電廠低溫省煤器的優(yōu)化實(shí)踐

王文瑛

（西山熱電有限責(zé)任公司， 山西 太原 030022）

引言

我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了我國(guó)是以火力發(fā)電為主要發(fā)電形式。提高發(fā)電機(jī)組的熱效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，是電力技術(shù)人員的研究方向。要提高火力發(fā)電機(jī)組的熱效率，主要有三個(gè)途徑：提高新蒸汽及再熱蒸汽參數(shù)、降低汽輪機(jī)冷端損失與鍋爐熱損失。前兩者受限于材料的耐熱性能及環(huán)境溫度的影響，進(jìn)一步提高熱效率是不經(jīng)濟(jì)的。鍋爐熱損失中排煙熱損失占比約70%，排煙溫度升高1℃就會(huì)使鍋爐熱效率降低10%，因此使用低溫省煤器回收利用鍋爐煙氣余熱，是一種提高鍋爐整體熱效率經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)[1]。過去幾年，越來越多的火力發(fā)電機(jī)組逐步應(yīng)用低溫省煤器系統(tǒng)降低排煙熱損失，并取得了一定的節(jié)能效果。

1 低溫省煤器系統(tǒng)

低溫省煤器在火力發(fā)電機(jī)組中回收排煙余熱后的利用途徑主要是加熱凝結(jié)水和加熱采暖官網(wǎng)循環(huán)水。一般只有采暖機(jī)組中才考慮在采暖期進(jìn)行采暖官網(wǎng)循環(huán)水的加熱，其余發(fā)電機(jī)組基本采用加熱凝結(jié)水的方式進(jìn)行余熱利用。低溫省煤器吸收煙氣余熱提高凝結(jié)水溫度，使汽輪機(jī)抽氣量減少，回?zé)岢闅庾龉α吭龆?，在能量消耗一定的情況下，增加了汽輪機(jī)組的發(fā)電能力。

低溫省煤器在熱力系統(tǒng)中的連接方式主要有串聯(lián)和并聯(lián)兩種，如圖1所示。

在串聯(lián)系統(tǒng)中，低壓加熱器NOj-1出口與低溫省煤器連接，全流量凝結(jié)水通過低溫省煤器吸熱升溫，再全部返回到低壓加熱器NOj的入口，類似于電路系統(tǒng)中的串聯(lián)電路。串聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是通過低壓省煤器的水流量大，換熱溫差大，對(duì)排煙余熱的利用率高，經(jīng)濟(jì)效果比較好，其缺點(diǎn)是凝結(jié)水管道用量大，水流阻力大，超過一定范圍時(shí)需要增大低壓系統(tǒng)水泵的壓頭以保證凝結(jié)水系統(tǒng)正常運(yùn)行。

圖1 低溫省煤器的鏈接方式

在并聯(lián)系統(tǒng)中，凝結(jié)水在低壓加熱器NOj-1出口處分流，部分流向低溫省煤器吸熱升溫，再返回到NOj的凝結(jié)水管道入口與主凝結(jié)水匯合，類似電路系統(tǒng)中的并聯(lián)電路。并聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是凝結(jié)水管道用量小，對(duì)系統(tǒng)附加阻力不大，不需要增大低壓系統(tǒng)水泵壓頭，維修時(shí)不影響系統(tǒng)運(yùn)行，其缺點(diǎn)是在吸收熱量相同的情況下，并聯(lián)系統(tǒng)比串聯(lián)系統(tǒng)需要更大的換熱面積，造價(jià)較高，不經(jīng)濟(jì)。

在定性分析中，串聯(lián)系統(tǒng)比并聯(lián)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效果好，因此本文以低溫省煤器串聯(lián)連接為前提，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化探討。

2 低溫省煤器布置位置

低溫省煤器的布置位置受到煙氣溫度、煙道材料防低溫腐蝕成本、粉塵對(duì)省煤器的磨損及實(shí)際空間等條件的限制，主要有兩種布置方式：一是布置在除塵器之后，脫硫塔前的管道上；二是布置在除塵器之前，空氣預(yù)熱器之后的管道上。若低溫省煤器布置在除塵器前，煙氣中的粉塵會(huì)加速省煤器磨損，安全性較差，設(shè)備壽命往往無法達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，而低溫省煤器的價(jià)格較高，因此排除此種布置方式。本文提出傳統(tǒng)的方案一和優(yōu)化的方案二兩種布置方式。

方案一中，將單級(jí)低溫省煤器布置在除塵器后，脫硫塔前的煙道母管上，如圖2所示。從7、8號(hào)低壓加熱器前各接一路冷凝水至低溫省煤器，吸熱升溫后，返回至7號(hào)低壓加熱器前冷凝水管。

圖2 方案一系統(tǒng)布置圖

方案二中，兩級(jí)低溫省煤器串聯(lián)安裝在脫硫塔前的管道上，上游為低溫省煤器A，下游為低溫省煤器B，低溫省煤器A的出口與低溫省煤器B的入口相連，如圖3所示。凝結(jié)水從7號(hào)低壓加熱器出口流出，經(jīng)過低溫省煤器A，吸熱升溫，流至6號(hào)低壓加熱器凝結(jié)水入口管道，8號(hào)低壓加熱器出口的凝結(jié)水通過低溫省煤器B吸熱升溫流至7號(hào)低壓加熱器凝結(jié)水入口管道。該方案的安全性與方案一基本一致，熱能利用率與設(shè)備成本高于方案一。

