摻燒褐煤鍋爐中轉(zhuǎn)向室煙氣加熱一次風(fēng)的研究與計算

摘 要：文章針對某300MW鍋爐摻燒褐煤導(dǎo)致磨煤機(jī)出力不足的問題，提出抽取轉(zhuǎn)向室煙氣加熱一次風(fēng)的改造方案，并對方案所需的管式換熱器進(jìn)行了設(shè)計計算。經(jīng)過鍋爐整體熱力計算和經(jīng)濟(jì)效益分析得出：將一次風(fēng)從320℃加熱至370℃時經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)，且由于抽取煙氣導(dǎo)致的鍋爐性能參數(shù)變化很小，改造方案可以有效解決摻燒褐煤時一次風(fēng)溫不足的問題。

關(guān)鍵詞：褐煤摻燒；管式加熱器；一次風(fēng)溫度；熱力計算；鍋爐性能

引言

隨著我國電力工業(yè)的快速發(fā)展，可用煤炭資源的數(shù)量和質(zhì)量都在不斷下降，如何解決資源日益緊缺和企業(yè)持續(xù)發(fā)展之間的矛盾，是電力生產(chǎn)企業(yè)面臨的現(xiàn)實問題。褐煤由于其濕度大，燃點低等缺點以前在電力生產(chǎn)中應(yīng)用較少，但隨著科技的進(jìn)步，能源的短缺問題日益突出，褐煤的應(yīng)用重新被人們重視起來。目前，一些發(fā)電企業(yè)為了降低發(fā)電成本，提高市場競爭力，在現(xiàn)有燃煤的基礎(chǔ)上摻燒一定比例的褐煤，但褐煤的摻燒會給鍋爐燃燒帶來一系列問題，其中最為突出的問題之一是：由于褐煤水分較高，摻燒褐煤后，原有一次風(fēng)溫度不能滿足干燥要求，造成磨煤機(jī)出力不足，影響鍋爐正常燃燒[1]。文章正是針對這一問題，以河北某300MW機(jī)組摻燒褐煤鍋爐為研究對象，設(shè)計使用管式加熱器將鍋爐轉(zhuǎn)向室煙氣熱量傳遞給一次風(fēng)，提高一次風(fēng)溫度，保證鍋爐在摻燒褐煤時，制粉系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定工作。

1 問題概述

河北某300MW鍋爐機(jī)組計劃摻燒褐煤，混合煤種收到基參數(shù)如表1所示。

由于燃煤水分顯著提高，原有的320℃熱風(fēng)溫度無法滿足混合煤種的干燥要求。因此，設(shè)計改造方案：采用兩臺管式換熱器（煙氣管外，空氣管內(nèi)），每側(cè)一次風(fēng)道布置一臺，抽取一定比例的轉(zhuǎn)向室煙氣，通過管式換熱器提高熱一次風(fēng)的溫度，轉(zhuǎn)向室煙氣經(jīng)過換熱器后回到脫硝裝置入口，改造方案所需相關(guān)熱力參數(shù)如表2所示。

文章計劃將原320℃熱一次風(fēng)分別加熱到350、360、370、380℃，分析對比各管式換熱器的設(shè)計方案、改造后對鍋爐運行的影響、經(jīng)濟(jì)效益等因素，從而得出最優(yōu)的改造方案。

2 改造方案設(shè)計計算結(jié)果與分析

2.1 管式加熱器和旁路煙道的設(shè)計

由于每側(cè)一次風(fēng)道各布置一個管式換熱器，共同完成煙氣加熱一次風(fēng)的任務(wù)。因此，在對管式換熱器進(jìn)行設(shè)計計算時，只需根據(jù)單側(cè)風(fēng)道的煙氣和一次風(fēng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計即可，4種不同加熱溫度所對應(yīng)的風(fēng)、煙主要參數(shù)如表3所示。

根據(jù)列管式換熱器設(shè)計要求，空氣在管內(nèi)流動，煙氣在管外流動，壁溫超過500℃的換熱管使用耐熱合金材質(zhì)，其他換熱管使用普通材質(zhì)。由于管式加熱器需要抽取4%-8%左右的煙氣作為加熱介質(zhì)，因此還需要考慮旁路煙道的設(shè)計問題。單側(cè)管式換熱器和相應(yīng)旁路煙道結(jié)構(gòu)參數(shù)如表4所示：

