1 000 MW機(jī)組低溫省煤器系統(tǒng)優(yōu)化

摘 要：對(duì)1 000 MW機(jī)組低溫省煤器系統(tǒng)的增效型創(chuàng)新進(jìn)行了介紹，即從凝結(jié)水系統(tǒng)中取水，為低溫省煤器進(jìn)水增加一路冷凝水旁路，將冷熱水混合，降低低溫省煤器進(jìn)水溫度，從而降低低溫省煤器排煙溫度，減小煙氣體積流量，實(shí)現(xiàn)提高引風(fēng)機(jī)出力，降低供電煤耗的目標(biāo)。同時(shí)對(duì)低省冷凝水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備選取、邏輯搭建，使其能滿足不同負(fù)荷工況下對(duì)低省進(jìn)口凝結(jié)水溫度及流量調(diào)節(jié)的要求。

關(guān)鍵詞：低溫省煤器；優(yōu)化控制；邏輯搭建；調(diào)節(jié)改進(jìn)；冷凝水

中圖分類號(hào)：TM621" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2025）06-0064-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.06.016

0" " 引言

節(jié)能降耗是一項(xiàng)重要的火電機(jī)組技術(shù)革新要求，比如某電廠百萬(wàn)機(jī)組供電煤耗計(jì)劃為272.15 g/（kW·h），上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)要求全體職工嚴(yán)格執(zhí)行“程序合規(guī)，計(jì)量完善，技術(shù)創(chuàng)新，指標(biāo)先進(jìn)，工藝精準(zhǔn)，低碳環(huán)?！钡墓?jié)能方針，深挖節(jié)能潛力，確保本單位目標(biāo)完成。這就要求強(qiáng)化節(jié)能技術(shù)監(jiān)督，大力推進(jìn)新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備在節(jié)能減排、環(huán)境污染治理中的應(yīng)用，充分發(fā)揮創(chuàng)新引領(lǐng)作用，完成1 000 MW機(jī)組節(jié)能降耗的目標(biāo)。

根據(jù)分析，在1 000 MW機(jī)組風(fēng)煙系統(tǒng)中，低溫省煤器的作用是利用低壓加熱系統(tǒng)中的凝結(jié)水，降低鍋爐排煙溫度，提高發(fā)電廠循環(huán)熱效率；同時(shí)煙氣脫硝、脫硫改造和除塵器改造都對(duì)進(jìn)口煙氣溫度有一定的要求。因此，低溫省煤器不但能夠回收煙氣余熱，還能為環(huán)保改造提供便利條件。

某公司1 000 MW機(jī)組低溫省煤器布置在除塵器入口，進(jìn)口介質(zhì)取自7號(hào)低加出口凝結(jié)水，出口至6號(hào)低加進(jìn)口。在夏季滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，低溫省煤器進(jìn)口煙溫149 ℃，出口煙溫115 ℃，出口煙溫嚴(yán)重偏離了設(shè)計(jì)時(shí)105 ℃的設(shè)定值，導(dǎo)致省調(diào)嚴(yán)重的“兩個(gè)細(xì)則”考核。引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，風(fēng)機(jī)振動(dòng)偏大，風(fēng)機(jī)葉片易損傷，被迫降低氧量運(yùn)行，導(dǎo)致燃燒效率降低，同時(shí)易加劇水冷壁高溫腐蝕，影響劣質(zhì)煤摻燒比例，經(jīng)營(yíng)效益下降。如果將省煤器出口煙溫降低，將達(dá)到節(jié)能降耗、降本增效的目的，從而降低機(jī)組的供電煤耗。

該公司1 000 MW機(jī)組低溫省煤器出口煙溫?zé)o法被控制在設(shè)計(jì)參數(shù)下，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)出力受限。2023年脫硫系統(tǒng)進(jìn)行了提效改造，煙氣側(cè)增加550 Pa左右阻力，改造后，采用常規(guī)運(yùn)行調(diào)整方法，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行。因此，急需對(duì)低溫省煤器系統(tǒng)進(jìn)行增效型創(chuàng)新，降低其出口煙溫，減小煙氣體積流量，最終提高引風(fēng)機(jī)出力，提升燃燒效率，從而增加經(jīng)濟(jì)效益，顯著降低機(jī)組的供電煤耗。

