1 000 MW超超臨界機(jī)組加裝低溫省煤器改造及熱經(jīng)濟(jì)性分析

馬記

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 煙臺(tái) 261441)

0 引言

對(duì)1 000 MW燃煤發(fā)電機(jī)組相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)鍋爐排煙溫度升高10 ℃時(shí)，鍋爐熱效率將下降0.5%左右，發(fā)電煤耗約升高1.5 g/(kW·h)。因此，鍋爐排煙溫度高的問(wèn)題已成為嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性的一個(gè)難題。降低鍋爐排煙溫度、吸收鍋爐排煙熱損失對(duì)1 000 MW燃煤機(jī)組節(jié)能降耗和經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行具有現(xiàn)實(shí)意義。目前，加裝低溫省煤器是有效回收鍋爐排煙余熱的措施之一[1]。華電萊州發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)萊州公司)1 000 MW超超臨界鍋爐年平均排煙溫度高達(dá)126 ℃，吸收排煙余熱，提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性勢(shì)在必行。本文對(duì)萊州公司#1機(jī)組加裝低溫省煤器后1 000，750 MW工況下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

1 設(shè)備及低溫省煤器煙氣、水側(cè)參數(shù)

萊州公司2臺(tái)1 000 MW超超臨界機(jī)組燃煤鍋爐為高效超超臨界參數(shù)、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、運(yùn)轉(zhuǎn)層以上露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型變壓直流爐。汽輪機(jī)為超超臨界、一次中間再熱、單軸四缸四排汽、凝汽式，設(shè)計(jì)額定功率為1 000 MW。

在機(jī)組小修煙氣超低排放一體化協(xié)同治理中，加裝低溫省煤器回收排煙熱損失，提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。1 000，750 MW工況下加裝低溫省煤器后煙氣、水側(cè)參數(shù)見(jiàn)表1(表中BMCR為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量)。

低溫省煤器出口水溫設(shè)計(jì)時(shí)，考慮低溫省煤器換熱管低溫腐蝕與靜電除塵器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

表1 1 000，750 MW工況下低溫省煤器煙氣、水側(cè)參數(shù)

2 低溫省煤器布置位置選擇

萊州公司燃煤機(jī)組在電除塵器入口煙道上布置6臺(tái)低溫省煤器，設(shè)置3臺(tái)熱媒循環(huán)泵(2用1備)。低溫省煤器布置位置選擇考慮以下2點(diǎn)因素。

(1)低溫省煤器布置在鍋爐靜電除塵器之前，將低溫省煤器系統(tǒng)和汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)有機(jī)地聯(lián)系在一起，不會(huì)對(duì)一/二次風(fēng)溫、鍋爐燃燒狀況造成影響，也不會(huì)降低空氣預(yù)熱器的換熱量。同時(shí)，低溫省煤器在尾部煙道吸收的煙氣熱量可看做是排煙余熱，鍋爐效率不會(huì)因此而變化。

圖1 低溫省煤器現(xiàn)場(chǎng)布置

3 低溫省煤器凝結(jié)水取水選擇

低溫省煤器利用鍋爐尾部煙道的排煙余熱直接加熱汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)中凝結(jié)水泵供出的低壓主凝結(jié)水。低溫省煤器系統(tǒng)可以通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的方式布置在汽輪機(jī)低壓加熱器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)低加)回路中，起到部分低加的相同作用，排擠汽輪機(jī)部分回?zé)岢槠谄啓C(jī)進(jìn)汽量不變的情況下，排擠抽汽返回至汽輪機(jī)繼續(xù)膨脹做功，在燃料量不變的情況下可以多獲得電功，提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性[2]。

針對(duì)萊州公司機(jī)組1 000 MW工況下，鍋爐空氣預(yù)熱器出口排煙溫度及汽機(jī)側(cè)低加水側(cè)運(yùn)行參數(shù)，確定低溫省煤器凝結(jié)水取水方案：凝結(jié)水從#8低加入口和#7低加出口主凝結(jié)水管分別取凝結(jié)水，混合后進(jìn)入低溫省煤器，吸熱升溫后再進(jìn)入#7低加出口主凝結(jié)水管，從而實(shí)現(xiàn)熱量的回收利用。低溫省煤器凝結(jié)水取水方案如圖2所示。

