力。

1　工作原理

煙氣熱能轉換增效、減排技術就是將鍋爐的排煙溫度由125℃～150℃左右降低到適于脫硫的最佳溫度，約100℃；其中低溫省煤器利用25℃～50℃這部分余熱（溫差）來加熱凝結水，加熱后的凝結水返回低壓加熱器，用于汽輪機，可增加汽輪機做功功率，提高機組效率，降低煤耗［3］。

本項目中，煙氣原流經(jīng)路徑是：從鍋爐—空氣預熱器—煙水轉換器—靜電除塵器—吸風機—脫硫吸收塔——最終到煙囪。低溫省煤器裝置包括煙氣-水換熱器和配套凝結水系統(tǒng)，后者包括凝結水管道、再循環(huán)水泵和調節(jié)旁路。企業(yè)廠房中可以根據(jù)尾部煙道的具體空間位置和條件，選擇布置在除塵器前或者除塵器后。若布置在除塵器前，則可達到降低煙溫，減小飛灰比，提高除塵效率，減少污染物排放，節(jié)省脫硫水耗、保護煙囪的目的，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

2　低溫省煤器改造工程

以山西省長子市潞安縣高河660MW低熱值煤發(fā)電鍋爐為例，其在除塵器前加裝低溫省煤器。在鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（簡寫為BMCR）工況下，燃燒所設計的煤種，低溫省煤器按照利用煙氣給冷凝水加熱后再利用的設計思路，經(jīng)過整體布局，關鍵技術環(huán)節(jié)設計。最終選用H型鰭片管作為換熱元件，經(jīng)過傳熱數(shù)據(jù)測算等流程驗證，實施了低溫省煤器的技術改造工程。

2.1利用煤質資料（設計煤種%）

煤質材料數(shù)據(jù)是（所占%）：全水分9.7；空氣干燥基水分35.37；收到基灰分35.37；干燥無灰基揮發(fā)分21.29；收到基碳46.89；收到基氫2.47；收到基氮0.94；收到基氧4.37；全硫0.26；收到基低位發(fā)熱量17.36 MJ/kg。

2.2煙氣量及酸露點的計算

電廠實際燃用設計煤種，BMCR工況下煤耗為336.78t/h，根據(jù)煤質情況計算尾部煙道實際煙氣量及酸露點溫度［4］。

根據(jù)計算得出：煙氣體積（濕）2308424 Nm3/h，實際煙氣體（濕）3408309 m3/h；入口過剩空氣系數(shù)1.4；入口煙氣溫度116℃，出口煙氣溫度90℃；給水量803t/h；煙氣水蒸氣露點溫度35.84℃，煙氣露點溫度69.99℃。

2.3給水系統(tǒng)的選定及低溫省煤器本體的整體布置

低溫省煤器凝結水給水流程：從低加出口取水（70.6℃）引出，平均為803/h的取水量。管道通過汽機房、鍋爐房爐側平臺、除塵器前煙道支架進入低溫省煤器，加熱后97.2℃的凝結水依次經(jīng)過除塵器前水平煙道支架、鍋爐房爐側平臺、汽機房返回到汽機側的低加入口。

低溫省煤器的管子采用Φ38x4鋼管，材質ND鋼，鰭片材質也采用ND鋼。低溫省煤器受熱面采用雙H型鰭片結構，鰭片厚度為2mm，鰭片節(jié)距為14mm。管屏布置形式為順列布置，四個煙道的低溫省煤器呈相同布置。單個煙道的箱體采用四個獨立的并列模塊結構，若其中一個模塊出故障時，可以斷開故障模塊，不影響其他模塊的運行。模塊箱體的管組與煙氣呈橫向沖刷，管組橫向布置60排，縱向布置（沿煙氣流向）28列，橫向沖刷長度6m。沿煙氣方向第一組管排的迎風面布置有防磨蓋板。在H型鰭片的管組前方布置有2排假管。單個煙道管組共8個模塊，垂直方向并列布置4層，水平方向串列布置2組，每層管組第一模塊和第二模塊之間預留有檢修空間及吹灰空間，設置有檢修人孔和吹灰孔。