針對(duì)1 000 MW機(jī)組夏季高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)達(dá)到上限，風(fēng)機(jī)振動(dòng)大，無(wú)法提供更大出力，導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法接帶更高負(fù)荷的問(wèn)題，該公司研制出一種新型低省出口煙溫控制工藝，能從根源上解決引風(fēng)機(jī)出力不足的問(wèn)題。

直接增加低省換熱器數(shù)量雖能有效降低出口煙溫，但對(duì)引風(fēng)機(jī)出力提出了更高的要求，加上機(jī)組即將面臨脫硫增效改造所帶來(lái)的煙氣阻力增加，引風(fēng)機(jī)現(xiàn)有出力將難以滿足需求，因此該方案不具有可行性。同時(shí)，目前高負(fù)荷工況下低溫省煤器進(jìn)水流量已達(dá)設(shè)計(jì)工況下最大的1 500 t/h，經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為繼續(xù)提高低省進(jìn)水流量已不現(xiàn)實(shí)。計(jì)劃對(duì)1 000 MW機(jī)組低溫省煤器系統(tǒng)進(jìn)行增效型創(chuàng)新：從凝結(jié)水系統(tǒng)中取水，為低溫省煤器進(jìn)水增加一路冷凝水旁路，將冷熱水混合，降低低溫省煤器進(jìn)口凝結(jié)水溫度，從而降低低溫省煤器排煙溫度，減小煙氣體積流量，實(shí)現(xiàn)提高引風(fēng)機(jī)出力，降低供電煤耗的目標(biāo)。同時(shí)對(duì)低省冷凝水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備選取、邏輯搭建，使其能滿足不同負(fù)荷工況下對(duì)低省進(jìn)口凝結(jié)水溫度及流量調(diào)節(jié)的要求。

1" " 模擬實(shí)驗(yàn)

1.1" " 位置選取

該公司寬負(fù)荷脫硝系統(tǒng)搭建時(shí)，為使省煤器出口煙溫不低于脫硝系統(tǒng)投入運(yùn)行最低煙溫要求的設(shè)定值，針對(duì)不同工況下旁路所需分流的給水流量進(jìn)行了計(jì)算，在滿足流量需求且保證不對(duì)其他設(shè)備、系統(tǒng)造成影響的前提下，對(duì)旁路設(shè)置的位置進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鲞x取。本課題擬采用相似的設(shè)計(jì)方法，選取既能滿足溫度、流量需求，又能保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的低省外加冷凝水取水位置。

1.2" " 設(shè)備選型

該公司寬負(fù)荷脫硝系統(tǒng)搭建時(shí)，針對(duì)不同調(diào)節(jié)閥型式對(duì)系統(tǒng)影響大小、響應(yīng)時(shí)間的快慢及經(jīng)濟(jì)性優(yōu)劣進(jìn)行了詳細(xì)的比選。本課題擬借鑒其經(jīng)驗(yàn)，采用相似的方法，對(duì)低省外加冷凝水調(diào)節(jié)閥型式進(jìn)行選取。

1.3" " 邏輯搭建

為提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，縮短響應(yīng)時(shí)間，文獻(xiàn)[1]對(duì)控制邏輯中涉及的控制量進(jìn)行了分析篩選。本課題擬采用相似的技術(shù)，對(duì)低省外加冷凝水系統(tǒng)中所涉及的控制量進(jìn)行分析選擇，繪制出相關(guān)邏輯圖，在該公司國(guó)電智深平臺(tái)上搭建低省外加冷凝水自動(dòng)控制邏輯。

