鍋爐低溫省煤器改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊恒宇

（神華國(guó)能焦作電廠有限公司，河南焦作，454351）

鍋爐低溫省煤器改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊恒宇

（神華國(guó)能焦作電廠有限公司，河南焦作，454351）

低溫省煤器系統(tǒng)的改造優(yōu)化可提高鍋爐運(yùn)行效率與節(jié)省煤炭用量。采用理論分析，結(jié)合相關(guān)案例，對(duì)技術(shù)要點(diǎn)、關(guān)鍵問(wèn)題和控制措施等改造方案進(jìn)行了分析研究。改造后，低溫省煤器入口水溫控制在70℃以上，出口排煙溫度控制在95℃以上，煙氣壓差控制在200～300 Pa。實(shí)踐表明：加強(qiáng)對(duì)低溫省煤器的入口水溫和出口煙氣溫度的控制，管控好煙氣壓差等相關(guān)指標(biāo)，全面進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，鍋爐低溫省煤器改造優(yōu)化方案可行。

鍋爐；低溫省煤器；煙氣溫度；煙氣壓差；自動(dòng)控制

引言

根據(jù)我國(guó)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（2011年版），對(duì)鍋爐煙氣排放做出了具體要求——鍋爐煙塵排放量不得大于30 mg/Nm3，部分地區(qū)煙塵排放量不得大于20 mg/Nm3。為了達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)行系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化和改造，從而得到低溫省煤器和低溫電除塵的結(jié)合機(jī)組。鑒于此，本文主要分析改造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和具體方法。

1 改造技術(shù)方案概述

低溫省煤器改造的目標(biāo)，主要包括以下幾個(gè)方面：（1）降低排煙溫度，提高熱利用率；（2）提高除塵效率，降低SO2排放濃度；（3）減少脫硫耗水量；（4）解決低溫腐蝕和積灰的問(wèn)題。這些目標(biāo)的確立主要是依據(jù)鍋爐低溫省煤器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)而決定的，如圖1所示。

圖1 鍋爐低溫省煤器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

依據(jù)目標(biāo)要求，改造技術(shù)方案如下：首先，在眾多低溫省煤器布置方式中，選擇在電除塵前布置低溫省煤器的形式；低溫省煤器吸收排煙熱量時(shí)，采用凝結(jié)水降低排煙溫度；在降低排煙溫度的同時(shí)，低溫省煤器溫度升高所增加的熱量可以代替低壓加熱器的部分能量，應(yīng)用于汽輪機(jī)低壓加熱器系統(tǒng)中。其次，為了降低能耗，在發(fā)電量一定時(shí)可利用回收的熱量對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行加熱。同時(shí)由于排煙溫度的降低，脫硫工藝水的消耗量也相應(yīng)減少，從而進(jìn)一步提高了機(jī)組系統(tǒng)的節(jié)能性[1]。

低溫省煤器改造技術(shù)方案有效降低煙塵濃度的原理如下：在一定的設(shè)計(jì)條件下，低溫省煤器出口煙溫度控制在85～95℃范圍，溫度值可以通過(guò)特定組件進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，在降低煙氣溫度的同時(shí)，粉塵比電阻也隨之減少，進(jìn)而減小煙氣的流動(dòng)速度和電除塵器的煙塵濃度[2]。

2 關(guān)鍵問(wèn)題和控制措施

為了滿足機(jī)組的運(yùn)行需求，在改造設(shè)計(jì)過(guò)程中首先要加強(qiáng)對(duì)低溫省煤器自身溫度的有效控制，同時(shí)還要選擇出適應(yīng)性強(qiáng)的進(jìn)出口水溫和流量，保證設(shè)備選擇的合理性。其次，低溫省煤器設(shè)備本身能級(jí)較低且傳熱系數(shù)不大，因此在優(yōu)化改造過(guò)程中，要對(duì)其回水溫度和位置等要素進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)，從而提高低溫省煤器與熱力系統(tǒng)的耦合程度，并在其基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的節(jié)能設(shè)計(jì)。下面對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)和控制要點(diǎn)展開(kāi)分析。

2.1 入口水溫度控制

控制低溫省煤器入口水溫度是避免水側(cè)低溫段發(fā)生腐蝕的最有效方法，同時(shí)也可以使管束最低溫度處于68～78℃。低溫省煤器入口水溫度要控制在大于或等于70℃的范圍內(nèi)，其方法主要包括不同溫度水混合和再循環(huán)泵兩種，其中不同溫度水混合的方式在操作過(guò)程中較為簡(jiǎn)單，其應(yīng)用較為廣泛[3]。

機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性與低溫省煤器在熱力系統(tǒng)的取水方式密切相關(guān)，不管是選擇較低的進(jìn)口水溫還是較高的進(jìn)水溫度，都會(huì)影響到機(jī)組性能：當(dāng)選擇較低的進(jìn)口水溫時(shí)，雖然可以提高低溫省煤器的換熱效率，但會(huì)使管壁腐蝕速率增加；當(dāng)采取較高的進(jìn)水溫度時(shí)則相反。

