兩種暖風器與低壓省煤器聯合系統節能對比分析

周洲，劉楠

(徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221100)

0 引言

火力發電廠鍋爐空氣預熱器普遍存在低溫腐蝕導致的堵塞問題，嚴重影響機組的經濟性和安全性，通過鍋爐暖風器提高空氣預熱器冷端綜合溫度，是解決這一問題的有效手段[1]，但鍋爐暖風器會導致鍋爐排煙溫度升高，降低了機組的經濟性。為解決這一矛盾，需要在鍋爐尾部煙道增加低壓省煤器系統，以回收鍋爐排煙余熱。因此，暖風器與低壓省煤器聯合系統(以下簡稱聯合系統)可以在解決鍋爐空氣預熱器低溫腐蝕和堵塞問題的同時，提高機組的熱經濟性。

聯合系統可以采用多種布置方式，本文以300 MW機組數據為基礎，對具有代表性的兩種典型布置方式的節能效果進行對比分析，為發電廠進行此類改造提供參考。

1 聯合系統典型布置方案

目前，聯合系統有2種典型的布置方案[2-3]。

(1)方案1，低壓省煤器出口的高溫凝結水作為暖風器熱源，部分或全部高溫凝結水通過暖風器后回到汽輪機凝結水系統，其流程如圖1所示，華能山東發電有限公司某機組即采用此布置方案。

低壓省煤器凝結水取自#8低壓加熱器(以下簡稱低加)入口與#7低加出口，水溫可調。暖風器熱源來自低壓省煤器出口高溫凝結水，水量可調。最終凝結水回水引至#6低加進口。

(2)方案2，低壓省煤器出口高溫凝結水直接回到汽輪機凝結水系統，暖風器設置單獨回路，汽輪機凝結水作為暖風器熱源，回水至汽輪機凝結水系統，其流程如圖2所示。

圖1 方案1流程

圖2 方案2流程

低壓省煤器系統與方案1相同，凝結水取自#8低加入口與#7低加出口，水溫可調，回水引至#6低加入口。暖風器熱源取自#7低加出口凝結水，經增壓泵加壓后引至鍋爐暖風器，回水至#8低加入口。

2 2種典型布置方案節能對比

2.1 邊界條件

(1)2種方案控制低壓省煤器進口水溫、水量以及進、出口煙溫相同。

(2)2種方案控制暖風器溫升相同。

(3)本文以某300 MW機組熱耗率驗收(THA)工況數據為基礎進行對比分析。

對2種布置方案的節能差異分析如下。

(1)鍋爐側。因暖風器進、出口風溫相同，低壓省煤器前、后煙氣溫度相同，因此，2種布置方案對鍋爐側熱經濟性影響相同[4]。

(2)汽機側。凝結水通過低壓省煤器從鍋爐獲得的熱量相同，暖風器從凝結水吸收的熱量相同，但因布置方式不同，暖風器消耗的熱量能級不同，因此對汽輪機的熱經濟性影響存在差異。

(3)忽略方案1暖風器引起的凝結水泵功耗與方案2增壓泵功耗的差異。

綜上所述，分析2種方案對機組的熱經濟性影響，即分析2種方案的暖風器消耗熱量對汽輪機回熱系統的熱經濟性影響。

2.2 暖風器消耗熱量對汽輪機回熱系統熱經濟性影響

根據鍋爐燃煤成分、過量空氣系數、空氣濕度、暖風器前后空氣溫度，參考GB/T 10184—2015 《電站鍋爐性能試驗規程》進行計算[5]。以某300 MW機組為例，鍋爐額定(BRL)工況下，取暖風器進、出口風溫分別為20，60 ℃。經計算得

式中：ΔQ，qV為鍋爐BRL工況下的暖風器吸熱量、主蒸汽流量。

依據汽輪機熱平衡圖，計算汽輪機100%THA工況下等效焓降相關參數，見表1。

表1 機組等效焓降相關參數

(1)方案1。凝結水從低壓省煤器獲得的熱量通過排擠機組#6抽汽，提高了單位主蒸汽做功能力，增加了回熱系統熱經濟性，而該熱量被暖風器消耗了部分，因此，暖風器消耗的熱量本應利用在#6抽汽的能級上。由等效焓降理論可得，暖風器消耗熱量對汽機主蒸汽等效焓降影響為

Δh1=Δqη6=7.71 kJ/kg ，

折算到機組供電煤耗的影響為

式中：B為汽輪發電機組供電煤耗，取305 g/(kW·h)。

此計算結果僅為暖風器消耗熱量對機組供電煤耗的影響，并非暖風器對供電煤耗的全部影響。增加暖風器后鍋爐排煙溫度、效率、低壓省煤器吸熱量等將發生變化[6]，而2種方案這部分變化相同，因此，未進行相關計算。

(2)方案2。汽輪機凝結水加熱鍋爐暖風器，增加了汽輪機#7，#8低加凝結水流量，相當于消耗了汽輪機#7，#8低壓抽汽熱量。由等效焓降理論可得，暖風器對主蒸汽等效焓降影響為

Δh2=Δqη7-8，

(1)

折算到機組供電煤耗的影響為

(2)

式中：η7-8為汽輪機第7,8段抽汽的等效抽汽效率。

η7-8可根據凝結水在#7，#8低加中的焓升及#7，#8低加抽汽效率得出，即

將η7-8代入式(1)，(2)得

Δh2=4.3 kJ/kg,ΔB2=1.12 g/(kW·h)。

同樣，為進行對比分析，此計算結果并非暖風器對機組供電煤耗的全部影響。

綜上所述，2種方案對機組供電煤耗影響的差值為0.89 g/(kW·h)。即方案2與方案1相比，機組供電煤耗多降低0.89 g/(kW·h)，根本原因是方案2中加熱暖風器的熱源能級較低，造成的損失較小。

3 結論

300 MW機組在THA工況下，暖風器進、出溫度為20，60 ℃時，利用#7低加出口凝結水加熱暖風器的聯合系統，與利用低壓省煤器出口凝結水加熱暖風器的聯合系統相比較，可多降低機組供電煤耗0.89 g/(kW·h)。