鍋爐低溫省煤器改造系統設計與應用

楊恒宇

（神華國能焦作電廠有限公司，河南焦作，454351）

鍋爐低溫省煤器改造系統設計與應用

楊恒宇

（神華國能焦作電廠有限公司，河南焦作，454351）

低溫省煤器系統的改造優化可提高鍋爐運行效率與節省煤炭用量。采用理論分析，結合相關案例，對技術要點、關鍵問題和控制措施等改造方案進行了分析研究。改造后，低溫省煤器入口水溫控制在70℃以上，出口排煙溫度控制在95℃以上，煙氣壓差控制在200～300 Pa。實踐表明：加強對低溫省煤器的入口水溫和出口煙氣溫度的控制，管控好煙氣壓差等相關指標，全面進行系統監測，鍋爐低溫省煤器改造優化方案可行。

鍋爐；低溫省煤器；煙氣溫度；煙氣壓差；自動控制

引言

根據我國《火電廠大氣污染物排放標準》（2011年版），對鍋爐煙氣排放做出了具體要求——鍋爐煙塵排放量不得大于30 mg/Nm3，部分地區煙塵排放量不得大于20 mg/Nm3。為了達到該標準，對現行系統進行了優化和改造，從而得到低溫省煤器和低溫電除塵的結合機組。鑒于此，本文主要分析改造系統的設計要點和具體方法。

1 改造技術方案概述

低溫省煤器改造的目標，主要包括以下幾個方面：（1）降低排煙溫度，提高熱利用率；（2）提高除塵效率，降低SO2排放濃度；（3）減少脫硫耗水量；（4）解決低溫腐蝕和積灰的問題。這些目標的確立主要是依據鍋爐低溫省煤器的系統結構而決定的，如圖1所示。

圖1 鍋爐低溫省煤器系統結構圖

依據目標要求，改造技術方案如下：首先，在眾多低溫省煤器布置方式中，選擇在電除塵前布置低溫省煤器的形式；低溫省煤器吸收排煙熱量時，采用凝結水降低排煙溫度；在降低排煙溫度的同時，低溫省煤器溫度升高所增加的熱量可以代替低壓加熱器的部分能量，應用于汽輪機低壓加熱器系統中。其次，為了降低能耗，在發電量一定時可利用回收的熱量對凝結水進行加熱。同時由于排煙溫度的降低，脫硫工藝水的消耗量也相應減少，從而進一步提高了機組系統的節能性[1]。

低溫省煤器改造技術方案有效降低煙塵濃度的原理如下：在一定的設計條件下，低溫省煤器出口煙溫度控制在85～95℃范圍，溫度值可以通過特定組件進行有效調節，在降低煙氣溫度的同時，粉塵比電阻也隨之減少，進而減小煙氣的流動速度和電除塵器的煙塵濃度[2]。

2 關鍵問題和控制措施

為了滿足機組的運行需求，在改造設計過程中首先要加強對低溫省煤器自身溫度的有效控制，同時還要選擇出適應性強的進出口水溫和流量，保證設備選擇的合理性。其次，低溫省煤器設備本身能級較低且傳熱系數不大，因此在優化改造過程中，要對其回水溫度和位置等要素進行重點設計，從而提高低溫省煤器與熱力系統的耦合程度，并在其基礎上實現對機組的節能設計。下面對各個設計和控制要點展開分析。

2.1 入口水溫度控制

控制低溫省煤器入口水溫度是避免水側低溫段發生腐蝕的最有效方法，同時也可以使管束最低溫度處于68～78℃。低溫省煤器入口水溫度要控制在大于或等于70℃的范圍內，其方法主要包括不同溫度水混合和再循環泵兩種，其中不同溫度水混合的方式在操作過程中較為簡單，其應用較為廣泛[3]。

機組運行的穩定性和安全性與低溫省煤器在熱力系統的取水方式密切相關，不管是選擇較低的進口水溫還是較高的進水溫度，都會影響到機組性能：當選擇較低的進口水溫時，雖然可以提高低溫省煤器的換熱效率，但會使管壁腐蝕速率增加；當采取較高的進水溫度時則相反。

