1 000 MW機組低溫省煤器系統優化

摘 要：對1 000 MW機組低溫省煤器系統的增效型創新進行了介紹，即從凝結水系統中取水，為低溫省煤器進水增加一路冷凝水旁路，將冷熱水混合，降低低溫省煤器進水溫度，從而降低低溫省煤器排煙溫度，減小煙氣體積流量，實現提高引風機出力，降低供電煤耗的目標。同時對低省冷凝水系統進行設備選取、邏輯搭建，使其能滿足不同負荷工況下對低省進口凝結水溫度及流量調節的要求。

關鍵詞：低溫省煤器；優化控制；邏輯搭建；調節改進；冷凝水

中圖分類號：TM621" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）06-0064-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.06.016

0" " 引言

節能降耗是一項重要的火電機組技術革新要求，比如某電廠百萬機組供電煤耗計劃為272.15 g/（kW·h），上級領導要求全體職工嚴格執行“程序合規，計量完善，技術創新，指標先進，工藝精準，低碳環保”的節能方針，深挖節能潛力，確保本單位目標完成。這就要求強化節能技術監督，大力推進新技術、新工藝、新設備在節能減排、環境污染治理中的應用，充分發揮創新引領作用，完成1 000 MW機組節能降耗的目標。

根據分析，在1 000 MW機組風煙系統中，低溫省煤器的作用是利用低壓加熱系統中的凝結水，降低鍋爐排煙溫度，提高發電廠循環熱效率；同時煙氣脫硝、脫硫改造和除塵器改造都對進口煙氣溫度有一定的要求。因此，低溫省煤器不但能夠回收煙氣余熱，還能為環保改造提供便利條件。

某公司1 000 MW機組低溫省煤器布置在除塵器入口，進口介質取自7號低加出口凝結水，出口至6號低加進口。在夏季滿負荷運行時，低溫省煤器進口煙溫149 ℃，出口煙溫115 ℃，出口煙溫嚴重偏離了設計時105 ℃的設定值，導致省調嚴重的“兩個細則”考核。引風機轉速高，風機振動偏大，風機葉片易損傷，被迫降低氧量運行，導致燃燒效率降低，同時易加劇水冷壁高溫腐蝕，影響劣質煤摻燒比例，經營效益下降。如果將省煤器出口煙溫降低，將達到節能降耗、降本增效的目的，從而降低機組的供電煤耗。

該公司1 000 MW機組低溫省煤器出口煙溫無法被控制在設計參數下，導致引風機出力受限。2023年脫硫系統進行了提效改造，煙氣側增加550 Pa左右阻力，改造后，采用常規運行調整方法，將無法實現機組滿負荷運行。因此，急需對低溫省煤器系統進行增效型創新，降低其出口煙溫，減小煙氣體積流量，最終提高引風機出力，提升燃燒效率，從而增加經濟效益，顯著降低機組的供電煤耗。

針對1 000 MW機組夏季高負荷運行時引風機運行參數達到上限，風機振動大，無法提供更大出力，導致機組無法接帶更高負荷的問題，該公司研制出一種新型低省出口煙溫控制工藝，能從根源上解決引風機出力不足的問題。

直接增加低省換熱器數量雖能有效降低出口煙溫，但對引風機出力提出了更高的要求，加上機組即將面臨脫硫增效改造所帶來的煙氣阻力增加，引風機現有出力將難以滿足需求，因此該方案不具有可行性。同時，目前高負荷工況下低溫省煤器進水流量已達設計工況下最大的1 500 t/h，經過分析，認為繼續提高低省進水流量已不現實。計劃對1 000 MW機組低溫省煤器系統進行增效型創新：從凝結水系統中取水，為低溫省煤器進水增加一路冷凝水旁路，將冷熱水混合，降低低溫省煤器進口凝結水溫度，從而降低低溫省煤器排煙溫度，減小煙氣體積流量，實現提高引風機出力，降低供電煤耗的目標。同時對低省冷凝水系統進行設備選取、邏輯搭建，使其能滿足不同負荷工況下對低省進口凝結水溫度及流量調節的要求。

1" " 模擬實驗

1.1" " 位置選取

該公司寬負荷脫硝系統搭建時，為使省煤器出口煙溫不低于脫硝系統投入運行最低煙溫要求的設定值，針對不同工況下旁路所需分流的給水流量進行了計算，在滿足流量需求且保證不對其他設備、系統造成影響的前提下，對旁路設置的位置進行了嚴謹的分析選取。本課題擬采用相似的設計方法，選取既能滿足溫度、流量需求，又能保證系統安全可靠運行的低省外加冷凝水取水位置。

