鍋爐暖風(fēng)器疏水系統(tǒng)節(jié)能改造

馬 偉，張 健，武 玉

(1.神華河北國華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 定州 073000；2.石家莊市石門小學(xué)，石家莊 050002)

鍋爐暖風(fēng)器是有效控制鍋爐低溫腐蝕的一個輔機(jī)設(shè)備，在國內(nèi)外都已普遍使用，但多數(shù)沒有控制措施。當(dāng)暖風(fēng)器投運(yùn)時，鍋爐進(jìn)風(fēng)溫度升高造成鍋爐排煙溫度升高，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性變差；當(dāng)暖風(fēng)器不投運(yùn)的時候，鍋爐進(jìn)風(fēng)溫度降低造成低溫腐蝕加劇。少數(shù)電廠在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上在暖風(fēng)器出口和疏水箱之間增設(shè)了自動疏水器，但在使用過程中還存在一些問題[1-2]。也有極少數(shù)電廠在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上在暖風(fēng)器出口設(shè)置了疏水調(diào)節(jié)門，但沒有相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)門的邏輯，因此疏水調(diào)節(jié)門只能對疏水進(jìn)行粗調(diào)節(jié)。暖風(fēng)器疏水不暢是導(dǎo)致暖風(fēng)器不能正常工作的主要原因，疏水系統(tǒng)故障不僅導(dǎo)致暖風(fēng)器冷凝水不能回收，而且使暖風(fēng)器無法投運(yùn)。文獻(xiàn)[3]中經(jīng)比較得出采用疏水側(cè)調(diào)節(jié)可使暖風(fēng)器出力調(diào)節(jié)范圍增大，提高熱能利用率。因此通過對某電廠的暖風(fēng)器系統(tǒng)進(jìn)行改造，以達(dá)到節(jié)能的目的。

1 暖風(fēng)器系統(tǒng)概況及存在的問題

某電廠暖風(fēng)器系統(tǒng)入口安裝電動閥門及手動閥門，主要用來投運(yùn)及解列暖風(fēng)器，出口未安裝疏水器，只安裝調(diào)節(jié)門及其旁路門，暖風(fēng)器系統(tǒng)見圖1。暖風(fēng)器用汽來自輔汽聯(lián)箱，蒸汽壓力為0.5～0.8 MPa，溫度大于250 ℃。蒸汽從暖風(fēng)器上部進(jìn)入，疏水從下部排出經(jīng)疏水調(diào)節(jié)門，進(jìn)入排氣裝置，整個系統(tǒng)的運(yùn)行依靠運(yùn)行人員手動調(diào)節(jié)。

圖1 暖風(fēng)器疏水系統(tǒng)

正常運(yùn)行時，運(yùn)行人員通過控制電門后的手動閥門來控制一次風(fēng)溫與二次風(fēng)溫，從而間接地調(diào)節(jié)排煙溫度。環(huán)境溫度的變化、輔汽聯(lián)箱壓力及負(fù)荷的升降都會影響排煙溫度，而手動閥門不能隨時跟蹤并調(diào)節(jié)排煙溫度，因此排煙溫度變化較大。冬季暖風(fēng)器投入以來，空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度普遍高于120 ℃，有效防止了空氣預(yù)熱器的積灰、堵灰及低溫腐蝕，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。暖風(fēng)器投入后，鍋爐排煙溫度明顯上升，投入前平均排煙溫度為92 ℃左右，投入后平均排煙溫度上升至121 ℃左右。投入暖風(fēng)器后，雖然平均排煙溫度大幅度提高，但隨著負(fù)荷及環(huán)境溫度的變化，排煙溫度也不穩(wěn)定，經(jīng)常高于130 ℃，或者低于110 ℃。因?yàn)檩o汽壓力相對固定，而暖風(fēng)器系統(tǒng)處在手動方式，很難及時調(diào)節(jié)。如果負(fù)荷增加，一二次風(fēng)量變大，蒸汽量相對變化較小，排煙溫度相對下降；如果環(huán)境溫度上升，蒸汽量相對變化較小，排煙溫度就會大幅提高，造成不必要的浪費(fèi)，也可能導(dǎo)致空氣預(yù)熱器腐蝕(規(guī)程規(guī)定排煙溫度大于110 ℃)。正常運(yùn)行時為防止疏水溫度過低，凝結(jié)水凍結(jié)，引起疏水不暢，疏水溫度一般控制在100 ℃以上，也造成了不必要的能源浪費(fèi)。

綜上所述，置于手動方式下的暖風(fēng)器運(yùn)行會導(dǎo)致排煙溫度大幅高于正常值，疏水溫度過高，降低了鍋爐熱效率，造成較大浪費(fèi)。由于該廠暖風(fēng)器系統(tǒng)出口自身安裝氣動調(diào)門，因此可以充分利用氣動調(diào)門來控制疏水溫度及疏水量，從而達(dá)到對暖風(fēng)器控制的目的[4-5]。

2 改造方案

利用暖風(fēng)器原有供汽疏水系統(tǒng)，變直接調(diào)節(jié)為間接調(diào)節(jié)，有效利用疏水調(diào)門進(jìn)行邏輯調(diào)節(jié)。對疏水調(diào)門進(jìn)行調(diào)節(jié)相當(dāng)于間接調(diào)節(jié)蒸汽流量，因?yàn)榕L(fēng)器中的壓力始終是供汽壓力，所以飽和溫度不變。它對暖風(fēng)器熱負(fù)荷的調(diào)節(jié)主要是靠暖風(fēng)器內(nèi)部水位的高低即改變傳熱面積來實(shí)現(xiàn)的。改變疏水溫度可以改變暖風(fēng)器中過熱蒸汽、飽和蒸汽與疏水的面積比，達(dá)到對煙氣溫度的控制。

