1100t／h超臨界直流爐尾部煙道節(jié)能項(xiàng)目技術(shù)改造

劉 潔 楊繼明

（1.華能東方電廠，海南 東方572600；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410077）

1 工程概況

華能東方電廠建設(shè)4臺(tái)350MW超臨界燃煤火電機(jī)組，一期工程建設(shè)2×350MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組。該工程由華能海南發(fā)電股份有限公司投資建設(shè)，鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)均由哈爾濱電氣集團(tuán)提供。鍋爐為一次中間再熱、變壓運(yùn)行、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、∏型、露天布置，型號(hào)為 HG－1100／25.4－YM1。爐膛斷面尺寸為15.287m 寬、13.217m深，水平煙道深度為4.747m，尾部前煙道深度為5.06m，尾部后煙道深度為5.98m，水冷壁下集箱標(biāo)高為6.5m，頂棚管標(biāo)高為59.0m。省煤器為H型鰭片管省煤器，傳熱效率高，受熱面管組布置緊湊?？疹A(yù)器由哈爾濱鍋爐廠提供，每臺(tái)鍋爐配2臺(tái)哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的29－VI（T）－1950－SMR型三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器。#1機(jī)組于2009年6月20日通過(guò)168h試運(yùn)行，在投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)鍋爐排煙溫度一直明顯高于設(shè)計(jì)值，為降低排煙溫度，對(duì)#1鍋爐省煤器和空預(yù)器進(jìn)行了改造。

2 改造依據(jù)

#1鍋爐投運(yùn)以來(lái)，排煙溫度明顯高于設(shè)計(jì)值，經(jīng)考核試驗(yàn)，結(jié)果表明：BRL負(fù)荷下，修正后排煙溫度高于設(shè)計(jì)值25℃以上（圖1）。分析排煙溫度高的原因主要有3點(diǎn)：（1）煤質(zhì)，但煤質(zhì)屬不可控因素；（2）爐膛、爐底漏風(fēng)和制粉系統(tǒng)冷風(fēng)摻入量；（3）受熱面沾污，受熱面布置不合理。

圖1 #1爐投運(yùn)后排煙溫度月度平均值與設(shè)計(jì)值對(duì)比變化趨勢(shì)

2009年9月，我廠邀請(qǐng)熱工研究院在燃用設(shè)計(jì)煤種條件下對(duì)#1鍋爐進(jìn)行性能考核試驗(yàn)。BRL工況下空氣預(yù)熱器進(jìn)出口風(fēng)煙溫度與設(shè)計(jì)值對(duì)比如表1所示。

基于表1分析，鍋爐額定出力時(shí)，空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙氣溫度為367.7℃，與設(shè)計(jì)煙氣溫度368.0℃基本相同，而修正后的排煙溫度比設(shè)計(jì)值高了20.75℃，但空氣預(yù)熱器出口一次風(fēng)溫度較設(shè)計(jì)值低了28.4℃，二次風(fēng)溫度較設(shè)計(jì)值低了24.15℃，這說(shuō)明空氣預(yù)熱器吸熱量不足，導(dǎo)致其出口一、二次風(fēng)溫度嚴(yán)重偏低，這是排煙溫度高于設(shè)計(jì)值的主要原因。

表1 BRL工況空氣預(yù)熱器進(jìn)出口風(fēng)煙溫度與設(shè)計(jì)值對(duì)比 單位：℃

3 改造方案

降低#1鍋爐排煙溫度的主要有效途徑有如下3種：（1）改造空預(yù)器；（2）改造省煤器；（3）同時(shí)改造省煤器和空預(yù)器。

3.1 改造空預(yù)器

在保持原預(yù)熱器型號(hào)不變的情況下對(duì)預(yù)熱器進(jìn)行改造，更換熱端傳熱元件及元件盒。措施為：將預(yù)熱器熱端傳熱元件盒由1 000mm高度更換為1 100mm高，同時(shí)將板型由原來(lái)的DU3改為FNC，可降低排煙溫度約5℃，改造效果不明顯。改造后的空預(yù)器熱力計(jì)算及改造前后的溫度對(duì)比如表2所示。

表2 改造后的空預(yù)器熱力計(jì)算及改造前后的溫度對(duì)比表

3.2 改造省煤器

利用省煤器區(qū)域現(xiàn)有空間，最大限度增加受熱面，增加2圈管子（即加8根管子，重量增加約102t），共130排，改造前省煤器換熱面積為9 860m2，改造后省煤器換熱面積為1 490m2，增加50%，使進(jìn)入預(yù)熱器的煙溫降低約20℃，排煙溫度相應(yīng)下降6.7℃，改造效果不明顯（表3）。