1.2" " 設備選型

該公司寬負荷脫硝系統搭建時，針對不同調節閥型式對系統影響大小、響應時間的快慢及經濟性優劣進行了詳細的比選。本課題擬借鑒其經驗，采用相似的方法，對低省外加冷凝水調節閥型式進行選取。

1.3" " 邏輯搭建

為提高系統的調節精度，縮短響應時間，文獻[1]對控制邏輯中涉及的控制量進行了分析篩選。本課題擬采用相似的技術，對低省外加冷凝水系統中所涉及的控制量進行分析選擇，繪制出相關邏輯圖，在該公司國電智深平臺上搭建低省外加冷凝水自動控制邏輯。

1.4" " 邏輯拓展

文獻[1]分析了前饋、反饋邏輯在不同工況及脫硝調門開度下的特點，優化了控制值的計算方法。本課題擬采用相似的技術，分析前饋、反饋方案邏輯對冷凝水調門控制的影響，并嘗試在反饋邏輯的基礎上，為冷凝水調門拓展出前饋控制邏輯，進一步縮短系統調節的響應時間。

2" " 數值計算

2.1" " 成效計算

該公司1 000 MW機組引風機小機參數如表1所示。

隨著低省出口煙溫的下降，對應的煙氣體積流量減小，引風機的軸功率也隨之下降。

引風機下降的軸功率N計算如下：

N=（QP）/（3 600η1×1 000×η2）" " " " " " "（1）

式中：Q為風量，按煙溫降低10 ℃可減小的體積流量，取125 000～130 000 Nm3/h；P為風壓，取6.0 kPa；η1為風機內效率，取0.7～0.8；η2為機械傳遞效率，取0.92～0.98。

經計算，可以降低引風機的軸功率：

N=（125 000～130 000）×6.0×1 000/（3 600×

0.75×1 000×0.95）=292.4～304.1 kW

計算可降低引風機的軸功率約5%，即引風機出力提升5%。

2.2" " 可靠性計算

低省進水溫度過低，將會導致低省腐蝕，因此必須確保項目所設計的低省進水溫度合理。煙氣酸露點的計算溫度在102 ℃左右，一般來說，只要保證低溫受熱面金屬壁溫高出煙氣酸露點溫度10 ℃左右，就能避免產生低溫腐蝕，堵灰也將得到改善。由于換熱器凝結水的溫度都在酸露點以下，因此受熱面金屬壁溫也低于酸露點溫度，就可能產生腐蝕。為保證換熱管運行的安全性，需采用“有限腐蝕”的思路選擇受熱面的金屬壁溫。

為此，允許部分煙氣熱量回收裝置金屬壁溫處在酸露點以下，選取適當的壁溫并通過采用耐腐蝕的金屬材料以延長煙氣熱量回收裝置的壽命。當受熱面壁溫降低到酸露點以下時，硫酸開始凝結，引起腐蝕。當溫度較高時，由于硫酸濃度很低，且凝結酸量不多，腐蝕速度較低。隨著壁溫進一步降低，凝結酸量增加，腐蝕速度加快，腐蝕速度達到最大值后，隨壁溫進一步降低，酸濃度下降，腐蝕速度也下降，直到腐蝕最低點。之后，金屬壁溫繼續下降，但由于酸濃度接近50%，同時凝結得更多，因此腐蝕速度又上升。

根據API（美國石油協會）及CE公司推薦的平均金屬壁溫導則，可以看出煤質中硫含量與冷端平均壁溫的關系，如圖1所示。

從圖1可以看出，當煤質中硫含量小于1.5%時，冷端平均壁溫應大于65 ℃。根據鍋爐機組熱力計算標準，受熱面金屬壁溫大于水蒸氣露點溫度20 ℃，小于105 ℃，受熱面金屬低溫腐蝕速率小于0.2 mm/a，這個腐蝕速度是可以接受的。水露點溫度為47 ℃左右，因此認為金屬壁溫應在67 ℃以上。與此同時，調取了項目實施前1 000 MW機組正常運行時不同負荷下對應的低省進水溫度，該公司低省進水溫度最高85 ℃，低負荷時在70 ℃左右，且長期該工況運行，未發現明顯腐蝕。