2.4低溫省煤器本體幾何尺寸

本體H型鰭片管作為換熱元件，具有傳熱效率高，結構緊湊，積灰少，防磨性能好、整體鋼性好強等特點。其鰭片管規(guī)格和幾何尺寸整理如下：橫向節(jié)距102mm，縱向節(jié)距92mm；橫向排數(shù)240，縱向排數(shù)28（上下組各14排）；上下管組受熱全面積42252m2。

2.5傳熱計算匯總

根據(jù)確定的水系統(tǒng)和設計的H型鰭片整體結構，傳熱計算結構如表1所示。

表2　煙—凝結水換熱計算一覽表

2.6煙道阻力計算

經(jīng)過計算：一級受熱面阻尼系數(shù)為3.906，一級受熱面阻力169.8Pa；二級受熱面阻尼系數(shù)3.896，二級受熱面阻力164.4Pa；H型鰭片管省煤器總阻力334.2Pa。

2.7汽水阻力計算

通道深度（管長）6m，體積流量803m3/h，并聯(lián)管數(shù)720根，流通截面面積0.5089，管束阻力0.03173MPa，靜壓0.03808 MPa，低溫省煤器本體總阻力0.0698MPa，連接管道阻力0.068MPa，綜上總阻力0.1378MPa。

2.8低溫省煤器總體結構

低溫省煤器設計還包括鋼結構設計、凝結水系統(tǒng)的管道設計，以及閥門儀表的選型，電控系統(tǒng)及吹灰系統(tǒng)的設定［5］。

其中實施的低溫省煤器技術改造單煙道布置圖，單如圖1所示，設計為臺爐共四個相同的并聯(lián)煙道。

3　經(jīng)濟效益分析

利用煙氣深度冷卻余熱回收技術，可以有效的降低排煙溫度，達到節(jié)能減排的目的，主要效益如下：1）降低排煙溫度，提高機組效率，從而降低發(fā)電煤耗；2）減少污染物排放；3）減少脫硫塔水耗。本文限于篇幅的原因，引風機增加的能耗、增壓水泵增加的能耗、節(jié)煤量計算（等效焓降法）、節(jié)水效益計算、綜合節(jié)能效益的計算及減排的計算略去。

圖1　低溫省煤器技術改造煙道布置

4　結束語

低溫省煤器在實際投運中，煙溫降低明顯，由于采用獨立于鍋爐的系統(tǒng)，具有操控調節(jié)方便、風險低、節(jié)能減排效益顯著的特點。電廠滿負荷投運3年左右，一般可以收回投資成本。因此技術改造本項目具有廣泛的推廣性、可行性和實用性。

［1］《鍋爐機組熱力計算標準方法》［蘇］.1973.

［2］《JB/Z 201-83 電站鍋爐水動力計算方法》.上海發(fā)電設備成套設備設計研究所編.

［3］《鍋爐原理及計算》 清華大學電力工程系鍋爐教研組編 科學出版社.1979，1.

［4］《鍋爐設備空氣動力計算（標準方法）》 ［蘇］C.H.莫強主編. 電力工業(yè)出版社，第三版.

［5］《實用鍋爐設計手冊》 林宗虎，徐通模主編.化學工業(yè)出版社第二版.

梁鵬（1981），男，漢族，四川省自貢市人，工程師，主要從事電站鍋爐本體設計、300MW、600MW鍋爐機組節(jié)能減排改造設計及135MW鍋爐機組脫硝工程改造設計。

E-mail: liangpeng55555@163.com

Study and Design of Low Temperature Economizer

Peng Liang
（Sichuan CRUN Power Equipment Co.，LTD.， Zigong， Sichuan， 643000， China）

On Lu'an county ChangzI city Gaohe's 660 MW boiler electricity project， low temperature economizer was transformed which is used low calorific value coal.This paper provided analysis of the designing and practicability to the Low Temperature Economizer.The H-type finned tube of low temperature economizer was designed.According to the heat of flue gas to the condensate temperature heat transfer ，data WAS calculated. analyses its practicability.This paper provided some reference for the similar low temperature.

Low Temperature Economizer； Heat-transfer Calculation； Energy Conservation and Emission Reduction； H-type Finned Tube

TK11+5

A

2095-8412 （2016） 03-406-03