煙水復合回熱系統(tǒng)節(jié)能效果的研究

席澤艷，張 敏，李 強，盛 偉

（1.沈陽工程學院研究生部，遼寧 沈陽 110136；2.遼寧中電投電站燃燒工程技術研究中心有限公司，遼寧 沈陽 110179）

1 煙水復合回熱系統(tǒng)

1.1 煙水復合回熱系統(tǒng)原理

煙水復合回熱系統(tǒng)在機組熱力系統(tǒng)基礎上，在機爐之間增加了兩種交換工質(zhì)：旁路給水和旁路凝結(jié)水。汽輪機系統(tǒng)方面，設置低壓加熱器水側(cè)旁路和高壓加熱器水側(cè)旁路。鍋爐系統(tǒng)方面，設置空預器煙氣旁路，旁路內(nèi)布置兩級換熱器，分別加熱給水、凝結(jié)水。鍋爐尾部再設置回收低品位余熱的低低溫省煤器—熱媒水暖風器，以煙氣替代部分抽汽加熱給水。煙水復合回熱系統(tǒng)采用機爐耦合換熱的思路，具有更大的節(jié)能潛力，如圖1所示。

圖1 煙水復合回熱系統(tǒng)

1.2 煙水復合回熱系統(tǒng)組成

1.2.1 鍋爐部分

某電廠節(jié)能改造方案以煙水復合回熱系統(tǒng)為基礎，同時考慮制粉系統(tǒng)出力、系統(tǒng)煙風阻力等因素，其系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 煙水復合回熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）空氣預熱器旁路系統(tǒng)

旁路煙道與空氣預熱器并聯(lián)，煙道內(nèi)布置高壓換熱器和低壓換熱器。高壓換熱器用于加熱給水泵出口的給水，升溫后并入省煤器入口管道。低壓換熱器用于加熱6#低加出口的凝結(jié)水，經(jīng)加熱后并入除氧器進水母管。旁路系統(tǒng)利用煙氣加熱給水和凝結(jié)水，減少回熱系統(tǒng)抽汽量，增加汽輪機出力，達到節(jié)能目的。同時，減小空氣預熱器煙氣流量，降低煙氣總阻力。

2）熱媒水暖風器系統(tǒng)

空氣預熱器出口和旁路煙道的混合煙氣仍有大量的低品位余熱可以利用。通過設置低低溫省煤器—熱媒水暖風器系統(tǒng)，以封閉式循環(huán)水的方式利用煙氣余熱加熱風機出口的冷風。電除塵器前布置低低溫省煤器，利用煙氣加熱循環(huán)水。一次風風機和送風機出口風道布置熱媒水暖風器，利用循環(huán)水來加熱冷空氣。

3）一次風再熱器系統(tǒng)

該電廠燃用高水分褐煤，制粉所用干燥劑用量很大，即制粉所需一次風熱量大。空氣預熱器旁路的設置造成熱一次風溫度達不到設計值，影響制粉系統(tǒng)出力。給水回熱系統(tǒng)主要利用汽輪機抽汽的汽化潛熱，抽汽的過熱度越低，其機組的循環(huán)效率越高。該電廠3#汽輪機抽汽過熱度大、汽溫高，用于加熱熱一次風溫壓、熱量均合適。一次風再熱器系統(tǒng)設置在空氣預熱器至制粉系統(tǒng)的熱一次風風道上。1.2.2 汽輪機部分

1）高壓換熱器與給水回熱系統(tǒng)中的高壓加熱器并聯(lián)布置，高壓換熱器入口水取自給水泵出口（3#低壓加熱器入口），高壓換熱器出口水回至省煤器入口主給水管道（高壓加熱器旁路門后）。通過設置在給水母管上的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)高壓換熱器的水流量，水流量調(diào)節(jié)依據(jù)是換熱器出口水溫等于1#高壓加熱器出口水溫。

