一次風(fēng)機(jī)暖風(fēng)器利用鍋爐排煙余熱的經(jīng)濟(jì)性分析

蔡天水，李春曦

(華北電力大學(xué) 能源動力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 0 71003)

一次風(fēng)機(jī)暖風(fēng)器利用鍋爐排煙余熱的經(jīng)濟(jì)性分析

蔡天水，李春曦

(華北電力大學(xué) 能源動力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 0 71003)

有效利用排煙余熱是提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的措施之一。以某亞臨界300 MW燃煤機(jī)組鍋爐為研究對象，采用等效焓降理論，定量分析了一次風(fēng)機(jī)暖風(fēng)器利用鍋爐排煙余熱技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。研究表明:優(yōu)化的低壓省煤器－暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果良好;在機(jī)組額定負(fù)荷下，鍋爐尾部煙溫可下降約20℃，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降約1.2 g/kW·h，實(shí)際年收益可達(dá)52萬元;隨機(jī)組負(fù)荷的降低，經(jīng)濟(jì)性效果更加顯著。

燃煤鍋爐;排煙余熱;低壓省煤器;一次風(fēng)機(jī);暖風(fēng)器;經(jīng)濟(jì)性

0 引言

燃煤鍋爐的排煙熱損失是各項(xiàng)熱損失中的最大項(xiàng)，其直接地反映體現(xiàn)為排煙溫度的升高。一般情況下，排煙溫度每上升10℃，排煙熱損失約增加0.5% ～0.8%［1］?？梢?，排煙溫度升高會嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在工程實(shí)際中，部分燃煤電站因設(shè)備狀態(tài)不佳、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理、運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)，使得排煙溫度的實(shí)際值往往比設(shè)計(jì)值要高出20℃左右［2，3］。因此，有必要通過技術(shù)改造達(dá)到降低排煙溫度、減小排煙熱損失、提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的目的。

為防止因環(huán)境溫度低造成冷端壁溫低于煙氣酸露點(diǎn)，引起空預(yù)器低溫腐蝕，一般在空預(yù)器之前設(shè)置暖風(fēng)器［4，5］。暖風(fēng)器利用輔汽系統(tǒng)來汽 (即汽輪機(jī)中壓缸第四段抽汽)加熱風(fēng)機(jī)入口的空氣，就其本質(zhì)是一種回?zé)徇^程。抽汽使空氣帶熱進(jìn)入鍋爐，熱量在爐膛中被工質(zhì)利用，減小了抽汽的冷源損失，使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性相應(yīng)提高，但帶熱空氣的同時(shí)導(dǎo)致了爐膛的進(jìn)風(fēng)溫度上升、排煙溫度升高、排煙熱損失加大。因此，有必要從解決空預(yù)器低溫腐蝕與提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性這兩方面對暖風(fēng)器開展深入研究。

低壓省煤器－暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)預(yù)熱空氣的技改方案［6］尚需改進(jìn)，且其經(jīng)濟(jì)性收益也有待分析。本文優(yōu)化低壓省煤器－暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)，并采用等效焓降理論計(jì)算其帶來的經(jīng)濟(jì)性效果，以此，為同類機(jī)組的改造提供參考。

1 優(yōu)化的低壓省煤器-暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)

圖1 原方案

已有的技改方案如圖1所示，在尾部煙道的空預(yù)器出口至脫硫塔入口段布置氣-水換熱器 (低壓省煤器)，拆除一次風(fēng)機(jī)入口氣-汽式暖風(fēng)器及其進(jìn)汽和疏水系統(tǒng)，加裝氣-水式暖風(fēng)器，增設(shè)膨脹水箱和循環(huán)泵，連接以上設(shè)備構(gòu)成低壓省煤器-暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)。系統(tǒng)采用化學(xué)除鹽水做循環(huán)工質(zhì)，以免管路積鹽結(jié)垢，影響換熱效果。水被低壓省煤器加熱后送至暖風(fēng)器中向空氣放熱，冷卻的水再經(jīng)循環(huán)泵重新回到低壓省煤器吸熱，如此往復(fù)循環(huán)。低壓省煤器設(shè)有運(yùn)行旁路，可通過旁路閥來調(diào)節(jié)系統(tǒng)換熱量。加裝的膨脹水箱可為工質(zhì)的受熱膨脹提供空間裕度。