表3 改造省煤器后的主要參數(shù)熱力計(jì)算匯總表

3.3 同時(shí)改造省煤器和空預(yù)器

3.3.1 省煤器改造

利用省煤器區(qū)域現(xiàn)有空間，最大限度增加受熱面，即加2圈管排（增加8根管子，重量增加約102t），改造后省煤器換熱面積為14 790m2，增加50%。

3.3.1.1 增加省煤器管排對(duì)熱力參數(shù)變化的影響（同表3）

增加省煤器后，在上述6種工況下熱力計(jì)算值變化：省煤器出口水溫平均增加約5～6℃，工質(zhì)最大阻力增加9kPa，煙氣側(cè)最大阻力增加0.08kPa，對(duì)于省煤器出口水溫、工質(zhì)最大阻力、煙氣側(cè)最大阻力3個(gè)重要參數(shù)的影響極小。改造后省煤器出口煙氣溫度下降約28℃。

3.3.1.2 增加省煤器管排對(duì)省煤器結(jié)構(gòu)的影響

東方電廠#1鍋爐省煤器組布置在尾部后煙道內(nèi)低溫過(guò)熱器下部。為降低鍋爐排煙溫度，采取在現(xiàn)有省煤器的基礎(chǔ)上，利用省煤器下部蛇形管與下部集箱的空間，最大限度增加受熱面，即加2圈管子共130排，增加省煤器前后結(jié)構(gòu)如圖2所示。

鍋爐省煤器改造后，增加102t重量，因此需對(duì)省煤器的吊桿、吊點(diǎn)進(jìn)行加固。修改前后吊桿材料、吊點(diǎn)載荷如表4所示。

3.3.2 空預(yù)器改造

在保持原預(yù)熱器型號(hào)不變的情況下對(duì)預(yù)熱器進(jìn)行改造，更換熱端傳熱元件及元件盒。措施為：將預(yù)熱器熱端傳熱元件盒由1 000mm高度更換為1 100mm高，同時(shí)將板型由原來(lái)的DU3改為FNC，并采取封堵措施，可降低排煙溫度約11.7℃。

空預(yù)器改造后，空預(yù)器轉(zhuǎn)子重量增加，需對(duì)空預(yù)器支撐軸承承載能力核算如下：

原預(yù)熱器單臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)部分總重為240 410kg，熱端傳熱元件改造后轉(zhuǎn)動(dòng)部分總重為：P0＝240 410＋25 000＝265 410kg＝2 601kN。

該預(yù)熱器配支撐軸承型號(hào)為國(guó)產(chǎn)294／710E，其靜態(tài)負(fù)荷C0＝74 880kN。

可見(jiàn)更換換熱元件后支撐軸承仍有很大余量，非常安全。

4 節(jié)能改造后試驗(yàn)情況

本改造工程于2010年3月完工。2010年4月，我廠繼續(xù)委托西安熱工研究院對(duì)#1鍋爐進(jìn)行改造后性能考核試驗(yàn)。

表4 修改前后吊桿材料、吊點(diǎn)載荷變化情況

改造后BRL工況下空氣預(yù)熱器進(jìn)出口風(fēng)煙溫度與改造前對(duì)比如表5所示。

表5 BRL工況下空預(yù)器進(jìn)出口風(fēng)煙溫度與改造前對(duì)比 單位：℃

由表6可以看出，省煤器改造后其進(jìn)出口給水溫升較小，不影響汽水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

表6 改造前后省煤器進(jìn)出口給水溫度在不同負(fù)荷段的溫升

（1）100%額定電負(fù)荷，對(duì)進(jìn)風(fēng)溫度、設(shè)計(jì)空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙氣溫度和空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率3項(xiàng)進(jìn)行修正，改造后排煙溫度比考核試驗(yàn)時(shí)低了12.3℃左右。在有限的空間改造省煤器及空氣預(yù)熱器，試驗(yàn)結(jié)果證明：改造已達(dá)到預(yù)期的計(jì)算結(jié)果（圖3）。

圖3 #1爐改造后排煙溫度月度平均值與設(shè)計(jì)值對(duì)比變化趨勢(shì)

（2）空氣預(yù)熱器進(jìn)出口一次風(fēng)溫差上升15.9℃，由于目前燃用高水分印尼煤較多，一次風(fēng)溫大幅上升對(duì)滿足制粉系統(tǒng)干燥出力、保證磨煤機(jī)出口風(fēng)粉溫度極為有利。