圖3 方案二系統(tǒng)布置圖

3 技術(shù)對(duì)比分析

本文以神頭電廠1 000 MW火電機(jī)組為例進(jìn)行技術(shù)方案對(duì)比分析，設(shè)定工況為TMCR工況，每年運(yùn)行時(shí)間為5 000 h[2]，機(jī)組廠家提供的設(shè)置低溫省煤器前的熱平衡如圖4所示，圖中：P為壓力，T為溫度，Dp為壓力差，H為比焓，Ts為飽和蒸汽溫度，M為流量，X為氫氣純度。

圖4 設(shè)置低溫省煤器前的熱平衡圖

3.1 方案一TMCR工況分析

如圖5所示（圖中符號(hào)含義與圖4相同）對(duì)方案一TMCR熱平衡圖進(jìn)行分析，可以看到汽輪機(jī)低壓缸的各級(jí)抽氣壓力與溫度和無省煤器的系統(tǒng)相比沒有變化，流量略有變化，7級(jí)抽氣流量降低，節(jié)省出的流量在低壓缸中做功，提高了熱量利用率。按方案一加裝低溫省煤器后，經(jīng)過模擬計(jì)算，可增加發(fā)電功率4 826 kW，汽機(jī)熱耗率由原先的7 719 kJ/kWh變?yōu)? 682 kJ/kWh，供電標(biāo)煤耗降低1.08 g/kWh，按TMCR工況每年5 000 h運(yùn)行計(jì)算，標(biāo)煤消耗量每年減少5 400 t，按市場(chǎng)價(jià)650元/t計(jì)算，在發(fā)電量不變的前提下每年可節(jié)省351萬元。

圖5 方案一TMCR熱平衡圖

3.2 方案二TMCR工況分析

如下頁圖6所示（圖中符號(hào)含義與圖4相同）：對(duì)方案三TMCR熱平衡圖進(jìn)行分析，可以看到汽輪機(jī)低壓缸的各級(jí)抽氣壓力與溫度與無省煤器的系統(tǒng)相比沒有變化，流量略有變化，6、7級(jí)部分回?zé)嵴羝姆艧岜荒Y(jié)水在低溫省煤器內(nèi)吸收的熱量抵消，6、7級(jí)抽氣流量降低，節(jié)省出的流量在低壓缸中做功，提高了熱量利用率，8級(jí)抽氣量由于上級(jí)疏水量減少而有所增加。按方案三加裝低溫省煤器后，經(jīng)模擬計(jì)算，可增加發(fā)電功率6 024 kW，汽機(jī)熱耗率由原先的7 719 kJ/kWh變?yōu)? 673 kJ/kWh，供電標(biāo)煤耗降低1.35 g/kWh，按TMCR工況每年5 000 h運(yùn)行計(jì)算，標(biāo)煤消耗量每年減少6750t，按市場(chǎng)價(jià)650元/t計(jì)算，在發(fā)電量不變的前提下每年可節(jié)省438.75萬元。

圖6 方案二TMCR熱平衡圖

4 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

4.1 靜態(tài)投資對(duì)比分析

靜態(tài)投資主要從以下幾個(gè)方面考慮：

1）低溫省煤器設(shè)備價(jià)格。經(jīng)咨詢低溫省煤器設(shè)備廠家，方案一中的低溫省煤器價(jià)格為900萬元，方案二中的低溫省煤器價(jià)格為1 100萬元。

2）凝結(jié)水管道施工費(fèi)用。方案一中的凝結(jié)水管道增加約500m，方案二中的凝結(jié)水管道增加約1000m，本文按市場(chǎng)價(jià)每100 m管道20萬元進(jìn)行計(jì)算。

3）凝結(jié)水泵系統(tǒng)費(fèi)用增加。方案一中水側(cè)阻力約為0.2 MPa，水泵功率增加151 kW，方案二中水側(cè)阻力約為0.35 MPa，水泵功率增加271 kW。經(jīng)與水泵廠家咨詢，水側(cè)阻力0.2 MPa與0.36 MPa所選用的水泵型號(hào)相同，因此費(fèi)用無差別，電機(jī)功率的增加按每千瓦570元進(jìn)行計(jì)算，主備用水泵電機(jī)均需增加。

4）引風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用增加。方案一引風(fēng)機(jī)功率需增加612 kW，方案二引風(fēng)設(shè)備功率需增加760 kW，系統(tǒng)按2×50%方式配置，不設(shè)備用設(shè)備，按經(jīng)驗(yàn)價(jià)格每千瓦600元進(jìn)行計(jì)算。

靜態(tài)投資對(duì)比如表1所示。

表1 靜態(tài)投資對(duì)比分析表 萬元

4.2 投資回收分析

兩種方案的運(yùn)行成本差別主要體現(xiàn)在設(shè)備維護(hù)費(fèi)用及節(jié)約標(biāo)煤效益兩方面。每年的設(shè)備維護(hù)費(fèi)用按照靜態(tài)投資的1.5%進(jìn)行計(jì)算，每年節(jié)約的標(biāo)煤效益按照技術(shù)分方案析中節(jié)省的標(biāo)煤成本進(jìn)行計(jì)算。投資回收對(duì)比分析如表2所示。

表2 投資回收對(duì)比分析表

5 結(jié)語

通過對(duì)兩種低溫省煤器不同布置方式的方案進(jìn)行技術(shù)與經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，得出方案一與方案二安全可靠性基本相同，方案一的靜態(tài)投資略少于方案二，兩者的投資回收年限相同，但方案二的年節(jié)約標(biāo)煤效益大于方案一25%左右，從長(zhǎng)遠(yuǎn)運(yùn)行角度看，優(yōu)化的方案二優(yōu)勢(shì)更加明顯。低溫省煤器系統(tǒng)在電廠的應(yīng)用方案及其優(yōu)化，對(duì)新增及改造機(jī)組低溫省煤器系統(tǒng)具有一定借鑒意義。