在該方案中，鍋爐尚未點(diǎn)火或尾部煙溫很低時(shí)，低壓省煤器-暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)將無熱源供給，暖風(fēng)器處于無法工作狀態(tài)，若環(huán)境溫度低于煙氣酸露點(diǎn)，空預(yù)器便會產(chǎn)生低溫腐蝕現(xiàn)象。此外，從實(shí)際運(yùn)行角度來看，循環(huán)回路中的工質(zhì)難免存在損耗，將膨脹水箱設(shè)置到循環(huán)回路以外，系統(tǒng)采用完全封閉的循環(huán)方式是不確切的，一旦工質(zhì)流失，系統(tǒng)的換熱效果將受到影響，嚴(yán)重時(shí)，暖風(fēng)器對空氣預(yù)熱不足，會使空預(yù)器發(fā)生低溫腐蝕的可能性增加。

針對上述兩點(diǎn)做以下優(yōu)化:

(1)考慮到鍋爐冷態(tài)啟動時(shí)，低壓省煤器-暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)不具備投運(yùn)條件，應(yīng)采用汽－氣式暖風(fēng)器投入運(yùn)行，故保留原暖風(fēng)器及其進(jìn)汽和疏水管路做為備用。以防點(diǎn)爐初期，空預(yù)器低溫腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。

(2)為使循環(huán)工質(zhì)充足，系統(tǒng)的換熱效果得到保證，將膨脹水箱移至循環(huán)回路內(nèi)，既可為工質(zhì)的受熱膨脹提供空間，又可通過它為系統(tǒng)工質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)充。

改進(jìn)的技改方案如圖2所示。

2 經(jīng)濟(jì)性效果分析

假定技術(shù)改造前后，同一負(fù)荷下，除四抽流量減少外，熱力系統(tǒng)內(nèi)其余各蒸汽參數(shù)不變;計(jì)算時(shí)不考慮管道、閥門等設(shè)備的壓損及散熱損失。

技改后，排擠的抽汽返至汽輪機(jī)中對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響，根據(jù)等效焓降理論，可視為帶熱量的蒸汽進(jìn)入系統(tǒng)使汽輪機(jī)做功增加，表現(xiàn)為在相同負(fù)荷下，機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降。機(jī)組循環(huán)吸熱量為:

圖2 改進(jìn)方案

式中:h0為主蒸汽焓;αzr為對應(yīng)于1 kg主蒸汽，再熱蒸汽的份額;σ為1 kg再熱蒸汽在再熱器中的吸熱量;hgs為省煤器入口主給水焓。

主蒸汽等效焓降為:

式中:ηi為機(jī)組絕對熱效率。

排擠的抽汽返至汽輪機(jī)中，使主蒸汽做功增加，其增量為:

式中:αf為對應(yīng)于1 kg主蒸汽，暖風(fēng)器加熱蒸汽進(jìn)汽的份額;hf為四抽蒸汽焓;hn為汽輪機(jī)排汽焓。

汽輪發(fā)電組裝置效率的相對變化值為:

相應(yīng)地，機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗減少為:

式中:bs為對應(yīng)工況下機(jī)組的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗。

對某亞臨界300 MW機(jī)組的100%，75%，50%負(fù)荷工況，技改后的經(jīng)濟(jì)性收益進(jìn)行計(jì)算。機(jī)組在3個(gè)典型負(fù)荷工況下的各性能參數(shù)如表1所示，采用等效焓降理論所得經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)結(jié)果如表2所示。

表1 某300 MW機(jī)組主要參數(shù)

由表1可知:相同負(fù)荷下，技改后的鍋爐尾部煙溫下降約20℃;不同負(fù)荷下，尾部煙溫下降的程度基本持平。技改后的排煙溫度仍可維持在120℃附近，不會造成空預(yù)器低溫腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生［7］;而且進(jìn)入脫硫塔的煙氣溫度仍高于脫硫絕熱平衡溫度，不影響脫硫系統(tǒng)的正常運(yùn)行［8］。綜上說明:優(yōu)化后的低壓省煤器-暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果較為理想。