（3）空氣預(yù)熱器進(jìn)出口二次風(fēng)溫差上升18.5℃，二次風(fēng)溫大幅上升可提高鍋爐燃燒穩(wěn)定及燃盡性能。

（4）由表7可以看出，改造后與改造前試驗(yàn)時(shí)鍋爐效率結(jié)果對(duì)比：100%額定電負(fù)荷，修正后鍋爐效率比考核試驗(yàn)時(shí)提高0.72%；75%額定電負(fù)荷，修正后鍋爐效率比考核試驗(yàn)時(shí)提高0.82%；50%額定電負(fù)荷，修正后鍋爐效率比考核試驗(yàn)時(shí)提高1.00%。

表7 改造前、后機(jī)組在不同電負(fù)荷情況下鍋爐效率對(duì)比

5 改造后對(duì)空預(yù)器煙風(fēng)道性能的影響

在100%額定電負(fù)荷工況下，改造前后空預(yù)器煙風(fēng)道壓降測(cè)試結(jié)果如表8所示。

表8 改造前后空預(yù)器煙風(fēng)系統(tǒng)壓降測(cè)試 單位：Pa

改造前，空氣預(yù)熱器A側(cè)煙氣壓降實(shí)測(cè)值為900Pa，空氣預(yù)熱器B側(cè)煙氣壓降實(shí)測(cè)值為930Pa，小于設(shè)計(jì)值1 210Pa。

改造后，空氣預(yù)熱器A側(cè)煙氣壓降實(shí)測(cè)值為1 065Pa，空氣預(yù)熱器B側(cè)煙氣壓降實(shí)測(cè)值為1 095Pa，均較考核試驗(yàn)時(shí)略高，仍小于設(shè)計(jì)值1 210Pa，改造后空氣預(yù)熱器阻力升高不多，基本不影響風(fēng)機(jī)出力。

6 改造費(fèi)用、工期、節(jié)能、環(huán)保效益

降低鍋爐排煙溫度，主要是增加省煤器管圈、更換空預(yù)器熱端傳熱元件兩部分，總投資約580萬(wàn)元，其中設(shè)備材料270萬(wàn)元、運(yùn)輸費(fèi)50萬(wàn)元、安裝調(diào)試及試驗(yàn)費(fèi)260萬(wàn)元。

增加省煤器管圈、更換空預(yù)器熱端傳熱元件的技術(shù)改造工作已在2010年#1機(jī)組擴(kuò)大性C修中進(jìn)行，改造時(shí)間為35天。

通過(guò)技術(shù)改造，降低了排煙溫度及煤耗，直接經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算如下：

發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低值：

式中，T為鍋爐排煙溫度降低值，T＝12℃；H為鍋爐排煙溫度每降10℃發(fā)電煤耗下降值，H＝1.7g／（10℃）。

年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量：

ΔB＝P×t×Δb＝350 000×5 000×2.04×10－6＝3 570t

年經(jīng)濟(jì)效益：

S1＝C×ΔB＝750×10－4×3 570＝267.75萬(wàn)元／年

靜態(tài)投資回收期：

式中，P為機(jī)組額定功率，P＝350 000kW；t為機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)，t＝5 000h；C 為標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)，C＝750元／t；S為項(xiàng)目總投資，S＝580萬(wàn)元。

同時(shí)，年減少CO2排放8 200t左右，減少SO2排放80t左右。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)#1鍋爐空預(yù)器、省煤器節(jié)能改造，有效降低了鍋爐排煙溫度約12℃，提高了鍋爐效率，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低2.04g／kW·h，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3 570t，年經(jīng)濟(jì)效益為267.75萬(wàn)元，投資回收期2.17年；同時(shí)，年減少CO2排放8 200t左右，減少SO2排放80t左右，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)保指標(biāo)的雙優(yōu)。

［1］華能海南東方電廠1號(hào)鍋爐性能考核試驗(yàn)報(bào)告

［2］華能東方電廠運(yùn)行規(guī)程

［3］華能東方電廠#1鍋爐降低排煙溫度技術(shù)方案可行性研究報(bào)告

［4］哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)備資料

［5］鄭中甫，劉玉海.600MW超臨界鍋爐受熱面改造與效果分析.中國(guó)設(shè)備工程，2013（9）

［6］周永剛，楊立隆，趙陽(yáng)，等.鍋爐尾部受熱面綜合改造的試驗(yàn)研究.熱力發(fā)電，2005（9）

［7］李振強(qiáng).降低鍋爐排煙溫度的措施及方法.熱力發(fā)電，2003（7）

［8］杜承德.鍋爐排煙溫度高的原因分析及優(yōu)化處理.華電技術(shù)，2012（10）

［9］林海濤.鍋爐排煙溫度高的原因及改進(jìn)對(duì)策探討.機(jī)電信息，2012（36）