在連接低溫省煤器和熱力系統(tǒng)時(shí)，一般會(huì)采用串聯(lián)或并聯(lián)兩種方式。當(dāng)控制方式為純低溫省煤器模式時(shí)，采用和相近溫度的省煤器進(jìn)行并聯(lián)的方法，通過(guò)控制進(jìn)入換熱器的水量，控制換熱器出口的排煙溫度；當(dāng)?shù)蜏厥∶浩髂Ｊ脚c暖風(fēng)器模式結(jié)合使用時(shí)，低溫省煤器的第1、2級(jí)供加熱凝結(jié)水，第3級(jí)供加熱暖風(fēng)器內(nèi)水，控制方式為切換第3級(jí)換熱器的進(jìn)出水閥，暖風(fēng)器回路吸收熱量，通過(guò)調(diào)節(jié)其循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速或控制管道閥門的開(kāi)度，依靠調(diào)節(jié)流入的凝結(jié)水量來(lái)控制最終的排煙溫度[4]。

2.2 出口煙氣溫度控制

在控制和調(diào)節(jié)低溫省煤氣出口煙氣溫度時(shí)，要通過(guò)調(diào)節(jié)其中的凝結(jié)水流量來(lái)完成。設(shè)計(jì)方案中，低溫省煤器出口煙溫度為85～95℃，采用凝結(jié)水流量調(diào)節(jié)時(shí)可以通過(guò)在凝結(jié)水管道上設(shè)置調(diào)節(jié)閥或設(shè)置升壓泵兩種方式。應(yīng)用較為廣泛的350 MW機(jī)組為了控制低溫省煤器出口煙氣溫度，在主凝結(jié)水管道上串聯(lián)了一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥，采用自動(dòng)控制的方式，通過(guò)調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量，將低溫省煤器出口煙氣溫度控制在95℃以上，可以加強(qiáng)對(duì)低溫省煤器腐蝕速率的有效控制，如圖2所示[5]。

圖2 出口煙氣溫度控制

2.3 煙氣壓差控制

與寬敞的工作環(huán)境相比，低溫省煤器的工作環(huán)境局限于電除塵和空氣預(yù)熱器間，再加上焊接高效換熱管導(dǎo)致低溫省煤器工作環(huán)境的灰塵較多，環(huán)境較為惡劣。低溫省煤器在灰塵的影響下會(huì)出現(xiàn)一系列問(wèn)題，例如運(yùn)行阻力的增加，煙氣流速的增大以及漏泄發(fā)生概率的增加等，均會(huì)嚴(yán)重的影響到機(jī)組正常運(yùn)行。鑒于此，加強(qiáng)對(duì)低溫省煤器煙氣壓差的控制是十分必要的。

一般情況下，低溫省煤器煙氣壓差控制在200～300 Pa。為了提高控制的有效性，需要安裝煙氣壓差監(jiān)測(cè)裝備，保證監(jiān)測(cè)連續(xù)性。低溫省煤器煙氣壓差控制一旦出現(xiàn)問(wèn)題，機(jī)組便可能面臨停機(jī)檢修的風(fēng)險(xiǎn)，因此在監(jiān)視過(guò)程中要確定合理的吹壞周期，掌握氣壓差的變化規(guī)律，從而加強(qiáng)控制的針對(duì)性[6]。

2.4 泄露監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)置

泄露報(bào)警裝置一般是指壓力變送器，設(shè)置部位包括低溫省煤器的出口母管、水側(cè)近母管、冷卻水分組等重要部位。壓力變送器的監(jiān)測(cè)對(duì)象（即可能引發(fā)泄露的問(wèn)題）包括煙氣側(cè)壓差異常、壓差變化較大以及壓力波動(dòng)混亂等。其次，為了更好地監(jiān)測(cè)壓差波動(dòng)規(guī)律和濕度變化，還要在煙氣出口煙道處加設(shè)濕度檢測(cè)儀器。

2.5 退出保護(hù)和控制方式

鍋爐低溫省煤器在出現(xiàn)以下2種情況時(shí)會(huì)發(fā)生自動(dòng)報(bào)警：（1）凝結(jié)水入口溫度低于70℃；（2）出口煙氣溫度低于85℃。當(dāng)出現(xiàn)以下2種問(wèn)題時(shí)，鍋爐低溫省煤器會(huì)進(jìn)行自動(dòng)切除省煤操作：（1）低溫省煤器管壁溫度小于設(shè)備某一特定值；（2）凝結(jié)水流量低于50%負(fù)荷[7]。

3 改造應(yīng)用

3.1 搪玻璃熱管技術(shù)引進(jìn)

搪玻璃熱管低溫省煤器與一般低溫省煤器相比，技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在用熱管技術(shù)代替了一般的換熱技術(shù)，其作用設(shè)備的安全性和可靠性更強(qiáng)，且可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，這主要是因?yàn)橛蔁峁芙M成的換熱設(shè)備是二次間壁換熱，熱管不會(huì)在蒸發(fā)段和冷凝段同時(shí)被破壞，從而使設(shè)備的安全性和可靠性得到有效強(qiáng)化。其次，熱管管壁溫度具有可調(diào)性，因此可以減少為調(diào)節(jié)溫度所實(shí)施的各種改造技術(shù)，這對(duì)于提高鍋爐效率具有重要價(jià)值。

