某電廠加裝LPES低壓省煤器的經(jīng)濟性分析

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(1.河南省節(jié)能監(jiān)察局，河南 鄭州 450008；2.鄭州市鄭東新區(qū)熱電有限公司，河南 鄭州 454164；3.三門峽市新天節(jié)能服務(wù)有限公司，河南 三門峽 472000；4.靈寶興華化工有限責(zé)任公司，河南 靈寶 472500)

某電廠加裝LPES低壓省煤器的經(jīng)濟性分析

邵珺1，任永勝2，楊小波3，伍革衛(wèi)4

(1.河南省節(jié)能監(jiān)察局，河南 鄭州 450008；2.鄭州市鄭東新區(qū)熱電有限公司，河南 鄭州 454164；3.三門峽市新天節(jié)能服務(wù)有限公司，河南 三門峽 472000；4.靈寶興華化工有限責(zé)任公司，河南 靈寶 472500)

為了降低某電廠鍋爐尾部煙道溫度，減少排煙損失，提高鍋爐效率從而達到節(jié)能的目的，通過在鍋爐尾部煙道加裝LPES低壓省煤器，利用煙氣余熱加熱凝結(jié)水這一措施來論證加裝該設(shè)備后的經(jīng)濟性。實踐結(jié)果表明，通過對低壓省煤器系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型、模型計算、實際測算并與其它電廠LPES低壓省煤器相比較，得出加裝低壓省煤器對降低鍋爐排煙溫度，加熱凝結(jié)水具有明顯的效果。加裝LPES低壓省煤器后，鍋爐排煙熱損失下降明顯，整個熱力系統(tǒng)節(jié)能效果顯著。

低壓省煤器;煙氣余熱;模型;排煙損失;節(jié)能效果

0 引言

“十二五”期間煤炭在能源生產(chǎn)和消費總量中的比重大約為75%，仍然占據(jù)著主導(dǎo)地位[1]，而電力企業(yè)作為煤炭的直接消耗者，如何在轉(zhuǎn)供能源的同時有效降低成本、節(jié)約能源，已經(jīng)成為各發(fā)電企業(yè)生存的根本。在電廠中，鍋爐排煙溫度高的問題一直是個難題，因為鍋爐排煙熱損失[12]是鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般約為5%～12%，占鍋爐熱損失的60%～70%[2]。而影響排煙熱損失的主要因素就是排煙溫度。降低鍋爐的排煙溫度可以從尾部煙道，也就是鍋爐的尾部受熱面方面來考慮。省煤器與空氣預(yù)熱器布置在鍋爐煙道的最后，進入這兩種受熱面的煙氣溫度也最低，所以統(tǒng)稱它們?yōu)槲膊渴軣崦婊虻蜏厥軣崦鎇11-12]?，F(xiàn)如今降低鍋爐的排煙溫度主要方法就是在尾部煙道增加新的受熱面(加裝低壓省煤器)，降低排煙熱損失。在我國，低壓省煤器的研究和應(yīng)用越來越受重視，研究已經(jīng)發(fā)展到了優(yōu)化設(shè)計階段，最早研究低壓省煤器的人員為西安交通大學(xué)的林萬超教授[10]，隨后長春工程學(xué)院的季鵬偉和山東大學(xué)的黃新元教授又對低壓省煤器的優(yōu)化設(shè)計和運作進行了深入研究，逐漸為低壓省煤器技術(shù)推廣排除了障礙。本文通過對某電廠鍋爐尾部煙道加裝低壓省煤器(LPES)的經(jīng)濟性進行論證，建立低壓省煤器系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型、模型計算、實際測算，在減少排煙損失、加熱凝結(jié)水，加強鍋爐余熱利用等方面進行技術(shù)應(yīng)用并加以實施，同時與其它電廠LPES低壓省煤器經(jīng)濟性進行比較，得出加裝該裝置具有明顯的節(jié)能效果，為發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗工作提供參考。

