基于火電機(jī)組煙道均流裝置的節(jié)能優(yōu)化與應(yīng)用

李洪明

（馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司，安徽馬鞍山 243102）

1 實(shí)施背景

目前大部分火電廠機(jī)組在引增合一改造、吸收塔超低排放對(duì)煙道進(jìn)行改動(dòng)后，明顯存在煙道內(nèi)部煙氣流場(chǎng)紊亂、兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流偏差大、搶風(fēng)、喘振等問題。當(dāng)涂公司1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組在超低排放改造后，吸收塔入口段漿液堆積嚴(yán)重，相同工況下，引風(fēng)機(jī)出口壓差約60 Pa，電機(jī)電流相差約20 A（6000 V電機(jī)）。利用CFD（Computational Fluid Dynamics，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）技術(shù)對(duì)吸收塔原煙道流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)吸收塔原煙道在兩股氣流的匯合處下游氣流十分紊亂，致使吸收塔入口斷面速度分布不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致漿液在吸收塔入口段煙道內(nèi)堆積結(jié)垢，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，如何改善煙道內(nèi)部環(huán)境、降低能耗，使煙氣能夠在煙道內(nèi)穩(wěn)定地流動(dòng)，就變得至關(guān)重要。

2 內(nèi)涵和主要做法

2.1 內(nèi)涵

當(dāng)涂公司煙道均流裝置的節(jié)能優(yōu)化與工程應(yīng)用創(chuàng)新成果，成功地提出了一套完整的改善鍋爐尾部煙道運(yùn)行工況、節(jié)能降耗、提高機(jī)組安全可靠性的工藝技術(shù)，適用范圍廣泛，經(jīng)過兩年多的應(yīng)用檢驗(yàn)，節(jié)能降耗效果明顯、機(jī)組可靠性明顯提高。其主要內(nèi)容和特點(diǎn)有4 個(gè)。

（1）在現(xiàn)有均流技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化并改進(jìn)，首次提出煙氣分流多次均流的方法，處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

（2）應(yīng)用現(xiàn)代的CFD 數(shù)值模擬技術(shù)，為改造及數(shù)據(jù)驗(yàn)證提供依據(jù)。

（3）改善煙道內(nèi)流場(chǎng)，且降低吸收塔漿液進(jìn)入煙道風(fēng)險(xiǎn)，減少了煙道結(jié)垢和腐蝕，提高了機(jī)組安全可靠性，適用范圍廣，易于實(shí)施，低投資、高回報(bào)。

（4）該成果的成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出口差壓由60 Pa降低至11 Pa、煙道阻力由230 Pa 降低至120 Pa，減阻110 Pa，引風(fēng)機(jī)電流降低約20 A（6000 V 電機(jī)），單機(jī)年節(jié)電約50 萬千瓦時(shí)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗目標(biāo)，提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

2.2 工作原理

煙道均流裝置由3 組導(dǎo)流組件組成，分別是：布置在A 引風(fēng)機(jī)出口母管與煙道匯合處的導(dǎo)流組件1，布置在煙道內(nèi)S 彎下口段處的導(dǎo)流組件2，以及布置在煙道內(nèi)S 彎上口段處的導(dǎo)流組件3。導(dǎo)流組件由多個(gè)導(dǎo)流板組成，除了最外側(cè)的導(dǎo)流板，其他導(dǎo)流板均是由同心圓弧段和水平段組成，導(dǎo)流板之間等距布置。其中，導(dǎo)流組件1 圓弧段的弧度為90°，導(dǎo)流組件2、導(dǎo)流組件3 圓弧段的弧度為60°。

需要注意的是，最外側(cè)導(dǎo)流板1 包括依次相連的豎直段、連接段和水平段，此種結(jié)構(gòu)不僅增加了最外側(cè)導(dǎo)流板1 的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)能更好地抵擋匯流處煙氣的侵襲，而導(dǎo)流板2、導(dǎo)流板3以及外側(cè)的導(dǎo)流板在同一中心線上。

導(dǎo)流組件1 不僅能保證A 引風(fēng)機(jī)出口煙氣相對(duì)平緩地流入煙道內(nèi)，且能夠避免A 引風(fēng)機(jī)出口煙氣和B 引風(fēng)機(jī)出口煙氣混合在一起，防止A 引風(fēng)機(jī)和B 引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)搶風(fēng)、喘振等現(xiàn)象，能很好地引導(dǎo)A 引風(fēng)機(jī)和B 引風(fēng)機(jī)的出口煙氣分別從導(dǎo)流組件1 的內(nèi)側(cè)和外側(cè)進(jìn)行流通。導(dǎo)流組件2、導(dǎo)流組件3 配合使用，將煙道內(nèi)的分為上、下兩個(gè)空腔，并將空腔再次均分，能夠防止煙氣在煙道的S 彎上下口流速分布不均且易對(duì)圓弧過渡段一內(nèi)壁造成較大的侵蝕。這樣不僅使得吸收塔入口斷面煙氣流速均勻分布，從而消除高速區(qū)和低速區(qū)，而且還降低了漿液進(jìn)入煙道后造成煙道結(jié)垢和腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)（圖1）。

