考慮多種因素的低溫省煤器投運(yùn)性能分析

徐世明，劉新國，梅樂生

（華能營口熱電有限責(zé)任公司，遼寧營口115003）

考慮多種因素的低溫省煤器投運(yùn)性能分析

徐世明，劉新國，梅樂生

（華能營口熱電有限責(zé)任公司，遼寧營口115003）

以某330 MW機(jī)組增加了低溫省煤器系統(tǒng)為例，對電廠低溫省煤器的運(yùn)行效果進(jìn)行評價，分析結(jié)果表明，投運(yùn)低溫省煤器后，發(fā)電煤耗率平均下降2.232 g/kW·h，降低了鍋爐的排煙溫度，但增大了煙氣排放阻力。低溫省煤器投運(yùn)后，提高了電除塵器的效率。運(yùn)行中，還需控制排煙溫度，否則將造成電除塵器的積灰板結(jié)。

省煤器；低溫；經(jīng)濟(jì)性；因素；運(yùn)行；煙氣；阻力；除塵器

0 概 述

國內(nèi)電站鍋爐的排煙溫度，普遍存在偏高的問題。排煙溫度過高，不僅降低了電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，還影響了除塵器的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，降低排煙溫度，對于節(jié)能環(huán)保具有重要的實(shí)際意義。改造或增設(shè)低溫省煤器，是現(xiàn)階段燃煤電廠為節(jié)能減排采取的較為普遍的措施之一。低溫省煤器是通過降低鍋爐的排煙溫度，回收了煙氣中的余熱，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

低溫省煤器也被稱為低壓省煤器，目前，已有很多學(xué)者對其展開相關(guān)研究，林萬超[1]等開展了關(guān)于低壓省煤器方面的早期研究，并通過等效熱降法，對低壓省煤器系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了深入的分析。張炳文[2，3]等對新型低溫省煤器在電站鍋爐上的應(yīng)用做了很多的研究。宋景慧[4]等從優(yōu)化設(shè)計的角度對低溫省煤器進(jìn)行了分析。李斌[5]等對低溫省煤器設(shè)計及其動態(tài)特性仿真進(jìn)行了研究。黃新元[6]等從設(shè)計與調(diào)試的角度對低溫省煤器進(jìn)行了介紹。目前，從對低溫省煤器的總體研究來看，主要集中在低溫省煤器的熱經(jīng)濟(jì)性理論分析、材料及系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計、仿真分析等方面，但在工程實(shí)際應(yīng)用方面，對低溫省煤器投運(yùn)后的性能分析，則較少涉及。鑒于此，現(xiàn)對低溫省煤器在某火電廠投運(yùn)后的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評價，對煙氣的流動阻力、電除塵運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行時需注意事項(xiàng)及冬季優(yōu)化運(yùn)行等問題進(jìn)行分析。

1 機(jī)組系統(tǒng)

以典型國產(chǎn)330 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組為例，鍋爐型號為1100/17.5-HM35型亞臨界燃煤鍋爐，采用一次中間再熱、平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣、全封閉布置、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。每臺鍋爐配套2臺雙室四電場干式、臥式、板式靜電除塵器。汽輪機(jī)為C260/N330 -16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸、兩排汽、雙抽供熱式機(jī)組，加熱器配置為典型的3臺高壓加熱器、4臺低壓加熱器和1臺除氧器。

在除塵器入口煙道中，布置了低溫省煤器，安裝在尾部煙道，位于鍋爐空預(yù)器的后面，在電除塵器之前。為降低鍋爐排煙溫度，利用鍋爐的排煙余熱，加熱凝結(jié)水，以提高凝結(jié)水的溫度。系統(tǒng)布置，如圖1所示，低溫省煤器于2015年5月改造完畢，2015年6月投入運(yùn)行。

2 低溫省煤器投運(yùn)熱經(jīng)濟(jì)性計算

根據(jù)低溫省煤器投運(yùn)后的效果統(tǒng)計，鍋爐排煙溫度從140℃左右下降至100℃左右，平均煙溫下降約40℃。

2.1 節(jié)能評價

基于等效熱降原理，評價低溫省煤器投運(yùn)后對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響，主要應(yīng)從幾個方面進(jìn)行考慮，其一為加熱凝結(jié)水引起機(jī)組等效熱降變化；其二為維持低溫省煤器系統(tǒng)運(yùn)行的煙氣換熱器冷卻水泵運(yùn)行耗功折算機(jī)組等效熱降變化；其三為引風(fēng)機(jī)多耗功折算機(jī)組等效熱降變化；其四為低溫省煤器系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用折算機(jī)組等效熱降變化。