1 數(shù)學(xué)模型

1.1 現(xiàn)有電廠鍋爐型號及存在問題

該電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的超高壓參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐，采用自然循環(huán)汽包爐，單爐膛一次再熱、平衡通風(fēng)、半露天島式布置、全鍋爐鋼架、固態(tài)排渣，鍋爐型號為HG-440/13.7-L.YM5，該鍋爐在運行期間，主要經(jīng)濟技術(shù)指標基本能達到設(shè)計運行要求。但是，隨著運行時間增加，鍋爐尾部排煙溫度比設(shè)計溫度高出20℃，為了有效降低煙氣排煙溫度，降低生產(chǎn)能耗指標，遂加裝了LPES低壓省煤器，在降低排煙溫度的同時預(yù)測安裝LPES系統(tǒng)的節(jié)能效果。

1.2 低溫省煤器的布置方式

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的布置情況，經(jīng)過論證尋找有效的布置方式。最終方案如下：在機側(cè)軸封加熱器出口引出一部分凝結(jié)水，經(jīng)增壓泵升壓后，進入鍋爐尾部煙道LPES低壓省煤器吸收熱量，回水進入6#低壓加熱器前的凝結(jié)水中。本次LPES系統(tǒng)改造中，在原有省煤器后又增加相同結(jié)構(gòu)的受熱面，兩個系統(tǒng)相互獨立，預(yù)防新加裝LPES低壓省煤器磨損泄漏后能夠得到有效隔離。

1.3 建立模型[2]

1.3.1 對熱力系統(tǒng)經(jīng)濟性正向影響

通過加裝低壓省煤器加熱凝結(jié)水，使得原本排煙損失的熱量能夠被新加裝熱力系統(tǒng)利用，對凝結(jié)水系統(tǒng)工況是有益的，同時提高鍋爐給水溫度；再者，回?zé)岢槠軌蛟谄啓C中做功，轉(zhuǎn)化為電能,提高汽輪機的經(jīng)濟性。

1.3.2 對熱力系統(tǒng)經(jīng)濟性負向影響

(1)系統(tǒng)中新加裝增壓泵，消耗一部分電能；

(2)尾部煙道增加受熱面后，沿程阻力增加，造成引風(fēng)機電耗增加。

1.4 數(shù)據(jù)采集與修正

1.4.1 數(shù)據(jù)采集

在系統(tǒng)改造前，進行相關(guān)數(shù)據(jù)采集。主要對加裝LPES低壓省煤器前的參數(shù)記錄、整理，防止加裝后引風(fēng)機電流等數(shù)據(jù)無法采集。

1.4.2 數(shù)據(jù)修正[3]

(1)修正了計算被排擠蒸汽做功時，在熱耗值已經(jīng)考慮到汽輪機效率的情況下，又重復(fù)代入缸效，造成結(jié)果偏低的誤差;

(2)修正了將低壓省煤器的管排空隙處空間也帶入低壓省煤器的實際體積中，增大了尾部煙道阻力這一誤差;

(3)修正了在汽輪機排汽沒有干度在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的情況下，直接查表求焓值造成排汽焓過大的誤差。

2 理論計算

2.1 排擠回?zé)嵴羝龉?/p>

在新系統(tǒng)試運過程中，通過采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并由實際運行數(shù)據(jù)求平均值，如表1。

表1

名稱參數(shù)1參數(shù)2低壓省煤器進口參數(shù)p1=1．25MPaT1=41℃低壓省煤器出口參數(shù)p2=1．58MPaT2=72℃6#抽汽參數(shù)pj6=-0．01MPaTj6=107℃排汽參數(shù)Tp=42℃

由p1、T1查水的熱力性質(zhì)圖得：h1≈168.5 kJ/kg；

由p2、T2查水的熱力性質(zhì)圖得：h2≈302.65 kJ/kg；

由pj6、Tj6查焓值軟件得：hj6≈2 669.72 kJ/kg；

排汽焓 (干度不能在線監(jiān)測)：hp≈2 210 kJ/kg；

排擠的回?zé)嵴羝l(fā)出的電能

PZ=W/q0

(1)