在連接低溫省煤器和熱力系統時，一般會采用串聯或并聯兩種方式。當控制方式為純低溫省煤器模式時，采用和相近溫度的省煤器進行并聯的方法，通過控制進入換熱器的水量，控制換熱器出口的排煙溫度；當低溫省煤器模式與暖風器模式結合使用時，低溫省煤器的第1、2級供加熱凝結水，第3級供加熱暖風器內水，控制方式為切換第3級換熱器的進出水閥，暖風器回路吸收熱量，通過調節其循環泵的轉速或控制管道閥門的開度，依靠調節流入的凝結水量來控制最終的排煙溫度[4]。

2.2 出口煙氣溫度控制

在控制和調節低溫省煤氣出口煙氣溫度時，要通過調節其中的凝結水流量來完成。設計方案中，低溫省煤器出口煙溫度為85～95℃，采用凝結水流量調節時可以通過在凝結水管道上設置調節閥或設置升壓泵兩種方式。應用較為廣泛的350 MW機組為了控制低溫省煤器出口煙氣溫度，在主凝結水管道上串聯了一個流量調節閥，采用自動控制的方式，通過調節凝結水流量，將低溫省煤器出口煙氣溫度控制在95℃以上，可以加強對低溫省煤器腐蝕速率的有效控制，如圖2所示[5]。

圖2 出口煙氣溫度控制

2.3 煙氣壓差控制

與寬敞的工作環境相比，低溫省煤器的工作環境局限于電除塵和空氣預熱器間，再加上焊接高效換熱管導致低溫省煤器工作環境的灰塵較多，環境較為惡劣。低溫省煤器在灰塵的影響下會出現一系列問題，例如運行阻力的增加，煙氣流速的增大以及漏泄發生概率的增加等，均會嚴重的影響到機組正常運行。鑒于此，加強對低溫省煤器煙氣壓差的控制是十分必要的。

一般情況下，低溫省煤器煙氣壓差控制在200～300 Pa。為了提高控制的有效性，需要安裝煙氣壓差監測裝備，保證監測連續性。低溫省煤器煙氣壓差控制一旦出現問題，機組便可能面臨停機檢修的風險，因此在監視過程中要確定合理的吹壞周期，掌握氣壓差的變化規律，從而加強控制的針對性[6]。

2.4 泄露監測設施設置

泄露報警裝置一般是指壓力變送器，設置部位包括低溫省煤器的出口母管、水側近母管、冷卻水分組等重要部位。壓力變送器的監測對象（即可能引發泄露的問題）包括煙氣側壓差異常、壓差變化較大以及壓力波動混亂等。其次，為了更好地監測壓差波動規律和濕度變化，還要在煙氣出口煙道處加設濕度檢測儀器。

2.5 退出保護和控制方式

鍋爐低溫省煤器在出現以下2種情況時會發生自動報警：（1）凝結水入口溫度低于70℃；（2）出口煙氣溫度低于85℃。當出現以下2種問題時，鍋爐低溫省煤器會進行自動切除省煤操作：（1）低溫省煤器管壁溫度小于設備某一特定值；（2）凝結水流量低于50%負荷[7]。

3 改造應用

3.1 搪玻璃熱管技術引進

搪玻璃熱管低溫省煤器與一般低溫省煤器相比，技術優勢主要體現在用熱管技術代替了一般的換熱技術，其作用設備的安全性和可靠性更強，且可以實現長期連續運行，這主要是因為由熱管組成的換熱設備是二次間壁換熱，熱管不會在蒸發段和冷凝段同時被破壞，從而使設備的安全性和可靠性得到有效強化。其次，熱管管壁溫度具有可調性，因此可以減少為調節溫度所實施的各種改造技術，這對于提高鍋爐效率具有重要價值。