1.4" " 邏輯拓展

文獻(xiàn)[1]分析了前饋、反饋邏輯在不同工況及脫硝調(diào)門開度下的特點(diǎn)，優(yōu)化了控制值的計(jì)算方法。本課題擬采用相似的技術(shù)，分析前饋、反饋方案邏輯對(duì)冷凝水調(diào)門控制的影響，并嘗試在反饋邏輯的基礎(chǔ)上，為冷凝水調(diào)門拓展出前饋控制邏輯，進(jìn)一步縮短系統(tǒng)調(diào)節(jié)的響應(yīng)時(shí)間。

2" " 數(shù)值計(jì)算

2.1" " 成效計(jì)算

該公司1 000 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)小機(jī)參數(shù)如表1所示。

隨著低省出口煙溫的下降，對(duì)應(yīng)的煙氣體積流量減小，引風(fēng)機(jī)的軸功率也隨之下降。

引風(fēng)機(jī)下降的軸功率N計(jì)算如下：

N=（QP）/（3 600η1×1 000×η2）" " " " " " "（1）

式中：Q為風(fēng)量，按煙溫降低10 ℃可減小的體積流量，取125 000～130 000 Nm3/h；P為風(fēng)壓，取6.0 kPa；η1為風(fēng)機(jī)內(nèi)效率，取0.7～0.8；η2為機(jī)械傳遞效率，取0.92～0.98。

經(jīng)計(jì)算，可以降低引風(fēng)機(jī)的軸功率：

N=（125 000～130 000）×6.0×1 000/（3 600×

0.75×1 000×0.95）=292.4～304.1 kW

計(jì)算可降低引風(fēng)機(jī)的軸功率約5%，即引風(fēng)機(jī)出力提升5%。

2.2" " 可靠性計(jì)算

低省進(jìn)水溫度過(guò)低，將會(huì)導(dǎo)致低省腐蝕，因此必須確保項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的低省進(jìn)水溫度合理。煙氣酸露點(diǎn)的計(jì)算溫度在102 ℃左右，一般來(lái)說(shuō)，只要保證低溫受熱面金屬壁溫高出煙氣酸露點(diǎn)溫度10 ℃左右，就能避免產(chǎn)生低溫腐蝕，堵灰也將得到改善。由于換熱器凝結(jié)水的溫度都在酸露點(diǎn)以下，因此受熱面金屬壁溫也低于酸露點(diǎn)溫度，就可能產(chǎn)生腐蝕。為保證換熱管運(yùn)行的安全性，需采用“有限腐蝕”的思路選擇受熱面的金屬壁溫。

為此，允許部分煙氣熱量回收裝置金屬壁溫處在酸露點(diǎn)以下，選取適當(dāng)?shù)谋跍夭⑼ㄟ^(guò)采用耐腐蝕的金屬材料以延長(zhǎng)煙氣熱量回收裝置的壽命。當(dāng)受熱面壁溫降低到酸露點(diǎn)以下時(shí)，硫酸開始凝結(jié)，引起腐蝕。當(dāng)溫度較高時(shí)，由于硫酸濃度很低，且凝結(jié)酸量不多，腐蝕速度較低。隨著壁溫進(jìn)一步降低，凝結(jié)酸量增加，腐蝕速度加快，腐蝕速度達(dá)到最大值后，隨壁溫進(jìn)一步降低，酸濃度下降，腐蝕速度也下降，直到腐蝕最低點(diǎn)。之后，金屬壁溫繼續(xù)下降，但由于酸濃度接近50%，同時(shí)凝結(jié)得更多，因此腐蝕速度又上升。

根據(jù)API（美國(guó)石油協(xié)會(huì)）及CE公司推薦的平均金屬壁溫導(dǎo)則，可以看出煤質(zhì)中硫含量與冷端平均壁溫的關(guān)系，如圖1所示。