圖1 煙道均流裝置及導(dǎo)流組件安裝示意

2.3 重點(diǎn)內(nèi)容實(shí)施

該創(chuàng)新成果于2019 年1 月在當(dāng)涂公司1 號(hào)、2 號(hào)機(jī)組進(jìn)行施工改造，在引風(fēng)機(jī)出口煙道沿氣流方向設(shè)置3 組導(dǎo)流板。根據(jù)煙道內(nèi)流場(chǎng)分布情況，通過CFD 數(shù)值模擬確定導(dǎo)流板安裝位置及每組數(shù)量，煙氣經(jīng)導(dǎo)流板組件1 進(jìn)行一次均流（兩臺(tái)的風(fēng)機(jī)出口壓力差值降低約24 Pa，引風(fēng)機(jī)電流差降低約12 A），經(jīng)過初次均流的煙氣在煙道提升段S 彎下口通過導(dǎo)流板組件2 進(jìn)行二次均流（兩臺(tái)的風(fēng)機(jī)出口壓力差值降低約16 Pa，引風(fēng)機(jī)電流差降低約5 A），煙氣最后通過導(dǎo)流板組件3進(jìn)行最后一次均流進(jìn)入吸收塔（兩臺(tái)的風(fēng)機(jī)出口壓力差值降低約9 Pa，引風(fēng)機(jī)電流差降低約3 A）。

3 節(jié)能優(yōu)化及工程應(yīng)用效果

3.1 項(xiàng)目實(shí)施前

目前大部分火電廠機(jī)組在引增合一改造、吸收塔超低排放對(duì)煙道進(jìn)行改動(dòng)后，均明顯出現(xiàn)煙道內(nèi)部煙氣流場(chǎng)紊亂，在相同條件下兩臺(tái)風(fēng)機(jī)電流相差約20 A（6000 V電機(jī)）、引風(fēng)機(jī)出口壓差約60 Pa。兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流偏差大、存在搶風(fēng)、喘振等問題。煙氣流場(chǎng)紊亂，致使吸收塔入口斷面速度分布不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致漿液在吸收塔入口段煙道內(nèi)堆積結(jié)垢，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行（圖2）。

圖2 CFD 數(shù)值模擬吸收塔入口煙道煙氣流線及壓力分布

3.2 項(xiàng)目實(shí)施后

（1）從根本上改善了鍋爐尾部吸收塔入口段煙道內(nèi)煙氣流場(chǎng)（圖3）。

圖3 實(shí)施后CFD 數(shù)值模擬吸收塔入口煙道煙氣流線及壓力分布

（2）使吸收塔入口斷面速度分布均勻，高速區(qū)與低速區(qū)得以消除。

（3）煙道內(nèi)漿液堆積問題得以解決，大大降低了漿液進(jìn)入煙道，造成煙道結(jié)垢和腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）引風(fēng)機(jī)搶風(fēng)、喘振、電流偏差大問題得以解決。兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出口差壓由60 Pa 降低至11 Pa，煙道阻力由230 Pa 降低至120 Pa，減阻110 Pa，引風(fēng)機(jī)電流降低約20 A，年節(jié)電約50 萬千瓦時(shí)，有利于節(jié)能降耗，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

（5）引風(fēng)機(jī)電流下降約20 A，年節(jié)約用電約50 萬千瓦時(shí)，每度電按照0.4 元計(jì)算，每年節(jié)約20 萬元（單臺(tái)機(jī)組）；煙道內(nèi)漿液堆積問題得以解決，減少人員清理維護(hù)費(fèi)用約5 萬元/年（單臺(tái)機(jī)組）。

（6）項(xiàng)目實(shí)施為一次性投入，投資低、回報(bào)高，節(jié)能效果及機(jī)組安全穩(wěn)定性明顯提高。

煙道均流裝置通成功解決了現(xiàn)有火電廠機(jī)組在引增合一改造、脫硫吸收塔超低排放改造對(duì)煙道改動(dòng)后，導(dǎo)致的兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流偏差大和煙道內(nèi)部流場(chǎng)紊亂、煙道積漿等問題。兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出口差壓由60 Pa 降低至11 Pa，引風(fēng)機(jī)電流降低約20 A（6000 V 電機(jī)），煙道阻力由230 Pa 降低至120 Pa，減阻110 Pa，年節(jié)電約50 萬千瓦時(shí)，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)得以提高；減少煙氣入口漿液堆積結(jié)垢，為提高脫硫吸收塔脫硫效率提供了有利條件，減少了人員維護(hù)及清淤費(fèi)用，提高了設(shè)備安全可靠性。

4 結(jié)束語

隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保要求不斷提高，發(fā)電企業(yè)在確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)也要控制能耗指標(biāo)，通過該煙道均流裝置不僅易于實(shí)施、低投資高回報(bào)、改善煙氣流場(chǎng)，降低能耗，而且提高了設(shè)備安全可靠性，在發(fā)電企業(yè)中有較大發(fā)展前景。