基于機爐耦合技術的新型一次風加熱系統研究

朱信

摘 ?要 ?針對電站鍋爐熱一次風與冷調溫風摻混過程?損過大的問題，本文提出一種新型一次風加熱系統，基于機爐耦合技術，通過引出高溫風作為調溫風與熱一次風摻混，降低摻混溫差;同時排擠更多抽汽，強化機爐耦合技術的節能效果。以某典型600 MW機組為例，計算了該系統的經濟性。結果表明：采用該系統可使機組供電煤耗降低5.58 g/（kW·h），按年利用小時數5000 h計算，每年能節約標準煤1.58萬噸，具有一定的節能效益。

關鍵詞 ?一次風;調溫風;機爐耦合;制粉系統;摻混

0 前言

磨煤機所需的熱風由空氣預熱器出口的熱一次風與從一次風機出口引出的調溫風摻混得到。為適應煤種變化，熱風溫度需要有一定調節范圍，一般在160℃～300℃之間，而空氣預熱器出口熱一次風溫一般在320℃以上，調溫風溫一般為25℃～35℃，冬天會更低，由此可以看到，摻混的兩股風溫差達近300℃，摻混造成的?損巨大。國內外學者已經針對一次風運行參數等問題對制粉系統運行[1]、鍋爐燃燒特性[2-3]、NOx生成[4]的影響展開了大量實驗、數值模擬和理論研究，為鍋爐優化設計奠定了基礎。

本文從熱一次風與冷調溫風摻混過程中存在不可逆損失的角度探索系統優化思路，提出一種新型一次風加熱系統，該系統將機爐耦合技術和一次風加熱流程有機結合，充分利用機爐耦合技術空氣分多段加熱的特點，提高制粉系統調溫風溫，減小冷熱摻混?損，實現能量的高效梯級利用。以某600 MW燃煤機組為例，對該系統進行了熱力計算，分析了其節能效果。

1 案例機組

本文以某600 MW燃煤發電機組為例進行分析。該機組汽輪機型號為N600-25.53/571/569，包含八級回熱加熱器。鍋爐設計煤種收到基碳、氫、氧、氮、硫、收到基水分分別為：57.5%、3.11%、2.78%、0.99%、2.0%、9.9%，低位發熱量為21981 kJ/kg。表1、表2給出了機組在鍋爐額定蒸發量（THA）工況下的關鍵設計參數。

2一次風加熱流程簡介及優化

2.1 一次風流程節能潛力分析

燃煤電站機組采用的正壓直吹式制粉系統，一次風在空氣預熱器中加熱至321℃，與調溫風混合之后送入磨煤機干燥和輸送煤粉。進入制粉系統的一次風溫度受到原煤水分、煤粉干燥程度和風粉混合物溫度等因素的嚴格限制[5]。

2.2 新型一次風加熱系統

采用機爐耦合技術可以方便地實現調溫風的預熱，具體系統示意如圖1。該系統不再從一次風機后引風作為調溫風，而是在前置式空氣預熱器、主空氣預熱器之前設置抽頭，引出一股風作為調溫風，即調溫風經過預熱過程，余下的風繼續經過主空氣預熱器進一步加熱形成熱一次風，兩者再進行摻混，可以有效減小摻混溫差，降低摻混過程的?損失;空氣預熱器段換熱量減少，所需煙氣量會減少，進入旁路煙道、排擠汽輪機抽汽的煙氣量就會增加，機組出功會在原機爐耦合技術的基礎上進一步增加，煤耗進一步降低;但與只采用機爐耦合技術相比，由于調溫風也需要加熱，空氣吸熱量增加，所以前置式空氣預熱器放熱量不足，因此考慮利用凝結水在暖風器中加熱一次風（包括調溫風），提高前置式空氣預熱器的進風溫度，除確保熱量平衡外還能有效防止前置式空氣預熱器的低溫腐蝕[6]。

3 計算公式

對于機爐耦合系統，假設利用煙氣替代No.j級抽汽加熱No.j加熱器中的給水/凝結水，使No.j加熱器內的給水/凝結水減少至 （單位kg/s），則系統因此增加的出功 （單位：kW）計算方法如下：