再者，搪玻璃是一種無機材料，其防腐蝕性能安全可靠，可適應鍋爐運行負荷隨季節變化而產生的排煙溫度變化，同時也可以適應燃燒煤含硫量變化而產生的煙氣露點變化。在操作過程中無需調整壁溫，且控制操作程序較為簡單。

搪玻璃熱管低溫省煤器可以將排煙溫度降低到脫硫塔最佳反應溫度，即80℃左右，排煙溫度降幅在40℃以上，機組供電標準煤耗率降低2 g/kWh以上，經估算，1臺350 MW機組每年可以節約4 000噸左右的煤源。由此可見，搪玻璃熱管低溫省煤器的應用優勢是十分明顯的。

3.2 結構改造

在結構改造方面，第一種方案是將凝汽器出口冷凝水引入到低溫省煤器，在經過與煙氣換熱以后，可將冷凝水加熱到95℃，再送回到低溫省煤器，從而減少用氣量，減少對汽輪機的抽氣量，從而達到節能目的。這種方案與本文探討的核心改造方案大致相同。

第二種方案是對于承擔供熱任務的熱電聯產電廠，可以將低溫省煤器并聯到熱網中，在供熱期間可將供熱回水引入到低溫省煤器加熱，提升了溫度的回水再送入熱交換站，進一步加熱到供水溫度送出，從而減少熱交換站的用汽。當進入到非供熱期間后，可將方案轉為第一種。

4 結論

通過分析低溫省煤器改造系統設計方案，說明了入口水溫度、出口煙氣溫度、管道煙氣壓差對低溫省煤器性能的影響。低溫省煤器的優化改造直接影響到鍋爐工作效率和能源利用率，因此為了貫徹節能環保理念，加強對新型低溫省煤器的研究和使用力度是十分必要的。

[1]靖長財. 鍋爐低溫省煤器改造系統設計的對應措施[J]. 神華科技, 2015(5): 49-52.

[2]赫向輝. 大型燃煤鍋爐低溫煙氣余熱綜合利用及節能分析[D].北京: 華北電力大學, 2015.

[3]張鑫. 鍋爐煙氣余熱利用系統分析與優化研究[D]. 北京: 華北電力大學, 2015.

[4]陸萬鵬. 基于電站鍋爐排煙余熱的機爐煙氣回熱循環理論與應用研究[D]. 濟南: 山東大學, 2012.

[5]劉嘉楷. 空冷機組余熱高效利用系統的設計與優化研究[D].北京: 華北電力大學, 2014.

[6]張昌順. 鍋爐煙氣余熱利用系統流程優化及關鍵設備實驗[D].北京: 華北電力大學, 2014.

[7]王際洲. 燃煤發電機組熱力系統機理模型及非設計工況運行特性研究[D]. 武漢: 華中科技大學, 2015.

Design and Application on Transformation System of Low Temperature Economizer for Boilers

YANG Heng-yu
(Jiaozuo Power Plant, Shenhua Guoneng Energy Group Co., Ltd., Jiaozuo, Henan,454351, China)

Transformation and optimization on low temperature economizer system can improve the efficiency of a boiler and save its coal consumptions. In combination with theoretical analysis and case study, research is carried out on specific transformation schemes such as key technological points, core problems and control measures, etc. After such a transformation, its inlet water temperature is controlled at 70℃ above, its outlet exhaust gas temperature is controlled at 95℃ above, and its gas pressure differential is controlled between 200 to 300 Pa. It is deduced from the practice that, the main idea for transformation and optimization on low temperature economizer for boilers is to strengthen the control on inlet water temperature, outlet exhaust gas temperature as well as related indicators such as gas pressure differential, and conduct a systematic comprehensive monitoring.

Boiler; Low Temperature Economizer; Exhaust Gas Temperature; Gas Pressure Differential; Automatic Control

TK221

A

2095-8412 (2016) 06-1195-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.038

楊恒宇(1984-)，男，助理工程師。研究方向：設備檢修。