圖2 低溫省煤器凝結(jié)水取水方案

4 加裝低溫省煤器熱經(jīng)濟(jì)性分析

萊州公司低溫省煤器凝結(jié)水取水方案中，#7低加出口取水目的是與#8低加入口凝結(jié)水混合調(diào)節(jié)低溫省煤器入口凝結(jié)水溫度，因此，取水方案可看作#8低加入口取部分凝結(jié)水與低溫省煤器并列布置。低溫省煤器并聯(lián)系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 低溫省煤器并聯(lián)系統(tǒng)

低溫省煤器并聯(lián)系統(tǒng)從低加No.x入口分流部分凝結(jié)水Dd流經(jīng)低溫省煤器，吸收排煙余熱被加熱升溫后返回汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)，在低加No.(m-1)的出口處與主凝結(jié)水相匯合。從凝結(jié)水流系統(tǒng)看，低溫省煤器與No.x至No.(m-1)低加成并聯(lián)運(yùn)行方式。

經(jīng)過(guò)低溫省煤器的凝結(jié)水量Dd相對(duì)于1 kg新蒸汽的份額為

(1)

式中：α為份額，%；Dd為經(jīng)過(guò)低溫省煤器的凝結(jié)水量，kg/s；D為主蒸汽流量，kg/s。

外觀(guān)設(shè)計(jì)單獨(dú)立法論 ................................................張 鵬 06.45

依據(jù)等效熱降原理[3]，份額αd的凝結(jié)水從低加No.x入口引出熱系統(tǒng)，從低加No.(m-1)的出口進(jìn)入熱系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)獲得的實(shí)際做功收益為

(2)

低溫省煤器將機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性提高相對(duì)量

(3)

式中：H為新蒸汽等效焓降，kJ/kg；ηi為發(fā)電機(jī)組效率提高的相對(duì)值。

新蒸汽的等效焓降

(4)

式中：ηb為鍋爐試驗(yàn)效率，%；d為機(jī)組汽耗率，kg/(kW·h)。

發(fā)電機(jī)組效率提高的相對(duì)值

(5)

發(fā)電機(jī)組熱耗率降低相對(duì)值

Δq=qΔηi，

(6)

式中：q為機(jī)組熱耗率，kJ/(kW·h)。

機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低量

(7)

式中：ηg為管道效率，%。

機(jī)組全年煤耗降低量

ΔB=ΔbPn×10-6，

(8)

式中：P為發(fā)電機(jī)組額定功率，kW；n為機(jī)組在額定功率年工作小時(shí)數(shù)。

1 000，750 MW工況下汽輪機(jī)低加經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 1 000，750 MW工況下低加經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)

萊州公司#1機(jī)組加裝低溫省煤器后，1 000，750 MW工況的機(jī)組經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 1 000，750 MW工況加裝低溫省煤器經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

(1)萊州公司低溫省煤器布置在靜電除塵器入口煙道上，既降低了電除塵器入口煙氣溫度，提高了電除塵器除塵性能，同時(shí)充分吸收排煙余熱，提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性，位置布置方案具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

(2)考慮到受熱面低溫腐蝕，低溫省煤器凝結(jié)水取水方案、分水流量系數(shù)需經(jīng)過(guò)優(yōu)化選擇設(shè)計(jì)，保證低溫省煤器出口煙溫維持在(90±2 ℃)。

(3)機(jī)組加裝低溫省煤器后，1 000，750 MW工況下利用等效焓降法進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性分析，年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤量分別為2 515/2 393 t，去除熱媒循環(huán)泵電耗，年節(jié)約成本分別為17.66/12.39萬(wàn)元，提高了機(jī)組運(yùn)行的熱經(jīng)濟(jì)性。