淺析冷渣器冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化

姬鋒軍 等

摘要： 火力發(fā)電廠是不可再生能源煤炭的消耗大戶，做好火力發(fā)電廠的節(jié)約能源意義深遠(yuǎn)，本文以冷渣器冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化過程為例，體現(xiàn)如何設(shè)計(jì)冷渣器冷卻水系統(tǒng)才能達(dá)到提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，節(jié)約能源的目的。

Abstract： Thermal power plant is a big consumption consumer of coal， so the economy is very important. This paper is based on the optimization of cooling water system for spent-bed cooler， proving how to increase the economy of unit in design point.

關(guān)鍵詞： 直接空冷；流化床；節(jié)能；冷渣器；計(jì)算

Key words： direct air cooling；circulation fluidized boiler；economy；spent-bed cooler；calculation

中圖分類號(hào)：TM611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）03-0289-02

1 工程簡(jiǎn)介

神華神東電力郭家灣發(fā)電機(jī)廠工程為火力發(fā)電廠、直接空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，配有上海汽輪機(jī)有限公司的NZK300-16.67/538/538型兩缸兩排汽、亞臨界一次中間再熱、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司的HG-1065/17.5型循環(huán)流化床、亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐。

2 方案選擇及比較

在本工程冷渣器冷水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中共發(fā)現(xiàn)以下幾種方案，現(xiàn)分別做一介紹并分析：

第一種：冷渣器冷卻水采用循環(huán)水，冷卻水來水接自機(jī)組循環(huán)水供水母管，冷卻水回水接至機(jī)組循環(huán)水回水母管。此方案直接將爐渣熱量利用循環(huán)水換熱帶走，通過機(jī)組的水工冷卻塔散去熱量至大氣，冷卻水系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，但由于沒有利用爐渣的熱能而是直接散熱至大氣中，所以機(jī)組的整個(gè)熱經(jīng)濟(jì)性沒有提高，而且增加了循環(huán)水的用水量，增加了循環(huán)水泵的出力，增加了廠用電，間接的降低了電廠的效率。

第二種：冷渣器冷卻水采用凝結(jié)水，冷卻水來水接自軸封加熱器出口凝結(jié)水管道，冷卻水回水接至除氧器。此方案利用了爐渣的熱量來加熱凝結(jié)水，理論上減少了汽輪機(jī)抽汽量，應(yīng)該是提高了機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，但實(shí)際經(jīng)過冷渣器加熱之后的冷卻水溫度一般都在100℃左右，距離正常的5＃低壓加熱器出口的凝結(jié)水水溫154.8℃還比較大，也即需要增加除氧器加熱蒸汽的抽汽量來加熱低溫的冷渣器冷卻水，使之達(dá)到除氧器設(shè)計(jì)壓力下的飽和水。與沒有利用爐渣熱能的方案比較，反而熱經(jīng)濟(jì)性降低了，因?yàn)檎５哪Y(jié)水需經(jīng)過7、6、5＃低壓加熱器，利用較低品位的抽汽加熱，此方案反而增加了高品位的蒸汽，阻止了低品位的蒸汽的消耗，得不償失。

第三種：冷渣器冷卻水采用凝結(jié)水，冷卻水來水接自軸封加熱器出口閘閥后、除氧器水位調(diào)節(jié)閥組前的凝結(jié)水管道，冷卻水回水接至7＃低壓加熱器出口電動(dòng)閘閥后、6＃低壓加熱器入口電動(dòng)閘閥前的凝結(jié)水管道。此方案為本工程采用方案，其優(yōu)點(diǎn)如下：利用了爐渣的熱量加熱了凝結(jié)水，經(jīng)過冷渣器加熱后的冷卻水溫度與另一路經(jīng)過7＃低壓加熱器加熱之后的凝結(jié)水溫度接近，匯流到一起很合適，且與沒有利用爐渣熱量加熱而僅用7＃低壓加熱器加熱凝結(jié)水的普通低壓加熱器回?zé)嵯到y(tǒng)相比，對(duì)6、5＃低壓加熱器回?zé)嵯到y(tǒng)基本沒有影響，而且真正減少了正常凝結(jié)水經(jīng)過7＃低壓加熱器所需的加熱蒸汽流量，提高了機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性，值得提倡。

3 本工程方案的具體設(shè)置

本工程冷渣器采用青島松靈電力環(huán)保設(shè)備有限公司的LGT-25型冷渣器，出力25t/h，進(jìn)出渣溫950/150℃，電機(jī)功率30kW，電壓380V AC，冷卻風(fēng)量3600m3/h，每臺(tái)鍋爐共設(shè)置6臺(tái)冷渣器。