由圖1可知，由于機(jī)組改造后，加裝了低溫省煤器，凝結(jié)水被分流至凝結(jié)水換熱器（簡稱板換），連接管路中無流量表，只有壓力、溫度測點(diǎn)，所以，需要計算確定凝結(jié)水分流至板式換熱器的分水流量，根據(jù)質(zhì)量守恒原理與能量守恒原理，列方程組為：

式（1）中：Df1為1號低壓加熱器入口至板換分水流量，t/h；Dfs2為1號低壓加熱器出口至板換分水流量，t/h；Dns為2號低壓加熱器入口凝結(jié)水流量，t/h；Dn為凝結(jié)水總流量，t/h；hfs1為1號加熱器入口至板換的分水焓，kJ/kg；hfs2為1號加熱器出口至板換的分水焓，kJ/kg；h′fs為板換凝結(jié)水側(cè)進(jìn)口母管凝結(jié)水焓，kJ/kg；hfs為板換凝結(jié)水側(cè)出口母管凝結(jié)水焓，kJ/kg；hns為2號低壓加熱器出口凝結(jié)水焓，kJ/kg；h3r為3號低壓加熱器進(jìn)口凝結(jié)水焓，kJ/kg。

圖1 低溫省煤器的系統(tǒng)布置

定義分水流量Dfs1與主蒸汽流量D0之比，為一級分水系數(shù)β1：

定義分水流量Dfs2與主蒸汽流量D0之比，為二級分水系數(shù)β2：

定義凝結(jié)水總流量Dn與主蒸汽流量D0之比，為凝結(jié)水流量系數(shù)αn：

應(yīng)用雅克比迭代法，計算式（1）中的Dns、Dfs1、Dfs2，由式（2）、式（3）、式（4）可得到β1、β2、αn。低溫省煤器投運(yùn)后，加熱凝結(jié)水引起機(jī)組等效熱降增加為：

式（5）中：τi為第i個低壓加熱器的焓升，kJ/kg為第i個低壓加熱器的效率。

煙氣換熱器的冷卻水泵運(yùn)行功耗，折算成機(jī)組等效熱降減少為：

式（6）中：ΔW1為煙氣換熱器冷卻水泵運(yùn)行時采集的功率，kW；ηm為機(jī)械效率；ηg為發(fā)電機(jī)效率；ξap為廠用電率。

由于低溫省煤器的投運(yùn)，導(dǎo)致煙氣流動阻力增大，引風(fēng)機(jī)為保持爐膛具有一定的負(fù)壓，與低溫省煤器投運(yùn)前相比，在同樣工況下，將增加引風(fēng)機(jī)出力，引風(fēng)機(jī)增加的功耗，折算成機(jī)組等效熱降減少為：

式（7）中：ΔW2為同負(fù)荷下低溫省煤器投運(yùn)前后引風(fēng)機(jī)功率的增加值，k W。

低溫省煤器投運(yùn)后，因定期補(bǔ)水、維護(hù)檢修、折舊等因素，將增加一些費(fèi)用，統(tǒng)稱為低溫省煤器系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，參考文獻(xiàn)[7]提供的算法，將低溫省煤器系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，折算成機(jī)組等效熱降減少為：

式（8）中：C1為低溫省煤器系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，元/小時；k1為電廠的上網(wǎng)電價，元/千瓦時。

低溫省煤器投運(yùn)后，機(jī)組的等效熱降總增加為：

汽輪機(jī)裝置效率的相對變化率為：

加裝低溫省煤器，機(jī)組發(fā)電煤耗率下降為：

式（11）中：b0為機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，g/k W·h。

低溫省煤器投運(yùn)后，綜合考慮了影響機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的各方面因素，采集了機(jī)組在穩(wěn)定工況下，運(yùn)行1 h以上的運(yùn)行數(shù)據(jù)，應(yīng)用式（1）～式（11），計算了低溫省煤器投運(yùn)后機(jī)組的發(fā)電煤耗。機(jī)組煤耗的變化，如圖2所示。低溫省煤器投運(yùn)后，機(jī)組整體的發(fā)電煤耗率平均下降2.232 g/k W·h。另外，由圖2可知，隨著負(fù)荷增加，發(fā)電煤耗下降值在減小，主要是因?yàn)殡S著機(jī)組負(fù)荷的增加，2號低壓加熱器的出口溫度增加較快，而經(jīng)板換的凝結(jié)水溫度有所減小，這樣二者匯合進(jìn)入3號低壓加熱器后，減弱了高能級加熱器的進(jìn)汽能力。