2）低壓換熱器與凝結(jié)水回熱系統(tǒng)中的5#低壓加熱器并聯(lián)布置，低壓換熱器入口水取自5#低壓加熱器入口，低壓換熱器出口水回至5#低壓加熱器出口。通過設置在凝結(jié)水母管上的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)低壓換熱器的水流量。水流量調(diào)節(jié)依據(jù)是換熱器出口水溫等于除氧器飽和水溫。

2 機組熱力性能計算方法

2.1 鍋爐效率

低低溫省煤器回收的煙氣余熱用來加熱空預器進口冷風（熱媒水暖風器）。計算鍋爐熱效率時，邊界選擇在低低溫省煤器煙氣側(cè)出口，空預器旁路煙道的高、低壓加熱器吸收熱量由汽機側(cè)進行計算，因此該部分煙氣焓降作為鍋爐的一個熱損失。采用反平衡的方法計算鍋爐熱效率，鍋爐效率計算公式如下：

式中，ηb為鍋爐熱效率；q2為排煙熱損失；q3為可燃氣體未完全燃燒熱損失；q4為固體未完全燃燒熱損失；q5為散熱損失；q6為灰渣物理熱損失。

在試驗期間，如果送風溫度、給水溫度以及燃料特性偏離各自的設計值，那么測試的鍋爐效率無法對比。因此，需要根據(jù)GB10184-1988《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》中的有關規(guī)定，將鍋爐熱效率測量值修正到設計條件下。給水溫度偏差對排煙溫度的修正，同樣采用GB10184-1988《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》中推薦的公式，如果實際給水溫度與設計值偏差小于10℃，則不予修正。

在進行鍋爐各項熱損失修正時，將燃料各組分及低位發(fā)熱量的設計值、修正后的排煙溫度和設計基準溫度替代鍋爐各項熱損失計算公式中的試驗值，即可求得修正后的各項熱損失值。

2.2 汽輪機熱耗率

式中，HRt為試驗熱耗率；Fthr和Hthr分別為主蒸汽流量和焓；Ffw和Hfw分別為高壓加熱器旁路給水流量和焓；Hhrh為再熱熱段蒸汽焓；Fcrh和Hcrh1分別為再熱冷段流量和焓；Frhs和Hrhs分別為再熱減溫水流量和焓；FGY和HGYC分別為高壓換熱器出口給水流量和焓；WCG為機組負荷。

按ASME PTC6-2004《汽輪機性能試驗規(guī)程》進行第一類修正計算，主要修正影響給水加熱系統(tǒng)的參數(shù)有：①給水加熱器端差；②給水加熱器疏水冷卻段端差；③抽汽管道壓損；④系統(tǒng)貯水量變化；⑤凝結(jié)水泵和給水泵的焓升；⑥凝結(jié)水過冷度；⑦補給水量；⑧控制蒸汽溫度用的減溫水。

第二類修正主要修正對汽輪機性能有主要影響的參數(shù)：①汽輪機主蒸汽壓力；②汽輪機主蒸汽溫度；③汽輪機熱再蒸汽溫度；④再熱器壓降；⑤汽輪機排汽壓力。

第二類修正采用制造廠提供的修正曲線。

2.3 機組供電煤耗率

各工況下的供電煤耗計算公式如下：

式中，bn為機組供電煤耗；HRt為汽輪機熱耗率；ηb為鍋爐效率；ηp為管道效率；ra為機組廠用電率。

3 案例分析

某超臨界600 MW機組鍋爐為HG-1900/25.4-HM2型變壓運行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的直流鍋爐，汽輪機為CLN600-24.2/566/566型，一次中間再熱、單軸、三缸、四排汽、反動凝汽式，回熱系統(tǒng)配置3個高壓加熱器，4個低壓加熱器，還有1個除氧器。鍋爐測點分別布置在空預器進、出口，高溫加熱器進、出口，低溫加熱器出口以及低溫省煤器進、出口。該機組投運煙水復合系統(tǒng)前、后，同時進行了不同負荷下鍋爐、汽輪機及電氣專業(yè)的性能試驗。鍋爐效率的性能試驗結(jié)果如表1所示，汽輪機性能試驗結(jié)果如表2所示，電廠煤耗計算結(jié)果如表3所示。