冷渣器入口冷卻水母管采用？準(zhǔn)273×7，從汽機(jī)房A列側(cè)穿過汽機(jī)房、BC除氧煤倉(cāng)間至鍋爐房，在爐前分為兩個(gè)？準(zhǔn)194×5的管道分別引至爐左和爐右，然后再各自分為三個(gè)？準(zhǔn)133×4的支管通過金屬軟管與冷渣器冷卻水入口相接，在各支管上設(shè)有閘閥，起隔離作用。

冷渣器出口冷卻水管道采用與其入口相同的管道管徑和布置走向。各出口冷卻水支管閥門設(shè)置如下：在各支管上設(shè)有一個(gè)流量測(cè)量裝置，可根據(jù)爐渣進(jìn)出冷渣器的溫度相應(yīng)調(diào)節(jié)各支管的冷卻水流量，設(shè)有一個(gè)閘閥，起隔離作用，設(shè)有一個(gè)止回閥，防止系統(tǒng)運(yùn)行中某一支路冷渣器需要檢修或根據(jù)鍋爐負(fù)荷變化需停運(yùn)某一支管時(shí)高壓水倒流，造成危險(xiǎn)。在出口冷卻水總管上設(shè)有一組調(diào)節(jié)閥組和一路放水管道。調(diào)節(jié)閥組用來調(diào)節(jié)閥冷渣器冷卻水管系的阻力，使之與并聯(lián)運(yùn)行的經(jīng)過除氧器調(diào)節(jié)閥組和7＃低壓加熱器的凝結(jié)水管系阻力互相匹配，具體論證見下面的計(jì)算及說明。放水管道是在啟動(dòng)或由于冷渣器泄露造成水質(zhì)不合格時(shí)候及時(shí)排掉，不影響凝結(jié)水水質(zhì)。（圖1）

4 計(jì)算過程

4.1 已知條件 本工程汽輪機(jī)VWO工況下：凝結(jié)水流量為830t/h，凝結(jié)水泵的出口壓力為2.93MPa，除氧器工作壓力為0.8823MPa，夏季工況下軸封加熱器出口的凝結(jié)水溫度為71.6℃。鍋爐在TMCR工況下：根據(jù)設(shè)計(jì)煤種及粒度計(jì)算的渣量為67.3t/h，冷渣器所需總冷卻水量為336t/h，在夏季工況時(shí)冷渣器冷卻水回水溫度為107.2℃。

除氧器入口凝結(jié)水管道標(biāo)高為21.2m，冷渣器中心標(biāo)高為3.1m。

4.2 阻力計(jì)算 以下管道阻力計(jì)算根據(jù)本工程凝結(jié)水管道和冷渣器冷卻水管道的實(shí)際布置，熱力參數(shù)選取依據(jù)汽輪機(jī)VWO工況熱平衡圖，冷渣器冷卻水管段阻力計(jì)算選取夏季工況，閥門設(shè)置依據(jù)凝結(jié)水系統(tǒng)流程圖。

4.2.1 凝結(jié)水泵出口至軸加出口閘閥出口管段阻力計(jì)算：

此段布置為：此段管道采用？準(zhǔn)377×10，凝結(jié)水泵出口側(cè)設(shè)有一個(gè)止回閥和一個(gè)電動(dòng)閘閥，兩路凝結(jié)水泵出口凝結(jié)水管道匯合后經(jīng)過化學(xué)凝結(jié)水精處理裝置，再經(jīng)過軸封加熱器進(jìn)出口閘閥。

此段阻力為：1個(gè)止回閥和3個(gè)閘閥+管道阻力合計(jì)0.0270MPa，凝結(jié)水精處理裝置阻力取0.35MPa，軸封加熱器阻力取0.03MPa。小計(jì)0.4070MPa。

4.2.2 6＃低壓加熱器進(jìn)口閘閥進(jìn)口至除氧器管段阻力計(jì)算：

此段布置為：管道采用？準(zhǔn)325×8，先經(jīng)過6＃低壓加熱器進(jìn)出口兩個(gè)電動(dòng)閘閥，再經(jīng)過5＃低壓加熱器進(jìn)出口兩個(gè)電動(dòng)閘閥，然后經(jīng)過一個(gè)流量測(cè)量裝置，最后經(jīng)過一個(gè)止回閥進(jìn)入除氧器。