該廠暖風(fēng)器入口無蒸汽調(diào)節(jié)門，疏水側(cè)有調(diào)節(jié)門，因此可以對調(diào)節(jié)門進(jìn)行邏輯設(shè)置，從而達(dá)到改造暖風(fēng)器的目的。最終的疏水到達(dá)凝汽器，如果暖風(fēng)器疏水溫度小于凝汽器溫度不僅會影響機(jī)組整體的經(jīng)濟(jì)性，還可能導(dǎo)致暖風(fēng)器結(jié)冰，造成疏水阻塞，影響暖風(fēng)器的正常運(yùn)行。所以邏輯判斷疏水溫度小于凝汽器壓力下的飽和溫度時，應(yīng)優(yōu)先打開疏水門，增加蒸汽流量。邏輯中增加暖風(fēng)器入口蒸汽(一般都為過熱蒸汽)過熱度大于5 ℃可以防止暖風(fēng)器內(nèi)部有凍結(jié)，同樣可作為疏水通暢的一個判斷，邏輯判斷見圖2。

圖2 暖風(fēng)器水側(cè)調(diào)節(jié)邏輯判斷

暖風(fēng)器垂直布置，過熱蒸汽從暖風(fēng)器上部進(jìn)入暖風(fēng)器，疏水從下部流出，整個過程中蒸汽過熱段、冷凝段及疏水過冷段分層明顯，因此發(fā)生振管的可能性不大。在暖風(fēng)器實(shí)際運(yùn)行過程中，運(yùn)行人員曾將疏水調(diào)節(jié)門關(guān)小，減少蒸汽流量，并未發(fā)生振管現(xiàn)象。因此可以判斷關(guān)小調(diào)節(jié)門對管道振動影響較小。

3 節(jié)能效果計(jì)算

暖風(fēng)器運(yùn)行時，鍋爐效率影響總量的計(jì)算公式為：

(1)

式中：Δηg為暖風(fēng)器投入時對鍋爐效率影響的總量；tr為進(jìn)入預(yù)熱器的煙氣溫度，℃；tps為暖風(fēng)器投入前的排煙溫度，℃；tk為暖風(fēng)器不投入時預(yù)熱器進(jìn)風(fēng)溫度，℃；Δtk為暖風(fēng)器投入前后預(yù)熱器進(jìn)風(fēng)的溫升值，℃；h為排煙溫度每變化1 ℃的熱損失修正值(0.54×10-3)；qf為暖風(fēng)器的單位吸熱量，kJ/kg；ηg為暖風(fēng)器未運(yùn)行時鍋爐的效率(取92.8%)[6]。

根據(jù)該廠1號、2號鍋爐現(xiàn)有運(yùn)行水平，取2009年冬季實(shí)際運(yùn)行中相關(guān)參數(shù)平均值，暖風(fēng)器正常運(yùn)行時tr平均值約為300 ℃ ，tps通常平均約為100 ℃，冬季tk取8 ℃，溫升Δtk約 20℃，qf取值1.976%[6]，代入式(1)計(jì)算得出鍋爐效率降低約0.60%。采用改造方案后排煙溫度可以下降至114 ℃，當(dāng)溫升Δtk取15 ℃時，代入式(1)計(jì)算可得鍋爐效率大約降低0.42%。綜上可知本次邏輯改造提升鍋爐效率約為0.60%-0.42%=0.18%。該廠4臺600 MW鍋爐,每臺爐滿負(fù)荷設(shè)計(jì)煤量為240 t/h,按照50%負(fù)荷計(jì)算，每天燃煤量約為240 t/h×4×24 h×50%=11 520 t，每年暖風(fēng)器至少需要投入50天，每年可以節(jié)約燃煤約11 520 t/d×50 d×0.18%=1 036 t，節(jié)能效果顯著。

4 結(jié)束語

從以上分析可以看出，通過DCS邏輯控制疏水調(diào)節(jié)門的開度，可以調(diào)節(jié)風(fēng)溫，從而達(dá)到控制排煙溫度的目的。對暖風(fēng)器疏水調(diào)節(jié)門的改造，不僅可以節(jié)約大量燃料，也可以節(jié)約輔汽用量，提高機(jī)組整體效率。由于暖風(fēng)器只在冬季投入運(yùn)行，缺乏長期運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，疏水側(cè)調(diào)節(jié)對暖風(fēng)器內(nèi)部腐蝕的影響尚不確定。而疏水溫度控制較低，暖風(fēng)器各部件溫差相對較大，疏水側(cè)調(diào)節(jié)對暖風(fēng)器產(chǎn)生的熱應(yīng)力也需要長期觀察。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅洪新，蘇盛波，趙 敏.國產(chǎn)首臺600 MW機(jī)組鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的問題及解決的措施[J].黑龍江電力，2000，22(1)：45-48.

[2] 李 雄.國電安順電廠一期機(jī)組暖疏系統(tǒng)改造[J].熱力發(fā)電，2007，36(9)：61-62，68.

[3] 趙之軍，黃志強(qiáng)，劉瑞陽，等.電站鍋爐暖風(fēng)器疏水側(cè)調(diào)節(jié)的優(yōu)越性[J].發(fā)電設(shè)備，2002，16(5)：15-17.

[4] 張 賢，張智山，劉玉波.鍋爐暖風(fēng)器熱力系統(tǒng)分析[J].發(fā)電設(shè)備，2005，19(1)：34-36.

[5] 曹 勇，李佩舉.鍋爐熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)及暖風(fēng)器的設(shè)置條件[J].吉林電力，2001，29(3)：10-13.

[6] 翟培強(qiáng).暖風(fēng)器運(yùn)行對機(jī)組效率影響的探討[J].華中電力, 2001，14(6)：8-9.