4 結果與分析

4.1 基本假定

本節針對案例機組對新型一次風加熱系統進行熱力計算，分析優化后新系統的熱力性能及經濟性，在計算過程中對系統做如下假定：1）機組原煤消耗量不變;2）計算時磨煤機入口的風量及風溫均不變;3）一、二次風在空氣預熱器中的漏風情況不變;4）系統各工質參數與原案例機組保持一致;5）忽略鍋爐各項損失的變化;6）省煤器出口、空氣預熱器入口的煙溫不變;7）全廠廠用電率不變。

4.2 機爐耦合系統基本參數

基于能量梯級利用的原則，先對案例機組進行機爐耦合改造，案例機組省煤器出口煙溫為356℃，省煤器進口給水溫度為275℃，溫差巨大，滿足工程上的換熱要求，具體的方案設計中，高溫煙水換熱器內給水的引出點位于給水泵出口、3#高壓加熱器入口，先經過煙氣的加熱，再返回1#高壓加熱器出口、省煤器入口;低溫煙水換熱器進口煙溫為190℃，出口煙溫為155.3℃，除氧器之前的水溫為138℃，溫差較大，秉著能量梯級利用的原理，具體案例設計中在5#低壓加熱器之后、除氧器之前將全部凝結水引出，送入低溫煙水換熱器加熱之后再返回除氧器入口。

4.3 新型一次風加熱系統參數

如圖1，在機爐耦合技術的基礎上，選擇前置式空氣預熱器之后、主空氣預熱器之前作為調溫風的引出點，調溫風溫從案例機組的27℃升高至110.0℃，調溫風量從54.5 kg/s增加到75.4 kg/s;同機爐耦合系統相比，通過前置式空氣預熱器的冷風（包括調溫風）量從535.5 kg/s增加到590.0 kg/s，冷風需要的吸熱量增加，為盡量利用低品位能量，考慮在前置式空氣預熱器之前串聯一級暖風器，對冷風進行預熱，經過計算，選擇從8#低壓加熱器出口、7#低壓加熱器入口將全部凝結水引出預熱空氣后再打回7#低壓加熱器入口。

4.4 節能效益

計算結果表明：采用新型一次風加熱系統后機組的供電煤耗比原機組降低5.58 g/（kW·h），比常規機爐耦合機組多節約標準煤0.61 g/（kW·h）;以機組年利用小時數5000 h計，相比于原機組，采用新型一次風加熱系統（在機爐耦合的基礎上使用高溫調溫風與熱一次風進行摻混）每年可節約標準煤1.58萬噸。表3給出了原機組、常規機爐耦合機組、新型一次風加熱系統的發電煤耗、供電煤耗等經濟性指標的具體數值。

5 結論

本文結合機爐耦合技術提出一種新型一次風加熱系統，以某機組為例，對該新系統進行了熱力性能分析，驗證了該系統的節能潛力。結果表明：新型一次風加熱系統充分利用了機爐耦合技術冷風分多段進行加熱這一特征，選擇更高溫度的引出點抽出調溫風與熱一次風進行摻混，減小了換熱溫差，從而降低了摻混過程的?損，提高了機組的經濟性，根據計算結果，新型一次風加熱系統供電煤耗比原機組低5.58 g/（kW·h），比只采用機爐耦合技術的機組多節煤0.61 g/（kW·h），按年利用小時數5000 h計算，每年能比原機組多節約標準煤1.58萬噸。

參考文獻

[1] 吳東垠，盛宏至，魏小林，等.燃煤鍋爐制粉系統的優化運行試驗[J].中國電機工程學報，2004，24（12）：218-221.

[2] 劉建全，孫保民，胡永生，等.某1000MW超超臨界雙切圓鍋爐燃燒特性的數值模擬與優化[J].中國電機工程學報，2012，32（20）：34-41.

[3] 肖理生，曾漢才，金峰，等.分級燃燒最佳一次風空氣系數的實驗研究[J].動力工程學報，2001，21（1）：1042-1045.

[4] 周志軍，周叢叢，許建華，等.低NOX旋流燃燒器一、二次風混合特性分析[J].中國電機工程學報，2010，30（11）：8-14.

[5] 電力行業電力規劃設計標準化技術委員會.DL/T 5145—2002 火力發電廠制粉系統設計計算技術規定[S].北京：中國電力出版社，2002.

[6] 殷國強. 鍋爐暖風器熱力系統的優化設計研究[D]. 上海發電設備成套設計研究院， 2008.