2.2 煙風(fēng)阻力計算結(jié)果及煙氣風(fēng)機(jī)選型

由于管式換熱器布置在一次風(fēng)道內(nèi)，旁路煙氣進(jìn)行熱量交換時需要通過引風(fēng)機(jī)為抽取的煙氣提供動力，且換熱器的布置給一次風(fēng)道增加了局部阻力損失，具體風(fēng)煙阻力計算結(jié)果和風(fēng)機(jī)的選型如表5所示。

由計算結(jié)果可知：空氣側(cè)阻力增加較少，適當(dāng)提高送風(fēng)機(jī)出力即可滿足管式換熱器空氣側(cè)工作要求，而煙氣側(cè)可以通過新增引風(fēng)機(jī)，保證旁路煙氣順利進(jìn)行熱量交換，并輸送至脫銷裝置入口。

2.3 改造對鍋爐性能參數(shù)的影響

通過熱力過程分析可知：抽取一部分轉(zhuǎn)向室煙氣加熱一次風(fēng)，使得流過低溫過熱器和省煤器的煙氣量減小，低溫過熱器出口氣溫和省煤器出口水溫都會降低。而煙氣由于被抽走一部分加熱一次風(fēng)，并且換熱后直接輸送至脫銷裝置入口，因此排煙量減小，排煙損失減小，鍋爐效率升高，排煙溫度降低，各個加熱溫度下鍋爐性能參數(shù)相對原來不加熱時的變化如表6所示：

通過計算分析可知，由于抽取的煙氣量較少，雖然鍋爐性能參數(shù)發(fā)生變化，但變化較小，能夠鍋爐仍然正常運行。

2.4 改造的經(jīng)濟(jì)效益分析

管式換熱器的投資成本和運行成本是為了實現(xiàn)提高一次風(fēng)溫度的目的，因此，以單位成本對應(yīng)的換熱量作為目標(biāo)函數(shù)，對不同管式換熱器設(shè)計結(jié)果進(jìn)行評價。假定：換熱器全年工作5000小時，普通換熱管和煙道每噸為0.8萬元，耐熱合金換熱管每噸2萬元，工業(yè)電價0.4元/度，則不同管式換熱器經(jīng)濟(jì)效益如表7所示：

由上述簡單計算分析可知：通過管式換熱器將320℃的一次風(fēng)加熱至370℃時，投資可以獲得最大的收益，經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)。

3 結(jié)束語

通過對轉(zhuǎn)向室煙氣加熱一次風(fēng)的所需的管式換熱器、煙道、引風(fēng)機(jī)等裝置進(jìn)行設(shè)計計算和分析，可以得出以下主要結(jié)論：

（1）通過管式換熱器可以將鍋爐轉(zhuǎn)向室煙氣熱量傳遞給一次風(fēng)，提高鍋爐對摻燒褐煤的適應(yīng)性，并且一次風(fēng)溫從320℃加熱到370℃時，單位成本獲得的換熱量最大，經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)。

（2）管式換熱器空氣側(cè)增加的阻力壓降較小，適當(dāng)提高送風(fēng)機(jī)出力即可滿足流動要求，而煙氣側(cè)阻力增加較多，需要在脫銷裝置入口額外安裝引風(fēng)機(jī)才能滿足煙氣流動需求。

（3）通過鍋爐整體熱力計算得出，抽取一定煙氣加熱一次風(fēng)會導(dǎo)致低溫過熱器出口汽溫降低，省煤器出口水溫降低，排煙溫度降低，鍋爐效率升高，但由于抽取煙氣量較少，對鍋爐造成的負(fù)面影響很容易通過燃燒調(diào)整進(jìn)行彌補(bǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]王文生，尚海軍，祝志福.煙煤鍋爐摻燒褐煤產(chǎn)生的問題及其改造[J].熱力發(fā)電，2009，38（9）：60-69.

[2]馮俊凱，沈幼庭，楊瑞昌.鍋爐原理及計算（第三版）[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[3]續(xù)魁昌，王洪強(qiáng)，蓋京方.風(fēng)機(jī)手冊（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

作者簡介：靳菲（1988-），男，漢族，寧夏銀川人，北方民族大學(xué)助教，2014年畢業(yè)于華北電力大學(xué)熱能工程專業(yè)，主要從事節(jié)能技術(shù)方向的教學(xué)與研究。