再者，搪玻璃是一種無(wú)機(jī)材料，其防腐蝕性能安全可靠，可適應(yīng)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷隨季節(jié)變化而產(chǎn)生的排煙溫度變化，同時(shí)也可以適應(yīng)燃燒煤含硫量變化而產(chǎn)生的煙氣露點(diǎn)變化。在操作過(guò)程中無(wú)需調(diào)整壁溫，且控制操作程序較為簡(jiǎn)單。

搪玻璃熱管低溫省煤器可以將排煙溫度降低到脫硫塔最佳反應(yīng)溫度，即80℃左右，排煙溫度降幅在40℃以上，機(jī)組供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低2 g/kWh以上，經(jīng)估算，1臺(tái)350 MW機(jī)組每年可以節(jié)約4 000噸左右的煤源。由此可見(jiàn)，搪玻璃熱管低溫省煤器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是十分明顯的。

3.2 結(jié)構(gòu)改造

在結(jié)構(gòu)改造方面，第一種方案是將凝汽器出口冷凝水引入到低溫省煤器，在經(jīng)過(guò)與煙氣換熱以后，可將冷凝水加熱到95℃，再送回到低溫省煤器，從而減少用氣量，減少對(duì)汽輪機(jī)的抽氣量，從而達(dá)到節(jié)能目的。這種方案與本文探討的核心改造方案大致相同。

第二種方案是對(duì)于承擔(dān)供熱任務(wù)的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠，可以將低溫省煤器并聯(lián)到熱網(wǎng)中，在供熱期間可將供熱回水引入到低溫省煤器加熱，提升了溫度的回水再送入熱交換站，進(jìn)一步加熱到供水溫度送出，從而減少熱交換站的用汽。當(dāng)進(jìn)入到非供熱期間后，可將方案轉(zhuǎn)為第一種。

4 結(jié)論

通過(guò)分析低溫省煤器改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，說(shuō)明了入口水溫度、出口煙氣溫度、管道煙氣壓差對(duì)低溫省煤器性能的影響。低溫省煤器的優(yōu)化改造直接影響到鍋爐工作效率和能源利用率，因此為了貫徹節(jié)能環(huán)保理念，加強(qiáng)對(duì)新型低溫省煤器的研究和使用力度是十分必要的。

[1]靖長(zhǎng)財(cái). 鍋爐低溫省煤器改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)的對(duì)應(yīng)措施[J]. 神華科技, 2015(5): 49-52.

[2]赫向輝. 大型燃煤鍋爐低溫?zé)煔庥酂峋C合利用及節(jié)能分析[D].北京: 華北電力大學(xué), 2015.

[3]張?chǎng)? 鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)分析與優(yōu)化研究[D]. 北京: 華北電力大學(xué), 2015.

[4]陸萬(wàn)鵬. 基于電站鍋爐排煙余熱的機(jī)爐煙氣回?zé)嵫h(huán)理論與應(yīng)用研究[D]. 濟(jì)南: 山東大學(xué), 2012.

[5]劉嘉楷. 空冷機(jī)組余熱高效利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究[D].北京: 華北電力大學(xué), 2014.

[6]張昌順. 鍋爐煙氣余熱利用系統(tǒng)流程優(yōu)化及關(guān)鍵設(shè)備實(shí)驗(yàn)[D].北京: 華北電力大學(xué), 2014.

[7]王際洲. 燃煤發(fā)電機(jī)組熱力系統(tǒng)機(jī)理模型及非設(shè)計(jì)工況運(yùn)行特性研究[D]. 武漢: 華中科技大學(xué), 2015.

Design and Application on Transformation System of Low Temperature Economizer for Boilers

YANG Heng-yu
(Jiaozuo Power Plant, Shenhua Guoneng Energy Group Co., Ltd., Jiaozuo, Henan,454351, China)

Transformation and optimization on low temperature economizer system can improve the efficiency of a boiler and save its coal consumptions. In combination with theoretical analysis and case study, research is carried out on specific transformation schemes such as key technological points, core problems and control measures, etc. After such a transformation, its inlet water temperature is controlled at 70℃ above, its outlet exhaust gas temperature is controlled at 95℃ above, and its gas pressure differential is controlled between 200 to 300 Pa. It is deduced from the practice that, the main idea for transformation and optimization on low temperature economizer for boilers is to strengthen the control on inlet water temperature, outlet exhaust gas temperature as well as related indicators such as gas pressure differential, and conduct a systematic comprehensive monitoring.

Boiler; Low Temperature Economizer; Exhaust Gas Temperature; Gas Pressure Differential; Automatic Control

TK221

A

2095-8412 (2016) 06-1195-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.038

楊恒宇(1984-)，男，助理工程師。研究方向：設(shè)備檢修。