表1 煙水復合投入前、后鍋爐效率

由表1可知，在燃燒褐煤的情況下，600 MW負荷投運前修正后的鍋爐熱效率是92.39%，投運后的效率是91.26%，降低了1.13個百分點；510 MW負荷投運前修正后的鍋爐熱效率是92.45%，投運后的效率是91.35%，降低了1.10個百分點；450 MW負荷投運前修正后的鍋爐熱效率是92.42%，投運后的效率是91.74%，降低了0.68個百分點；300 MW負荷投運前修正后的鍋爐熱效率是92.36%，投運后的效率是91.99%，降低了0.37個百分點。

煙水復合系統(tǒng)投運后，導致鍋爐熱效率比投運前降低的原因是旁路煙道煙氣熱損失較大。在600 MW負荷下，旁路煙道煙氣焓降熱損失為4.003%，在510 MW負荷下為3.861%，在450 MW負荷下為2.923%，在300 MW負荷下為1.643%。

表2 煙水復合投入前、后汽機熱耗

由表2可知，煙水復合系統(tǒng)投入前后，在100%負荷下，均以三個高壓調(diào)節(jié)閥全開，主蒸汽參數(shù)保持設計值的工況運行，煙水復合系統(tǒng)投入前的試驗熱耗為7 971.8 kJ/（kW·h），經(jīng)第一、二類修正后的熱耗為7 589.8 kJ/（kW·h）；煙水復合系統(tǒng)投入后的試驗熱耗為7 678.4 kJ/（kW·h），經(jīng)第一、二類修正后的熱耗為7 340.9 kJ/（kW·h），煙水復合投入后比投入前熱耗降低了248.9 kJ/（kW·h）。在85%負荷、75%負荷、50%負荷下，煙水復合系統(tǒng)投入后比投入前熱耗分別降低了216.5 kJ/（kW·h）、177.1 kJ/（kW·h）、79.7 kJ/（kW·h）。

表3 煙水復合投入前、后的供電煤耗

由表3可知，煙水復合系統(tǒng)投入前，在100%負荷下，試驗供電煤耗為317.77 g/（kW·h），修正后的供電煤耗為302.83 g/（kW·h）；煙水復合系統(tǒng)投入后，在100%負荷下，試驗供電煤耗為309.55 g/（kW·h），修正后的供電煤耗為296.05 g/（kW·h），供電煤耗在煙水復合投入后比投入前降低了6.79 g/（kW·h）。在85%負荷、75%負荷、50%負荷下，供電煤耗煙水復合系統(tǒng)投入后比投入前分別降低了5.51 g/（kW·h）、5.40 g/（kW·h）、2.26 g/（kW·h）。

4 結(jié) 論

綜合以上分析可知，在投入煙水復合回熱系統(tǒng)后，由于旁路煙道煙氣熱損失較大使鍋爐效率有所下降，如在600 MW負荷下鍋爐效率降低了1.13個百分點，但此時汽輪機熱耗率下降了248.9 kJ/（kW·h）。根據(jù)對600 MW機組煤耗的計算經(jīng)驗進行粗略計算，即鍋爐效率每下降1個百分點，供電煤耗上升3.2 g/（kW·h），汽輪機熱耗率每下降100 kJ/（kW·h），供電煤耗下降3.5 g/（kW·h），煙水復合回熱系統(tǒng)在600 MW負荷下由于鍋爐效率下降可使煤耗上升3.616 g/（kW·h），而汽機熱耗下降可使煤耗下降8.711 g/（kW·h），相互抵消后可得整個系統(tǒng)的供電煤耗下降5.096 g/（kW·h），其他負荷與其類似。由實際運行結(jié)果可知，供電煤耗在煙水復合系統(tǒng)投入后比投入前降低了6.79g/（kW·h），節(jié)能效果顯著。因此，煙水復合回熱系統(tǒng)在火力發(fā)電企業(yè)中有較大的應用價值。