低壓省煤器節(jié)能理論及其在火電廠的應(yīng)用
2013-08-23 09:31:20張新波
張新波
【摘 要】在電廠的熱系統(tǒng)內(nèi)增設(shè)低壓省煤器是降低發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的有效措施。論述了火電廠低壓省煤器系統(tǒng)的節(jié)能原理、節(jié)能量計(jì)算和應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】電廠節(jié)能；低壓省煤器；排煙溫度
0.前言
目前，國內(nèi)一些火力發(fā)電廠鍋爐排煙溫度偏高，造成鍋爐運(yùn)行效率降低，機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)煤耗增加。
排煙損失是鍋爐運(yùn)行中最重要的一項(xiàng)熱損失，一般約為5%—12%，占鍋爐熱損失的60%—70%，影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度，一般情況下，排煙溫度每增加10℃，排煙熱損失增加0.6%—1%，相應(yīng)多耗煤1.2%—2.4%。若以燃用熱值2000KJ/KG煤的420t/h高壓鍋爐為例，則每年多消耗近萬噸動力煤。我國火力發(fā)電廠的很多鍋爐排煙溫度都超過設(shè)計(jì)值，約比設(shè)計(jì)值高20—50℃。所以，降低排煙溫度對于節(jié)約燃料和降低污染具有重要的實(shí)際意義。
實(shí)踐中以降低排煙溫度為目的的鍋爐技術(shù)改造較多。但由于大多數(shù)電廠尾部煙道空間太小，防磨、防腐要求較高，引風(fēng)機(jī)的壓頭裕量不大等實(shí)際情況。為了降低排煙溫度，減少排煙損失，提高電廠的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，可考慮在煙道上加裝低壓省煤器。
1.應(yīng)用實(shí)例
某發(fā)電廠兩臺容量100MW發(fā)電機(jī)組所配鍋爐是東方鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的DG420/9.8—Ⅱ2型燃煤鍋爐。由于低氮燃燒和尾部受熱面脫硝改造后鍋爐排煙溫度升高，超過鍋爐原設(shè)計(jì)值40℃，排煙溫度高達(dá)170℃，為了降低排煙溫度，提高機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，在尾部加裝了低壓省煤器。低壓省煤器系統(tǒng)布置圖如下：
低壓省煤器與汽輪機(jī)低壓回?zé)嵯到y(tǒng)成并聯(lián)布置， 其進(jìn)水取自汽輪機(jī)的低壓回?zé)嵯到y(tǒng)， 低壓省煤器的進(jìn)水流量、進(jìn)水溫度均可在運(yùn)行中調(diào)節(jié)。進(jìn)入低壓省煤器的凝結(jié)水吸收鍋爐排煙熱量后， 在末級低壓加熱器出口與主凝結(jié)水匯合。這種熱力系統(tǒng)， 低壓省煤器的給水跨過若干級加熱器， 利用級間壓降克服低壓省煤器本體及連接管路的流阻， 不必增設(shè)水泵， 提高了運(yùn)行可靠性， 同時也自然地實(shí)現(xiàn)了排煙余熱的梯級利用。
2.低壓省煤器節(jié)能理論及計(jì)算
一般認(rèn)為，把煙氣余熱輸入回?zé)嵯到y(tǒng)中會排擠部分抽汽，導(dǎo)致熱力循環(huán)效率降低；并且，排擠的部分抽汽會增加凝汽器的排汽使汽輪機(jī)真空有所降低。這兩點(diǎn)對于低壓省煤器節(jié)能的疑問必須加以澄清。理論上，增設(shè)低壓省煤器后，大量煙氣余熱進(jìn)入回?zé)嵯到y(tǒng)，這是在沒有增加鍋爐燃料量的前提下，獲得的額外熱量，它以一定的效率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽?。這個新增功量要遠(yuǎn)大于排擠抽汽和汽機(jī)真空微降所引起的功量損失，所以機(jī)組經(jīng)濟(jì)性無例外都是提高的。