為進一步驗證將低省進水溫度設置為70 ℃時不會出現低溫腐蝕現象，對低負荷時低溫省煤器中工作環境最差的傳熱管壁溫進行了計算。傳熱管金屬壁溫計算公式如下：

Tb=Ty-（Ty-t）"（2）

式中：Tb為傳熱管金屬壁溫（℃）；Ty為煙氣溫度（℃）；t為冷凝水溫度（℃）；α1為煙氣側換熱系數，取30.96 W/（m2·℃）（考慮管壁污染影響）；α2為冷凝水側放熱系數，本項目中為3 500 W/（m2·℃）；β1為傳熱管對流換熱外表面積與內表面積之比，對于本項目中的H型翅片管，節距為16 mm，β1=11.29；β2為傳熱管導熱換熱外表面積與內表面積之比，對于？準38×5的管子，β2=1.36；Δ為傳熱管壁厚，取0.005 m；λ為管壁導熱系數，取41.7 W/（m2·℃）。

由式（2）可計算出管壁溫度最低為80.4 ℃，高于67 ℃的限值。

綜合上述分析，進水溫度選擇70 ℃時，不會出現明顯的低溫腐蝕現象，滿足項目的可靠性要求，能夠保證改造過后系統安全運行。所以，通過1 000 MW機組低省外加冷凝水系統的研制，將引風機出力提升5%，供電煤耗降低0.1 g/（kW·h），理論上是可以實現的。

為解決低溫省煤器出口煙溫過高的問題，降低供電煤耗，選擇對1 000 MW機組低溫省煤器系統進行增效型創新改造，在滿足低溫省煤器安全運行條件的前提下，為低溫省煤器進水增加冷凝水，降低低溫省煤器進口給水溫度。隨著冷凝水旁路的增加，需要搭建相關邏輯，保證低省進水溫度、流量的快速可靠調節。

3" " 效果檢查

3.1" " 目標完成情況

1 000 MW機組低省外加冷凝水系統于2023年8月至9月投入使用，在效果檢查期間，運行人員察看歷史趨勢和數據，發現設備運行狀況良好，低省出口煙氣溫度相比于2022年迎峰度夏階段同時期有顯著降低（表2），1 000 MW機組供電煤耗明顯下降。調取效果檢查期間迎峰度夏階段低省出口煙氣溫度曲線，可以看出項目實施后迎峰度夏期間低省出口煙溫最高不超過107 ℃。

從表2可以看出，效果檢查期間，低省出口煙溫降低約10 ℃，煙氣換熱效率提高，根據經驗公式計算，折合供電煤耗下降約0.1 g/（kW·h）。

調取引風機靜葉開度及轉速數據，借助數據分析軟件繪制了2022、2023年迎峰度夏期間機組運行時的靜葉開度及轉速數據分布直方圖，如圖2、圖3所示。

在夏季滿負荷運行時，引風機靜葉開度從95%降至90%，引風機轉速從5 300 r/min降至5 150 r/min，引風機的運行數據分析表明，引風機運行參數明顯改善，結合經驗公式計算，引風機出力上升約6%，保證了脫硫提效改造后引風機出力仍能滿足現場要求。

3.2" " 效益分析

3.2.1" " 經濟效益

優化實施后，避免因引風機出力受限導致的氧量降低幅度約0.2%，從而避免了影響高負荷時CO及飛灰含碳量，供電煤耗下降約0.1 g/（kW·h）；改造后，高負荷階段，排煙煙溫能從115 ℃降低至105 ℃左右，提高了煙氣熱量回收效果，同時進一步減少了#7/#8低加進汽量。但在夏季高負荷階段，低壓缸排汽溫度會有所上升，因此全年度綜合考慮，供電煤耗約下降0.15 g/（kW·h）。

3.2.2" " 隱形效益

本項目的實施，可進一步提高機組的可靠性，保障社會電力穩定供應，在保證機組安全運行的同時也真正做到了節能降耗，降低發電成本，為公司創造更高的利潤，因而具有明顯的經濟效益和社會效益。

4" " 結論

該公司通過對1 000 MW機組低溫省煤器系統的優化，有效降低了鍋爐的排煙溫度與煙氣體積流量，在提高引風機出力的同時減少了供電煤耗，并且還解決了夏季工況下引風機出力不足問題。可以說，此次優化改造比較成功，達到了預期效果。

[參考文獻]

[1] 葛朋，刁云鵬，夏志，等.鍋爐旁路煙道脫硝入口煙溫自動控制系統設計與分析[J].吉林電力，2019，47（3）：40-42.

收稿日期：2024-12-13

作者簡介：陳靜（1982—），男，湖北天門人，工程師，主要從事火力發電廠機組的運行維護工作。