圖2 低溫省煤器投運(yùn)后發(fā)電煤耗的變化

2.2 冬季運(yùn)行方式

冬季運(yùn)行時，從熱網(wǎng)循環(huán)泵的出口母管接一路管道至低溫省煤器系統(tǒng)，加熱后，由煙氣換熱器的冷卻水泵，將熱水輸送至熱網(wǎng)加熱器出口的熱網(wǎng)供水母管上，系統(tǒng)的連接形式，如圖1所示。經(jīng)核算，在供暖季節(jié)內(nèi)，單臺機(jī)的低溫省煤器投運(yùn)后，可提供采暖負(fù)荷16.45 MW，采暖面積32.89萬m2。從電廠的收益角度分析，以單臺機(jī)組在一個供暖季的收益為例。低溫省煤器系統(tǒng)的采暖運(yùn)行方式比加熱凝結(jié)水增加機(jī)組做功方式，至少多創(chuàng)造效益385.26萬元。根據(jù)環(huán)保要求，對于集中供熱及城市規(guī)模擴(kuò)大造成的供熱需求，在機(jī)組所處地區(qū)，欲再建大型燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，以解決采暖供熱問題幾乎是不可能的。現(xiàn)在，缺熱多電是我國北方城市存在的普遍現(xiàn)象。挖掘電廠機(jī)組供熱的潛力，是目前的主要形勢，也是適應(yīng)今后趨勢發(fā)展的最佳選擇。所以，在冬季，優(yōu)化低溫省煤器的運(yùn)行方式，可提高機(jī)組采暖供熱能力。

3 煙氣側(cè)壓差的監(jiān)測

低溫省煤器在投運(yùn)初期，不同負(fù)荷下低溫省煤器的煙氣側(cè)壓差，如表1所示。從表1可知，隨著負(fù)荷增大，鍋爐的煙氣量在增加，鍋爐煙道空氣預(yù)熱器出口與電除塵進(jìn)口之間的煙氣阻力也在增大。煙氣阻力的增大，使引風(fēng)機(jī)出力也隨之增大。表1所示數(shù)據(jù)，為低溫省煤器剛投運(yùn)時的工況參數(shù)。在運(yùn)行中，利用表1的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)值，分析流通阻力的變化情況。同時，應(yīng)加強(qiáng)對低溫省煤器煙氣側(cè)的壓差監(jiān)測。低溫省煤器煙氣側(cè)的壓差比基準(zhǔn)值增大時，應(yīng)及時吹灰和采取其它有效措施。

表1 1號、2號爐的低溫省煤器煙氣側(cè)壓差數(shù)據(jù)

4 對電除塵器的影響

4.1 對運(yùn)行參數(shù)的影響

在低溫省煤器投運(yùn)前，電除塵器的出口煙塵濃度為40 mg/m3，改造后，對電除塵器運(yùn)行效果進(jìn)行了測試。測試結(jié)果，如表2所示。在通常的運(yùn)行負(fù)荷下，或采用不同的電除塵器運(yùn)行方式時，除塵器出口粉塵濃度的平均值均低于投運(yùn)前。電除塵器出口的煙塵濃度下降約50%?，F(xiàn)今，除塵器出口濃度滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）的要求，規(guī)定的排放限值為30 mg/m3。低溫省煤器系統(tǒng)投運(yùn)后，降低了進(jìn)入電除塵器的煙氣溫度。由于除塵器比集塵面積的增大，電除塵器電場風(fēng)速的降低，提高了電除塵器的效率。例如機(jī)組負(fù)荷為100%時，因低溫省煤器系統(tǒng)的投運(yùn)，電除塵器的進(jìn)口煙溫下降40℃左右，電除塵器比集塵面積，由改造前78.71 m2/m3/s上升至89.04 m2/m3/s，電除塵器的電場風(fēng)速，由改造前1.020 m/s下降為0.898 m/s。

表2 電除塵器效率測試結(jié)果

4.2 對積灰的影響

投運(yùn)3個月后，檢查電除塵器時發(fā)現(xiàn)，一、二電場極板的積灰板結(jié)情況較為嚴(yán)重，經(jīng)振打，仍無法振落。三、四電場的積灰有所減輕，但極板上覆蓋的積灰較為潮濕?，F(xiàn)場積灰情況，如圖3所示。積灰的主要原因，是由于低溫省煤器系統(tǒng)在投運(yùn)初期，根據(jù)制造廠提供的參數(shù)，低溫省煤器煙氣側(cè)的煙溫應(yīng)控制在90℃±2℃。當(dāng)機(jī)組變工況運(yùn)行時，稍有不慎，煙溫就會低于煙氣酸露點(diǎn)的溫度，造成了積灰板結(jié)。為避免嚴(yán)重積灰板結(jié)等問題，運(yùn)行時，需注意幾個方面的事項(xiàng)。