排擠的回?zé)嵴羝龉?/p>

W=m(hj6-hp)

(2)

被排擠蒸汽量

m=Q/hj6Q=m1(h2-h1)

(3)

凝結(jié)水在低壓省煤器中吸熱

Q=m1(h2-h1)

(4)

將式(2)、式(3)、式(4)帶入式(1)并整理得

Pz=[m1(h2-h1)/hj6] ×[(hj6-hp)]/q0

=[90 000×(302.65-168.5)/ 2669.72]

×[(2669.72-2210)]/8102.8=256.58 kW·h

2.2 增壓泵電耗

(5)

(此處η為增壓泵電機實際效率)，

則式(5)可變換為

P=X×U×I

(6)

將銘牌參數(shù)代入式(6)可得

X=P額/ (U額×I額)

(7)

將式(7)帶入式(5)可得

P=U實×I實×(P額/ (U額×I額)=380×50×[37 000/(380×70)] =26.41 kW·h

以上U實、I實為增壓泵實際電壓、電流，為就地測量值。

2.3 引風(fēng)機電耗增量

2.3.1 流阻的計算

Δp=(ξ×ν×ν×ρ)/2[4]

(8)

式中 Δp——流阻/Pa;

ξ——阻力系數(shù);

ν——煙氣流速;

ρ——煙氣密度。

根據(jù)經(jīng)驗公式推導(dǎo)

Δp=(0.5z2×ν×ν×ρ)/2

其中z2為縱向管排數(shù)，ρ在標況下查表得ρ0=1.34,ρ在尾部煙道時=[(273+20)/(273+130)]×1.34=0.97，

則Δp=(0.5×37×5×5×0.97)/2

=206.13 Pa。

加裝低壓省煤器后，增加煙氣流阻大約206 Pa，此阻力僅占全部煙道阻力的5%左右，在設(shè)計時，引風(fēng)機壓頭余量均按20%考慮，因此增加低壓省煤器不會影響鍋爐正常出力，而且引風(fēng)機仍會有足夠的壓頭余量[5]。

2.3.2 引風(fēng)機電耗增量

Py=ΔW/K=(Δp×A×L)/K

式中 ΔW——增加受熱面后增加的流阻所做的功;

K——實際狀態(tài)下的修正系數(shù);

A——煙道截面積;

L——布置受熱面長度。

Py=(206.125×1.5×3×2)×0.88

=2.32 kW·h

2.4 節(jié)能效果

通過建立數(shù)學(xué)模型和實際運行數(shù)據(jù)檢測，計算得出每小時節(jié)約電量數(shù)值，即：節(jié)約電量=排擠回?zé)嵴羝l(fā)出的電能-增壓泵電耗-引風(fēng)機電耗增量。

每小時節(jié)約電量PZ-P-Py=256.58-26.41-2.32=227.85 kW·h；

由結(jié)果可以看出，安裝LPES低溫省煤器后，每小時可以節(jié)約227.85 kW·h的電量，平均每個月可以省電164 054.7 kW·h，以0.4元/kW·h計算，每月節(jié)約65 621.88元人民幣，每年可為企業(yè)節(jié)約78.75萬元[注：此處按一年330天連續(xù)運行帶經(jīng)濟負荷(非最大負荷或低負荷)估值計算]。

3 結(jié)果與討論

3.1 忽略值問題

目前有些電廠在計算增加低壓省煤器的經(jīng)濟性時，只以“排煙溫度下降x℃，煤耗下降ng/kW·h”，這一公式簡單推導(dǎo)，并沒有考慮到降低排煙溫度后能量的去向，并且人為忽略了許多能耗的增量。而本次改造在核算時，是利用正向與負向的矢量計算；在對待數(shù)值的忽略問題上，嚴格篩選，比如由于凝結(jié)水水量減少，應(yīng)該對7#低壓加熱器回?zé)岢槠邆溆幸娴挠绊?，但通過計算得出，被排擠的抽汽量很少，且低壓缸第五級與排汽口間焓降不大，所以經(jīng)過論證對其忽略不計。

