330 MW 燃煤機(jī)組低溫省煤器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

溫寶輝

（南京軒能電力科技有限公司，江蘇 南京 210000）

引言

鍋爐排煙熱損失是鍋爐熱損失中最大的一項(xiàng)，大中型鍋爐在正常運(yùn)行時(shí)，排煙損失占到鍋爐燃料輸入熱量的4%到8%；在我國(guó)現(xiàn)役的燃煤火電機(jī)組中，燃煤鍋爐排煙設(shè)計(jì)溫度一般為120 ℃～140 ℃左右[1]，實(shí)際運(yùn)行的排煙溫度普遍在125 ℃～150 ℃左右，褐煤鍋爐在170℃左右，排煙溫度高是一個(gè)普遍的現(xiàn)象，由此造成了很大的能源浪費(fèi)。排煙溫度高使得粉塵比電阻升高，煙氣體積大流速快，造成除塵效率下降。

在目前“節(jié)能減排”的大環(huán)境下，使用低溫省煤器使鍋爐的排煙溫度再降低30 ℃～40 ℃，取得了良好的成效。而排煙溫度每降低15 ℃～25 ℃，就可提高機(jī)組效率1%左右。雖然加裝低溫省煤器后煙氣阻力有所上升，但是煙氣阻力的耗電量還不到節(jié)約成本的10%～30%，因此加裝低溫省煤器能節(jié)約能源，減少生產(chǎn)成本，具有重要的實(shí)際意義。

1 應(yīng)用方案

1.1 機(jī)組概況

某電廠2×330 MW 燃煤機(jī)組，鍋爐為SG-1036/17.5-M871 型亞臨界、一次中間再熱、控制循環(huán)汽包爐，單爐膛、Π 型結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)，四角切圓燃燒、擺動(dòng)燃燒器調(diào)溫、固態(tài)排渣，全鋼架懸吊式結(jié)構(gòu)、露天布置，三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器，中速磨煤機(jī)直吹式正壓冷一次風(fēng)制粉系統(tǒng)，雙室四電場(chǎng)電除塵器。

機(jī)組目前運(yùn)行的排煙溫度在140 ℃，進(jìn)行加裝低溫省煤器改造，吸收煙氣余熱，降低排煙溫度，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，保證電除塵的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，改造后電除塵出口粉塵質(zhì)量濃度≤20 mg/m3并應(yīng)盡可能的降低。

1.2 工藝流程

本次改造新增低溫省煤器設(shè)計(jì)條件下入口煙溫140 ℃，將煙氣溫度降至90 ℃，低溫省煤器煙氣和凝結(jié)水為逆流換熱，布置在靜電除塵器前的四路水平煙道上。根據(jù)機(jī)組熱平衡圖，本次改造擬從8#低壓加熱器入口和7#低壓加熱器出口凝水系統(tǒng)分別引出部分凝結(jié)水，混合至65 ℃凝結(jié)水進(jìn)入低溫省煤器，凝結(jié)水水溫升至約100 ℃，然后返回到6#低壓加熱器進(jìn)口，進(jìn)水溫度根據(jù)機(jī)組負(fù)荷及季節(jié)情況由調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，并設(shè)置凝結(jié)水再循環(huán)管，以利于低低溫省煤器進(jìn)水溫度的調(diào)整。低低溫省煤器按凝結(jié)水全容量設(shè)計(jì)，工藝流程如圖1 所示，主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

圖1 低溫省煤器工藝流程圖

表1 低溫省煤器主要技術(shù)參數(shù)表

1.3 進(jìn)水溫度的確定

目前鍋爐酸露點(diǎn)溫度計(jì)算方法較多，相比之下，前蘇聯(lián)1973 年鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法中的計(jì)算方法，由于是實(shí)踐中的總結(jié)，比較接近實(shí)際值。計(jì)算公式，如式（1）所示。

式中：tld為純水蒸汽露點(diǎn)，Sx為燃料折算硫分，Ax為燃料折算灰分，αh為飛灰份額，β 為與爐膛出口的過(guò)量空氣系數(shù)有關(guān)的系數(shù)。

根據(jù)鍋爐煤質(zhì)數(shù)據(jù)，計(jì)算出水露點(diǎn)溫度為39 ℃，酸露點(diǎn)溫度為97 ℃。煙氣中發(fā)生低溫露點(diǎn)腐蝕最大速率是發(fā)生在煙氣露點(diǎn)溫度之下10 ℃～30 ℃和水露點(diǎn)溫度以下[3]，為避免換熱管發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，需使換熱管壁面溫度避開(kāi)這兩個(gè)嚴(yán)重腐蝕區(qū)，并結(jié)合ND鋼金屬材料不同壁溫下的腐蝕速度最終確定進(jìn)入低溫省煤器的凝結(jié)水溫度為65 ℃。分別從8#低壓加熱器入口和7#低壓加熱器出口引凝結(jié)水混合至65 ℃。