考慮到低壓省煤器-暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)投運(yùn)期間，循環(huán)泵的配套電機(jī)消耗了廠用電，若電機(jī)功率按130 kW計(jì)算，則循環(huán)泵所耗電功折合成標(biāo)準(zhǔn)煤耗為:

式中:Ng為對應(yīng)工況下機(jī)組功率，kW。

由 (6)式可得低壓省煤器-暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)運(yùn)行期間，實(shí)際煤耗下降值見表2。

表2 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

表2表明:技術(shù)改造后，在額定工況下，機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降約1.2 g/(kW·h)，技改實(shí)際收益約209元/h，若每年系統(tǒng)投運(yùn)期為4個(gè)月(2 880 h)，去除可能的停運(yùn)檢修時(shí)間，總利用小時(shí)數(shù)按2 500 h/a計(jì)算，收益可達(dá)到52.2萬元/a?？梢姡诘蛪菏∶浩?暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)投運(yùn)期，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性上升明顯;且隨負(fù)荷的降低，機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗進(jìn)一步下降，經(jīng)濟(jì)效益巨大。

3 結(jié)論

(1)通過分析，對一次風(fēng)機(jī)暖風(fēng)器利用鍋爐排煙余熱技術(shù)方案進(jìn)行了兩點(diǎn)改進(jìn):保留原暖風(fēng)器及其附屬系統(tǒng)和將膨脹水箱加裝在循環(huán)回路內(nèi)。數(shù)據(jù)顯示，優(yōu)化后的低壓省煤器-暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)的運(yùn)行效果良好，鍋爐尾部排煙溫度可降低20℃。

(2)以某亞臨界300 MW燃煤機(jī)組為例，優(yōu)化后的低壓省煤器-暖風(fēng)器聯(lián)合換熱系統(tǒng)在機(jī)組額定工況下，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降約1.2 g/(kW·h)，實(shí)際收益約達(dá)209元/h，若每年投運(yùn)期按2 500 h計(jì)算，收益可達(dá)到52萬元，經(jīng)濟(jì)性收益十分顯著;隨機(jī)組負(fù)荷的下降，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降幅度將更大，經(jīng)濟(jì)收益將更高。

［1］西安熱工研究院．發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗技術(shù)［M］．北京:中國電力出版社，2010．

［2］閻維平，董靜蘭．超臨界機(jī)組鍋爐運(yùn)行排煙溫度偏高原因探討 ［J］．熱力發(fā)電，2012，39(8):33-37．

［3］杜艷玲，李斌，李露，等．220MW機(jī)組增設(shè)低壓省煤器的經(jīng)濟(jì)性分析 ［J］．電力科學(xué)與工程，2012，28(10):53-56．

［4］徐剛，許誠，楊勇平，等．電站鍋爐余熱深度利用及尾部受熱面綜合優(yōu)化 ［J］．中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33(14):1-8．

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［7］周超，彭曉軍，牛利權(quán)．北方電廠應(yīng)用暖風(fēng)器控制空預(yù)器低溫腐蝕的分析與研究 ［J］．華北電力技術(shù)，2012，(1):46-50．

［8］石巖，梁秀進(jìn)．300 MW等級機(jī)組加裝低壓省煤器系統(tǒng)節(jié)能分析 ［J］．華電技術(shù)，2012，34(8):73-76．

Economic Analysis on Exhaust Heat of Boiler Recovered by Air Heaters of Primary Fans

Cai Tianshui，Li Chunxi
(School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China)

Effective utilization of exhaust heat is one of the measures improving operating economy．For a sub-critical 300 MW unit，the equivalent enthalpy drop method is used to investigate the economy of recovering exhaust heat of boiler to the air heaters of primary fans．The results show that the operating performance is remarkable for the optimized exchanger system including low pressure economizer and air heater．In addition，under the rated load，the exhaust gas temperature is reduced by 20℃，the consumption of standard coal is decreased by 1．2 g/(kW·h)，and the actual annual revenue is about 520,000 yuan．And the economic benefit is more significant under the low load condition．

coal-fired boiler;exhaust heat;low pressure economizer;primary fan;air heater;economy

TK115

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2014.04.013

2013－08－19。

河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 (E2012502016)。

蔡天水 (1985-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)榛痣姀S熱力系統(tǒng)節(jié)能與優(yōu)化，E-mail:caitianshui2008@126．com。

book=60,ebook=415