此段阻力為：1個(gè)止回閥和4個(gè)閘閥+管道阻力合計(jì)0.080MPa，6＃、5＃低壓加熱器阻力各取0.1MPa，除氧器噴嘴阻力取0.058MPa，1個(gè)流量測(cè)量裝置阻力取0.05MPa。小計(jì)0.3880MPa。

4.2.3 冷渣器冷卻水管段阻力計(jì)算：

此段布置詳見前面的方案介紹。

此段阻力為：1個(gè)止回閥、4個(gè)閘閥和1個(gè)調(diào)節(jié)閥+管道阻力合計(jì)0.0809MPa，1個(gè)流量測(cè)量裝置阻力取0.05MPa，冷渣器阻力（廠家提供）0.05MPa。小計(jì)0.1809MPa。

4.2.4 除氧器水位調(diào)節(jié)閥組至7＃低壓加熱器出口電動(dòng)閘閥出口管段阻力計(jì)算：

此段布置為：管道由？準(zhǔn)377×10變?yōu)椋繙?zhǔn)273×7，因水量?jī)H有494t/h，經(jīng)過兩個(gè)閘閥和一個(gè)調(diào)節(jié)閥組，最后經(jīng)過7＃低壓加熱器進(jìn)出口電動(dòng)閘閥。

此段阻力為：4個(gè)閘閥和1個(gè)調(diào)節(jié)閥+管道阻力合計(jì)0.1838MPa，7＃低壓加熱器阻力取0.1MPa。小計(jì)0.2838MPa。

4.2.5 7＃低壓加熱器出口電動(dòng)閘閥出至6＃低壓加熱器進(jìn)口閘閥進(jìn)口管段阻力計(jì)算：

此段布置為：管道采用？準(zhǔn)325×8。

此段阻力為：管道阻力合計(jì)0.0284MPa。

5 分析過程

軸封加熱器出口閘閥后凝結(jié)水壓力為2.93－1.15×0.4070＝2.46MPa，其中2.93為泵的工作揚(yáng)程。

6＃低壓加熱器進(jìn)口電動(dòng)閘閥前至除氧器所需計(jì)算壓力為1.15×0.3880＋1.15×0.8823＋1×10-6×9.81×（21.2－3.1）/0.001013=1.64MPa，其中0.8823為除氧器的工作壓力，21.2m為除氧器凝結(jié)水入口管道標(biāo)高，3.1m為假定排汽裝置的最高熱井高度。

則軸封加熱器出口閘閥后至6＃低壓加熱器入口閘閥前段管系的允許壓降為2.46－1.64－0.0284＝0.79MPa。

實(shí)際冷渣器冷卻水管系壓降為：

1.15×0.1809＝0.208MPa

實(shí)際除氧器水位調(diào)節(jié)閥組至7＃低壓加熱器出口電動(dòng)閘閥出口管段壓力降為：

1.15×0.2838＝0.326MPa

從以上計(jì)算結(jié)果表明，無論是冷渣器冷卻水管系還是與之并聯(lián)運(yùn)行的凝結(jié)水經(jīng)過7＃低壓加熱器管系的壓力降均在系統(tǒng)允許壓力降的范圍內(nèi)，也即不需要設(shè)置冷渣器冷卻水泵來克服冷渣器冷卻水管系阻力，凝結(jié)水泵自身的正常壓力已經(jīng)滿足要求。

同時(shí)，由于冷渣器冷卻水管系的壓力降小于與之并聯(lián)運(yùn)行的凝結(jié)水經(jīng)過7＃低壓加熱器管系的壓力降，所以在冷渣器冷卻水回水母管上設(shè)有一調(diào)節(jié)閥組，其作用有兩個(gè)，一是根據(jù)并聯(lián)運(yùn)行的兩個(gè)管系的壓力不同調(diào)節(jié)，使之相互匹配；二是由于除氧器水位調(diào)節(jié)設(shè)置在？準(zhǔn)273×7的管道上，比常規(guī)的？準(zhǔn)325×8管道小，在調(diào)節(jié)上可能有不足，可以兩個(gè)一起調(diào)節(jié)來維持除氧器的正常水位。

6 結(jié)論

總之，冷渣器冷卻水采用凝結(jié)水，來水接自軸封加熱器出口，回水接至7＃低壓加熱器閘閥出口與6＃低壓加熱器進(jìn)口閘閥之間的方案，不僅對(duì)爐渣起到了降溫作用，而且減少了供7＃低壓加熱器的汽輪機(jī)抽汽量，提高了機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，且計(jì)算和運(yùn)行調(diào)節(jié)均滿足要求，值得提倡。

參考文獻(xiàn)：

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