圖3 電除塵器的積灰狀況

（1）系統(tǒng)運(yùn)行時，由于鍋爐的排煙煙溫平均下降了40℃，電除塵器存在結(jié)垢和堵灰現(xiàn)象。經(jīng)計算，煙氣酸露點(diǎn)溫度為87℃?？紤]到變工況時的瞬時影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)將經(jīng)過低溫省煤器系統(tǒng)后的煙溫，控制在100℃以上，即可避免堵灰現(xiàn)象。

（2）控制了低溫省煤器系統(tǒng)后的煙溫后，當(dāng)工況變化時，還要保證低溫省煤器系統(tǒng)后的煙溫，不會嚴(yán)重偏大，冷卻水的壓力應(yīng)大于煙氣冷卻器后水溫的飽和壓力，防止水工質(zhì)經(jīng)煙氣冷卻器后被汽化，從而產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

（3）低溫省煤器的煙氣冷卻水系統(tǒng)經(jīng)長期運(yùn)行后，系統(tǒng)內(nèi)難免存在雜質(zhì)，所以要注意濾網(wǎng)的壓差變化。壓差增大后，需及時清理濾網(wǎng)，并注意煙氣換熱器冷卻水泵進(jìn)出口的壓差在規(guī)定范圍內(nèi)。

5 結(jié) 語

（1）針對該型機(jī)組，建立了計算低溫省煤器熱經(jīng)濟(jì)性的數(shù)學(xué)模型，評介了投運(yùn)低溫省煤器后的節(jié)能效果。經(jīng)計算，低溫省煤器投運(yùn)后，機(jī)組的發(fā)電煤耗率平均下降2.232 g/k W·h。

（2）低溫省煤器回收了排煙氣的余熱，可用于加熱凝結(jié)水，也可用于熱網(wǎng)供熱。在冬季工況下，低溫省煤器系統(tǒng)的最佳運(yùn)行方式為采暖供熱方式。

（3）低溫省煤器投運(yùn)后，增加了煙氣阻力。應(yīng)采取相應(yīng)措施，防止煙氣阻力過大。低溫省煤器投運(yùn)后，電除塵器的入口煙溫下降約40℃。電除塵器出口的煙塵濃度下降約50%，提高了除塵效率，但在運(yùn)行時，如果對煙溫控制不當(dāng)，積灰板結(jié)現(xiàn)象將會很嚴(yán)重，應(yīng)引起注意。

[1]林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1994.

[2]張炳文，楊萍，周振起.新型低溫省煤器在電站鍋爐上的應(yīng)用[J].節(jié)能，2002（9）：32-33.

[3]潘鳳紅，張炳文，蘭建軍.增加輔助設(shè)備回收鍋爐排煙余熱[J].節(jié)能，2006（11）：13-15.

[4]宋景慧，闞偉民，許誠.電站鍋爐煙氣余熱利用與空氣預(yù)熱器綜合優(yōu)化[J].動力工程學(xué)報，2014，34（2）：140-146.

[5]李斌，黨自力.低溫省煤器設(shè)計及其動態(tài)特性分析[J].熱力發(fā)電，2014，34（2）：140-146.

[6]黃新元，史月濤，孫奉仲.670 t/h鍋爐增設(shè)低壓省煤器降低排煙溫度的實(shí)踐[J].中國電力，2008，41（6）：55-58.

[7]徐世明，鄒兵.鍋爐排污及除氧器排汽綜合利用研究[J].電站輔機(jī)，2015，36（2）：19-22.

Considering various factors analysis of the operation of low temperature economizer performance

XU Shi-ming，LIU Xin-guo，MEI Le-sheng
（Huaneng Yingkou Thermoelectric Co.，Ltd，Yingkou 115003，Liaoning，China）

Taking a 330 MW coal-fired power plants and transformation of low temperature economizer system as an example，consider more factors in coal-fired power plant performanceevaluation on the parameter of low temperature economizer.the analysis result shows that after operating low temperature economizer system，the power generation coal consumption rate drops 2.232 g/kW·h in average，the boiler smoke temperature drops but the flue gas resistance increases.The electrostatic precipitator efficiency increases after operating the low temperature economizer.The smoke temperature should be controlled during operation，improper will cause serious dust in the electrostatic precipitators.

economizer；low temperature；economic；factor；operating；flue gas；resistance；precipitator

TK223 63+3

A

1672-0210（2016）02-0036-04

2016-03-10

徐世明（1983-），男，畢業(yè)于東北電力大學(xué)，工學(xué)碩士，從事熱力設(shè)備的性能分析及運(yùn)行優(yōu)化等研究工作。