采用等效熱降法進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性分析。將低壓省煤器回收的排煙余熱作為純熱量輸入系統(tǒng)，而鍋爐產(chǎn)生1kg新汽的能耗不變。在這個前提下，熱系統(tǒng)所有排擠抽汽所增發(fā)的功率，都將使汽輪機(jī)的效率提高。
相應(yīng)1kg汽輪機(jī)新汽，其全部做功量稱新汽等效焓降（記為H），所有排擠抽汽所增發(fā)的功量（記為ΔH）稱等效焓降增量，計(jì)算如下：
H=3600/（ηjd×d） （kJ/kg）
ΔH=β[（hd2-h4）η5+∑（τj·ηj）] （kJ/kg）
式中 d—機(jī)組汽耗率，kg/kwh；
ηjd—汽輪機(jī)機(jī)電效率；
β—低省流量系數(shù)；
hd2—低壓省煤器出水比焓，kJ/kg；
h4—除氧器進(jìn)水比焓，kJ/kg；z
τj—所繞過的各低加工質(zhì)焓升，kJ/kg；
ηj—所繞過的各低加抽汽效率。
熱耗率降低δq按下式計(jì)算：
δq=ΔH·q/（H+ΔH） （kJ/kwh）
式中 q—機(jī)組熱耗率，kJ/kwh；
發(fā)電標(biāo)煤耗節(jié)省量δbs按下式計(jì)算：
δbs=δq/（ηp·ηb·29300） （kg/kwh）
式中ηp、ηb——鍋爐效率、管道效率；
以已投運(yùn)的某200MW火電機(jī)組低壓省煤器系統(tǒng)為例進(jìn)行節(jié)能量計(jì)算，結(jié)果列于表1。由表1可見，低壓省煤器降低排煙溫度33℃，可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤3.29g/kwh。
表1 低壓省煤器主要指標(biāo)計(jì)算結(jié)果（某200MW火電機(jī)組）
3.低壓省煤器的優(yōu)點(diǎn)
與傳統(tǒng)的鍋爐高壓省煤器改造相比，低壓省煤器在電廠節(jié)能減排方面有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)：
（1）可以實(shí)現(xiàn)排煙溫度的大幅度降低。按照電廠的不同需求，可降低排煙溫度30℃～35℃，甚至更多。而改造高壓省煤器，則根本無法做到這一點(diǎn)。這個優(yōu)點(diǎn)對于需上脫硫系統(tǒng)的鍋爐（排煙溫度有最高限制），是十分珍貴的。
（2）對于鍋爐燃燒和傳熱不會產(chǎn)生任何不利影響。由于低壓省煤器布置于鍋爐的最后一級受熱面（下級空預(yù)器）的后面，因此它的傳熱行為對于鍋爐的一切受熱面的傳熱均不發(fā)生影響。因此既不會降低入爐熱風(fēng)溫度而影響鍋爐燃燒，也不會使空氣預(yù)熱器的傳熱量減少，從而反彈排煙溫度的降低效果。
（3）具有獨(dú)特的煤種和季節(jié)適應(yīng)性。鍋爐的低壓省煤器出口煙溫可以根據(jù)不同季節(jié)和煤質(zhì)（主要是含硫量）進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和防腐蝕的綜合要求。這也是高壓省煤器改造所不具備的。
（4）有利于布袋除塵器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。布袋除塵器對于煙氣溫度的控制有嚴(yán)格要求，嚴(yán)禁超溫運(yùn)行，加裝低壓省煤器后可以很方便的控制進(jìn)入布袋除塵器的煙氣溫度。
（5）采用低壓省煤器系統(tǒng)，可以充分利用鍋爐本體以外的場地空間布置受熱面，因而空間寬綽、便于檢修。
【參考文獻(xiàn)】
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[2]鄭體寬.熱力發(fā)電廠[M].北京：中國電力出版社，2001.