1.4 防磨損、防腐蝕、防積灰措施

低溫省煤器換熱管材選用ND 鋼材料，ND 鋼是目前國(guó)內(nèi)外比較理想的“耐硫酸低溫露點(diǎn)腐蝕”用鋼材，其成分為09CrCuSb，ND 鋼的耐腐蝕能力是不銹鋼的2.97 倍，是碳鋼的14.11 倍[3]。針對(duì)低溫省煤器普遍存在的換熱管束磨損泄露、局部腐蝕、積灰等現(xiàn)狀[2]，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)將煙氣流速控制在9 m/s～10 m/s之間，在確保煙氣具備自清灰流速的前提下有效控制煙氣對(duì)換熱元件表面的磨損。在煙道內(nèi)加裝導(dǎo)流板，并通過(guò)CFD 模擬防止出現(xiàn)局部區(qū)域飛灰濃度增加以及偏流的出現(xiàn)。低溫省煤器布置在除塵器前，煙氣中煙塵含量較高，換熱器進(jìn)口段換熱管受到煙氣磨損較為嚴(yán)重，在第一排管子的迎風(fēng)面布置防磨管。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，換熱管與彎頭焊接處，在煙氣的沖刷下容易造成腐蝕泄露，將彎頭的焊口設(shè)置在煙道外，避免煙氣沖刷腐蝕而且造成水側(cè)泄漏。在低溫省煤器的高溫段安裝聲波吹灰器，在低溫段安裝蒸汽吹灰器，這樣更能保證吹灰效果，在設(shè)備正常運(yùn)行中，間斷地對(duì)換熱面進(jìn)行吹掃，從而保證換熱管表面不積灰。

1.5 運(yùn)行策略

鍋爐在運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)燃料特性改變、工況變化及低負(fù)荷的情況，低溫省煤器的出口煙氣溫度都需要保持在90 ℃±1 ℃，以保證后端除塵器效率。當(dāng)?shù)蜏厥∶浩鞯某隹跓煖氐陀?0 ℃，首先減少8#低加入口處引出的凝結(jié)水量，增加7#低加出口引出的凝結(jié)水量，提高換熱器進(jìn)水溫度，其次減少進(jìn)入換熱器的總流量，從而提高換熱器出口煙溫，防止換熱管產(chǎn)生嚴(yán)重的低溫腐蝕。反之，增加8#低加入口引出的凝結(jié)水量，減少7#低加出口引出的凝結(jié)水量，降低換熱器進(jìn)口水溫，從而保證煙氣溫降和余熱回收量。

低溫省煤器采取分組設(shè)計(jì)，在氣流方向上分三段，高度上又分兩層，每個(gè)模塊與主供水管道間設(shè)有手動(dòng)隔離閥，能方便的根據(jù)鍋爐的運(yùn)行工況實(shí)現(xiàn)整體和分組投運(yùn)。當(dāng)出現(xiàn)低負(fù)荷情況時(shí)，調(diào)節(jié)每臺(tái)低低溫省煤器高溫段、低溫段設(shè)備隔離閥的啟閉，可將高溫段省煤器切出運(yùn)行，達(dá)到低溫省煤器部分運(yùn)行的目的，最終控制低溫省煤器出口煙氣溫度溫度在90 ℃±1 ℃。當(dāng)?shù)蜏厥∶浩髂硞€(gè)模塊發(fā)生泄漏時(shí)，關(guān)閉該模塊前后集箱與主供水管道間手動(dòng)隔離閥，將事故模塊切出運(yùn)行，待有條件時(shí)進(jìn)行檢修。低溫省煤器換熱模塊布置示意，如圖2 所示。水側(cè)換熱回路示意，如圖3 所示。

圖2 換熱模塊布置示意圖

圖3 水側(cè)換熱回路示意圖

2 經(jīng)濟(jì)性分析

增設(shè)低溫省煤器沒(méi)有改善鍋爐燃燒等運(yùn)行工況，并未提高鍋爐的效率，而是從整個(gè)電廠來(lái)看提高了電廠的效率。低溫省煤器回收鍋爐尾部煙氣的余熱，加熱汽輪機(jī)進(jìn)入低壓加熱器的凝結(jié)水，排擠汽輪機(jī)抽汽，各級(jí)排擠抽汽回到汽輪機(jī)內(nèi)繼續(xù)做功，使低壓缸做功增加。同時(shí)，低壓缸排汽理論的增加直接導(dǎo)致凝汽器熱負(fù)荷的增加，凝汽器熱負(fù)荷的增加會(huì)引起凝汽器壓力增高，低壓缸排汽比焓增加，低壓缸做功減小。但是氣壓缸做功的增加遠(yuǎn)大于低壓缸做功的減少，降低了機(jī)組熱耗，提高了電廠的效率。

利用鍋爐排煙余熱，加裝低溫省煤器用來(lái)加熱凝結(jié)水，使580 t/h 凝結(jié)水由70 ℃加熱至100 ℃，可減少汽輪機(jī)抽汽，降低發(fā)電煤耗約2.87 g/kWh。低溫省煤器可將煙氣溫度由140 ℃降低到90 ℃，粉塵比電阻降低，除塵器電耗降低，同時(shí)，煙氣溫度的降低使得脫硫減溫水量大幅度減少，降低了脫硫的耗水量及電耗，降溫后煙氣的體積流量相應(yīng)降低，使得引風(fēng)機(jī)節(jié)約部分能耗。

3 結(jié)語(yǔ)

某電廠2×330MW 燃煤機(jī)組增設(shè)低溫省煤器改造后，煙氣溫度從140℃降低至90℃，回收余熱22 980 kW，除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度≤20 mg/m3，降低了發(fā)電煤耗，提高了機(jī)組效率。低溫省煤器運(yùn)行后沒(méi)有出現(xiàn)明顯的腐蝕、磨損，沒(méi)有明顯的偏流及積灰現(xiàn)象。低溫省煤器技術(shù)改造整體節(jié)能效果明顯，可以實(shí)現(xiàn)火電企業(yè)清潔、高效發(fā)展，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用價(jià)值。