3.2 增壓泵的設(shè)置

其它電廠對新增LPES系統(tǒng)并沒有設(shè)置增壓泵，且又不考慮對凝結(jié)泵的影響。而該電廠的增壓泵為變頻泵，節(jié)能效果較好，但在運行中應(yīng)調(diào)整好水量，使整個系統(tǒng)處于節(jié)能狀態(tài)。

3.3 排煙溫度

如網(wǎng)絡(luò)上引用較多的山東龍口熱電有限公司，設(shè)計排煙溫度與該電廠接近，但實際排煙溫度接近190℃，基本與該電廠滿負荷時相同,見表2。

表2

電廠名稱機組容量/MW排煙溫度降低量/℃山東龍口熱電有限公司1003020045威海電廠12530濟寧運河電廠13725

3.4 布置方式

新裝LPES系統(tǒng)與機側(cè)每臺高加、低加組成相對獨立的串、并聯(lián)系統(tǒng)，在LPES系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能夠有效地隔離而不影響機組的正常運行。

3.5 經(jīng)濟效益分析

該電廠低壓省煤器主體管材使用原廠內(nèi)同型號鍋爐拆卸下來省煤器管材，增壓泵、控制柜、鋼架及輔助材料、調(diào)節(jié)閥及儀表、保溫材料、設(shè)計安裝費等共計198.36萬元，該裝置安裝后，每年可為企業(yè)節(jié)約費用78.75萬元。通過計算可知，該企業(yè)2.52年即可回收全部投資。

4 結(jié)論與建議

通過加裝LPES低壓省煤器，使得鍋爐熱損失下降，整個熱力系統(tǒng)節(jié)能效益得到改善；該電廠采用螺旋鰭片式低壓省煤器，熱阻小，換熱好，能夠達到預(yù)期的節(jié)能效果。但是，由于目前國內(nèi)還沒有一套完整的理論依據(jù)，各個電廠都在摸索當(dāng)中。通過參考已有的部分文獻及相關(guān)運行經(jīng)驗并結(jié)合該廠實際情況，對于該電廠低壓省煤器系統(tǒng)提出幾點建議：

(1)合理調(diào)整流量，提高回水焓增

關(guān)于增壓泵。由計算可知，降低增壓泵出力，回水溫度提高，但水量減??；反之，回水溫度下降，水量增大[6]。因此，運行時必須長期調(diào)整泵的出力，比較機組在不同工況下的經(jīng)濟性，得出增壓泵的最佳流量，在低壓省煤器系統(tǒng)試運階段，需要各廠不斷地摸索。而是否設(shè)置增壓泵，也是一個較為復(fù)雜的問題，對于安全性來講，如果停止增壓泵運行，在高負荷時凝結(jié)水泵是否會超電流，除氧器水位是否能被滿足，這需要在實際運行中進行檢驗；而且在經(jīng)濟性上，增壓泵的運行會使凝結(jié)泵的功耗下降。所以，不應(yīng)直接將增壓泵去除，而是由實際生產(chǎn)決定其存在與否。

關(guān)于增加受熱面。對于干燥的省煤器的管壁面，確定了低壓省煤器設(shè)備的聯(lián)接方式及其參數(shù)，在一定煙氣流速的沖刷下是不易積灰的，但如果管壁溫度低于煙氣露點，壁面結(jié)露沾附飛灰，容易產(chǎn)生低溫腐蝕[7]。為了充分利用排煙余熱，較大幅度降低鍋爐排煙溫度，同時為了使低壓省煤器受熱面不至于太大，低壓省煤器可以設(shè)計在低溫腐蝕的溫度下運行，但要保證腐蝕速度在可以接受的范圍之內(nèi)，根據(jù)低溫腐蝕的機理和腐蝕與管壁溫度的關(guān)系，要求金屬年腐蝕速度≤0.2 mm，則低壓省煤器的管壁溫度t應(yīng)在25℃

