摻燒褐煤鍋爐中轉向室煙氣加熱一次風的研究與計算

摘 要：文章針對某300MW鍋爐摻燒褐煤導致磨煤機出力不足的問題，提出抽取轉向室煙氣加熱一次風的改造方案，并對方案所需的管式換熱器進行了設計計算。經過鍋爐整體熱力計算和經濟效益分析得出：將一次風從320℃加熱至370℃時經濟效益最優，且由于抽取煙氣導致的鍋爐性能參數變化很小，改造方案可以有效解決摻燒褐煤時一次風溫不足的問題。

關鍵詞：褐煤摻燒；管式加熱器；一次風溫度；熱力計算；鍋爐性能

引言

隨著我國電力工業的快速發展，可用煤炭資源的數量和質量都在不斷下降，如何解決資源日益緊缺和企業持續發展之間的矛盾，是電力生產企業面臨的現實問題。褐煤由于其濕度大，燃點低等缺點以前在電力生產中應用較少，但隨著科技的進步，能源的短缺問題日益突出，褐煤的應用重新被人們重視起來。目前，一些發電企業為了降低發電成本，提高市場競爭力，在現有燃煤的基礎上摻燒一定比例的褐煤，但褐煤的摻燒會給鍋爐燃燒帶來一系列問題，其中最為突出的問題之一是：由于褐煤水分較高，摻燒褐煤后，原有一次風溫度不能滿足干燥要求，造成磨煤機出力不足，影響鍋爐正常燃燒[1]。文章正是針對這一問題，以河北某300MW機組摻燒褐煤鍋爐為研究對象，設計使用管式加熱器將鍋爐轉向室煙氣熱量傳遞給一次風，提高一次風溫度，保證鍋爐在摻燒褐煤時，制粉系統和燃燒系統能夠正常、穩定工作。

1 問題概述

河北某300MW鍋爐機組計劃摻燒褐煤，混合煤種收到基參數如表1所示。

由于燃煤水分顯著提高，原有的320℃熱風溫度無法滿足混合煤種的干燥要求。因此，設計改造方案：采用兩臺管式換熱器（煙氣管外，空氣管內），每側一次風道布置一臺，抽取一定比例的轉向室煙氣，通過管式換熱器提高熱一次風的溫度，轉向室煙氣經過換熱器后回到脫硝裝置入口，改造方案所需相關熱力參數如表2所示。

文章計劃將原320℃熱一次風分別加熱到350、360、370、380℃，分析對比各管式換熱器的設計方案、改造后對鍋爐運行的影響、經濟效益等因素，從而得出最優的改造方案。

2 改造方案設計計算結果與分析

2.1 管式加熱器和旁路煙道的設計

由于每側一次風道各布置一個管式換熱器，共同完成煙氣加熱一次風的任務。因此，在對管式換熱器進行設計計算時，只需根據單側風道的煙氣和一次風參數進行設計即可，4種不同加熱溫度所對應的風、煙主要參數如表3所示。

根據列管式換熱器設計要求，空氣在管內流動，煙氣在管外流動，壁溫超過500℃的換熱管使用耐熱合金材質，其他換熱管使用普通材質。由于管式加熱器需要抽取4%-8%左右的煙氣作為加熱介質，因此還需要考慮旁路煙道的設計問題。單側管式換熱器和相應旁路煙道結構參數如表4所示：

2.2 煙風阻力計算結果及煙氣風機選型

由于管式換熱器布置在一次風道內，旁路煙氣進行熱量交換時需要通過引風機為抽取的煙氣提供動力，且換熱器的布置給一次風道增加了局部阻力損失，具體風煙阻力計算結果和風機的選型如表5所示。

由計算結果可知：空氣側阻力增加較少，適當提高送風機出力即可滿足管式換熱器空氣側工作要求，而煙氣側可以通過新增引風機，保證旁路煙氣順利進行熱量交換，并輸送至脫銷裝置入口。

2.3 改造對鍋爐性能參數的影響

通過熱力過程分析可知：抽取一部分轉向室煙氣加熱一次風，使得流過低溫過熱器和省煤器的煙氣量減小，低溫過熱器出口氣溫和省煤器出口水溫都會降低。而煙氣由于被抽走一部分加熱一次風，并且換熱后直接輸送至脫銷裝置入口，因此排煙量減小，排煙損失減小，鍋爐效率升高，排煙溫度降低，各個加熱溫度下鍋爐性能參數相對原來不加熱時的變化如表6所示：

通過計算分析可知，由于抽取的煙氣量較少，雖然鍋爐性能參數發生變化，但變化較小，能夠鍋爐仍然正常運行。

2.4 改造的經濟效益分析

管式換熱器的投資成本和運行成本是為了實現提高一次風溫度的目的，因此，以單位成本對應的換熱量作為目標函數，對不同管式換熱器設計結果進行評價。假定：換熱器全年工作5000小時，普通換熱管和煙道每噸為0.8萬元，耐熱合金換熱管每噸2萬元，工業電價0.4元/度，則不同管式換熱器經濟效益如表7所示：

由上述簡單計算分析可知：通過管式換熱器將320℃的一次風加熱至370℃時，投資可以獲得最大的收益，經濟效益最優。

3 結束語

通過對轉向室煙氣加熱一次風的所需的管式換熱器、煙道、引風機等裝置進行設計計算和分析，可以得出以下主要結論：

（1）通過管式換熱器可以將鍋爐轉向室煙氣熱量傳遞給一次風，提高鍋爐對摻燒褐煤的適應性，并且一次風溫從320℃加熱到370℃時，單位成本獲得的換熱量最大，經濟效益最優。

（2）管式換熱器空氣側增加的阻力壓降較小，適當提高送風機出力即可滿足流動要求，而煙氣側阻力增加較多，需要在脫銷裝置入口額外安裝引風機才能滿足煙氣流動需求。

（3）通過鍋爐整體熱力計算得出，抽取一定煙氣加熱一次風會導致低溫過熱器出口汽溫降低，省煤器出口水溫降低，排煙溫度降低，鍋爐效率升高，但由于抽取煙氣量較少，對鍋爐造成的負面影響很容易通過燃燒調整進行彌補。

參考文獻

[1]王文生，尚海軍，祝志福.煙煤鍋爐摻燒褐煤產生的問題及其改造[J].熱力發電，2009，38（9）：60-69.

[2]馮俊凱，沈幼庭，楊瑞昌.鍋爐原理及計算（第三版）[M].北京：科學出版社，2003.

[3]續魁昌，王洪強，蓋京方.風機手冊（第二版）[M].北京：機械工業出版社，2011.

作者簡介：靳菲（1988-），男，漢族，寧夏銀川人，北方民族大學助教，2014年畢業于華北電力大學熱能工程專業，主要從事節能技術方向的教學與研究。