兩種暖風(fēng)器與低壓省煤器聯(lián)合系統(tǒng)節(jié)能對比分析

周洲，劉楠

(徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221100)

0 引言

火力發(fā)電廠鍋爐空氣預(yù)熱器普遍存在低溫腐蝕導(dǎo)致的堵塞問題，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性，通過鍋爐暖風(fēng)器提高空氣預(yù)熱器冷端綜合溫度，是解決這一問題的有效手段[1]，但鍋爐暖風(fēng)器會導(dǎo)致鍋爐排煙溫度升高，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。為解決這一矛盾，需要在鍋爐尾部煙道增加低壓省煤器系統(tǒng)，以回收鍋爐排煙余熱。因此，暖風(fēng)器與低壓省煤器聯(lián)合系統(tǒng)(以下簡稱聯(lián)合系統(tǒng))可以在解決鍋爐空氣預(yù)熱器低溫腐蝕和堵塞問題的同時，提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

聯(lián)合系統(tǒng)可以采用多種布置方式，本文以300 MW機(jī)組數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對具有代表性的兩種典型布置方式的節(jié)能效果進(jìn)行對比分析，為發(fā)電廠進(jìn)行此類改造提供參考。

1 聯(lián)合系統(tǒng)典型布置方案

目前，聯(lián)合系統(tǒng)有2種典型的布置方案[2-3]。

(1)方案1，低壓省煤器出口的高溫凝結(jié)水作為暖風(fēng)器熱源，部分或全部高溫凝結(jié)水通過暖風(fēng)器后回到汽輪機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)，其流程如圖1所示，華能山東發(fā)電有限公司某機(jī)組即采用此布置方案。

低壓省煤器凝結(jié)水取自#8低壓加熱器(以下簡稱低加)入口與#7低加出口，水溫可調(diào)。暖風(fēng)器熱源來自低壓省煤器出口高溫凝結(jié)水，水量可調(diào)。最終凝結(jié)水回水引至#6低加進(jìn)口。

(2)方案2，低壓省煤器出口高溫凝結(jié)水直接回到汽輪機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)，暖風(fēng)器設(shè)置單獨(dú)回路，汽輪機(jī)凝結(jié)水作為暖風(fēng)器熱源，回水至汽輪機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)，其流程如圖2所示。

圖1 方案1流程

圖2 方案2流程

低壓省煤器系統(tǒng)與方案1相同，凝結(jié)水取自#8低加入口與#7低加出口，水溫可調(diào)，回水引至#6低加入口。暖風(fēng)器熱源取自#7低加出口凝結(jié)水，經(jīng)增壓泵加壓后引至鍋爐暖風(fēng)器，回水至#8低加入口。

2 2種典型布置方案節(jié)能對比

2.1 邊界條件

(1)2種方案控制低壓省煤器進(jìn)口水溫、水量以及進(jìn)、出口煙溫相同。

(2)2種方案控制暖風(fēng)器溫升相同。

(3)本文以某300 MW機(jī)組熱耗率驗(yàn)收(THA)工況數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行對比分析。

對2種布置方案的節(jié)能差異分析如下。

(1)鍋爐側(cè)。因暖風(fēng)器進(jìn)、出口風(fēng)溫相同，低壓省煤器前、后煙氣溫度相同，因此，2種布置方案對鍋爐側(cè)熱經(jīng)濟(jì)性影響相同[4]。

(2)汽機(jī)側(cè)。凝結(jié)水通過低壓省煤器從鍋爐獲得的熱量相同，暖風(fēng)器從凝結(jié)水吸收的熱量相同，但因布置方式不同，暖風(fēng)器消耗的熱量能級不同，因此對汽輪機(jī)的熱經(jīng)濟(jì)性影響存在差異。

(3)忽略方案1暖風(fēng)器引起的凝結(jié)水泵功耗與方案2增壓泵功耗的差異。

綜上所述，分析2種方案對機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性影響，即分析2種方案的暖風(fēng)器消耗熱量對汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性影響。

2.2 暖風(fēng)器消耗熱量對汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性影響

根據(jù)鍋爐燃煤成分、過量空氣系數(shù)、空氣濕度、暖風(fēng)器前后空氣溫度，參考GB/T 10184—2015 《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行計(jì)算[5]。以某300 MW機(jī)組為例，鍋爐額定(BRL)工況下，取暖風(fēng)器進(jìn)、出口風(fēng)溫分別為20，60 ℃。經(jīng)計(jì)算得

式中：ΔQ，qV為鍋爐BRL工況下的暖風(fēng)器吸熱量、主蒸汽流量。

依據(jù)汽輪機(jī)熱平衡圖，計(jì)算汽輪機(jī)100%THA工況下等效焓降相關(guān)參數(shù)，見表1。

表1 機(jī)組等效焓降相關(guān)參數(shù)

(1)方案1。凝結(jié)水從低壓省煤器獲得的熱量通過排擠機(jī)組#6抽汽，提高了單位主蒸汽做功能力，增加了回?zé)嵯到y(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性，而該熱量被暖風(fēng)器消耗了部分，因此，暖風(fēng)器消耗的熱量本應(yīng)利用在#6抽汽的能級上。由等效焓降理論可得，暖風(fēng)器消耗熱量對汽機(jī)主蒸汽等效焓降影響為

Δh1=Δqη6=7.71 kJ/kg ，

折算到機(jī)組供電煤耗的影響為

式中：B為汽輪發(fā)電機(jī)組供電煤耗，取305 g/(kW·h)。

此計(jì)算結(jié)果僅為暖風(fēng)器消耗熱量對機(jī)組供電煤耗的影響，并非暖風(fēng)器對供電煤耗的全部影響。增加暖風(fēng)器后鍋爐排煙溫度、效率、低壓省煤器吸熱量等將發(fā)生變化[6]，而2種方案這部分變化相同，因此，未進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

(2)方案2。汽輪機(jī)凝結(jié)水加熱鍋爐暖風(fēng)器，增加了汽輪機(jī)#7，#8低加凝結(jié)水流量，相當(dāng)于消耗了汽輪機(jī)#7，#8低壓抽汽熱量。由等效焓降理論可得，暖風(fēng)器對主蒸汽等效焓降影響為

Δh2=Δqη7-8，

(1)

折算到機(jī)組供電煤耗的影響為

(2)

式中：η7-8為汽輪機(jī)第7,8段抽汽的等效抽汽效率。

η7-8可根據(jù)凝結(jié)水在#7，#8低加中的焓升及#7，#8低加抽汽效率得出，即

將η7-8代入式(1)，(2)得

Δh2=4.3 kJ/kg,ΔB2=1.12 g/(kW·h)。

同樣，為進(jìn)行對比分析，此計(jì)算結(jié)果并非暖風(fēng)器對機(jī)組供電煤耗的全部影響。

綜上所述，2種方案對機(jī)組供電煤耗影響的差值為0.89 g/(kW·h)。即方案2與方案1相比，機(jī)組供電煤耗多降低0.89 g/(kW·h)，根本原因是方案2中加熱暖風(fēng)器的熱源能級較低，造成的損失較小。

3 結(jié)論

300 MW機(jī)組在THA工況下，暖風(fēng)器進(jìn)、出溫度為20，60 ℃時，利用#7低加出口凝結(jié)水加熱暖風(fēng)器的聯(lián)合系統(tǒng)，與利用低壓省煤器出口凝結(jié)水加熱暖風(fēng)器的聯(lián)合系統(tǒng)相比較，可多降低機(jī)組供電煤耗0.89 g/(kW·h)。