(2)改變系統(tǒng)布置方式

合理優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在凝結(jié)水管路加裝調(diào)節(jié)閥、增加低壓省煤器進回水管道，或者采取雙級低壓省煤器布置，使得運行中對低壓省煤器水路工況可調(diào)[9]。

[1] 梁維燕.持續(xù)調(diào)整電源結(jié)構(gòu)大力開發(fā)水力發(fā)電[J].電網(wǎng)與清潔能源，2011,27(6):1-3.

[2] 謝磊.電站鍋爐低壓省煤器系統(tǒng)熱經(jīng)濟性分析的數(shù)學(xué)模型[D].濟南:山東大學(xué)，2007.

[3] 景宇蓉.鍋爐余熱利用裝置低壓省煤器的熱力分析及優(yōu)化設(shè)計[D].北京:華北電力大學(xué)，2012.

[4] 馮俊凱，沈幼庭，楊瑞昌，等.鍋爐原理及計算[M].3版.北京：科學(xué)出版社，2003.

[5] 史月濤.循環(huán)流化床鍋爐安裝低壓省煤器降低排煙溫度的實踐[C].全國電力行業(yè)CFB機組技術(shù)交流協(xié)作網(wǎng)第八屆年會論文集，2011.

[6] 黃新元，平亞明，孫奉仲.火電廠低壓省煤器系統(tǒng)的最優(yōu)水量分配[J].水動力學(xué)研究與進展，2003(5).

[7] 崔海鵬.電站鍋爐排煙溫度高原因及其改進措施[D].北京:華北電力大學(xué)，2012.

[8] 陸萬鵬，孫奉仲，史月濤.電站鍋爐排煙余熱能級提升系統(tǒng)分析[J].中國電機工程學(xué)報,2012(23).

[9] 溫山，閻維平，常建剛，等.雙級低壓省煤器技術(shù)及其經(jīng)濟性分析[J].熱力發(fā)電，2013(2).

[10] 林萬超.火電廠熱系統(tǒng)定量分析[M]．西安：西安交通大學(xué)出版社，1985.

[11] 榮鑾恩，袁鎮(zhèn)福，劉志敏，等．電站鍋爐原理[M]．北京：中國電力出版社，1997.

[12] 李自怡.火電廠目標成本管理研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2014,20(1):64-67.

AnalysisofLPESLowPressureEconomizerEconomywithaCertainPowerPlant

SHAO Jun1,REN Yong-sheng2,YANG Xiao-bo3,WU Ge-wei4

(1.Henan Energy Conservation Supervision Bureau,Zhengzhou 450008,China;2.Zhengdong New District of Zhengzhou Thermal Power Co., Ltd,Zhengzhou 454164,China;3.Sanmenxia Xintian Energy Service Co. Ltd,Sanmengxia 472000,China;4.Lingbao Xinhua Chemical Co., Ltd,Lingbao 472500,China)

By lowering the temperature of the boiler rear-pass,reducing flue gas loss and improving boiler efficiency to achieve energy conservation,LPES was installed to the boiler rear,making use of this waste heat from boiler’s smog to heat the condensation to demonstrate the economy of the installation. The results show that LPES plays a significant role in reducing flue gas temperature and heating the condensation through extablishing mathematic model,model calculation and comparison with other plants.After installation LPES,heat loss of the flue gas decreased significantly, the entire saving effect is remarkable.

low pressure economizer;flue gas waste heat;model;smoke damage;energy savings

2014-04-24修訂稿日期2014-05-28

邵珺(1977～)，男，本科，工程師，主要從事能源節(jié)約及相關(guān)領(lǐng)域研究。

TM621;TK223.3+3

A

1002-6339 (2014) 04-0373-04