從圖1可以看出，當(dāng)煤質(zhì)中硫含量小于1.5%時(shí)，冷端平均壁溫應(yīng)大于65 ℃。根據(jù)鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，受熱面金屬壁溫大于水蒸氣露點(diǎn)溫度20 ℃，小于105 ℃，受熱面金屬低溫腐蝕速率小于0.2 mm/a，這個(gè)腐蝕速度是可以接受的。水露點(diǎn)溫度為47 ℃左右，因此認(rèn)為金屬壁溫應(yīng)在67 ℃以上。與此同時(shí)，調(diào)取了項(xiàng)目實(shí)施前1 000 MW機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)不同負(fù)荷下對(duì)應(yīng)的低省進(jìn)水溫度，該公司低省進(jìn)水溫度最高85 ℃，低負(fù)荷時(shí)在70 ℃左右，且長(zhǎng)期該工況運(yùn)行，未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕。

為進(jìn)一步驗(yàn)證將低省進(jìn)水溫度設(shè)置為70 ℃時(shí)不會(huì)出現(xiàn)低溫腐蝕現(xiàn)象，對(duì)低負(fù)荷時(shí)低溫省煤器中工作環(huán)境最差的傳熱管壁溫進(jìn)行了計(jì)算。傳熱管金屬壁溫計(jì)算公式如下：

Tb=Ty-（Ty-t）"（2）

式中：Tb為傳熱管金屬壁溫（℃）；Ty為煙氣溫度（℃）；t為冷凝水溫度（℃）；α1為煙氣側(cè)換熱系數(shù)，取30.96 W/（m2·℃）（考慮管壁污染影響）；α2為冷凝水側(cè)放熱系數(shù)，本項(xiàng)目中為3 500 W/（m2·℃）；β1為傳熱管對(duì)流換熱外表面積與內(nèi)表面積之比，對(duì)于本項(xiàng)目中的H型翅片管，節(jié)距為16 mm，β1=11.29；β2為傳熱管導(dǎo)熱換熱外表面積與內(nèi)表面積之比，對(duì)于？準(zhǔn)38×5的管子，β2=1.36；Δ為傳熱管壁厚，取0.005 m；λ為管壁導(dǎo)熱系數(shù)，取41.7 W/（m2·℃）。

由式（2）可計(jì)算出管壁溫度最低為80.4 ℃，高于67 ℃的限值。

綜合上述分析，進(jìn)水溫度選擇70 ℃時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)明顯的低溫腐蝕現(xiàn)象，滿足項(xiàng)目的可靠性要求，能夠保證改造過(guò)后系統(tǒng)安全運(yùn)行。所以，通過(guò)1 000 MW機(jī)組低省外加冷凝水系統(tǒng)的研制，將引風(fēng)機(jī)出力提升5%，供電煤耗降低0.1 g/（kW·h），理論上是可以實(shí)現(xiàn)的。

為解決低溫省煤器出口煙溫過(guò)高的問(wèn)題，降低供電煤耗，選擇對(duì)1 000 MW機(jī)組低溫省煤器系統(tǒng)進(jìn)行增效型創(chuàng)新改造，在滿足低溫省煤器安全運(yùn)行條件的前提下，為低溫省煤器進(jìn)水增加冷凝水，降低低溫省煤器進(jìn)口給水溫度。隨著冷凝水旁路的增加，需要搭建相關(guān)邏輯，保證低省進(jìn)水溫度、流量的快速可靠調(diào)節(jié)。

3" " 效果檢查

3.1" " 目標(biāo)完成情況

1 000 MW機(jī)組低省外加冷凝水系統(tǒng)于2023年8月至9月投入使用，在效果檢查期間，運(yùn)行人員察看歷史趨勢(shì)和數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀況良好，低省出口煙氣溫度相比于2022年迎峰度夏階段同時(shí)期有顯著降低（表2），1 000 MW機(jī)組供電煤耗明顯下降。調(diào)取效果檢查期間迎峰度夏階段低省出口煙氣溫度曲線，可以看出項(xiàng)目實(shí)施后迎峰度夏期間低省出口煙溫最高不超過(guò)107 ℃。

從表2可以看出，效果檢查期間，低省出口煙溫降低約10 ℃，煙氣換熱效率提高，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，折合供電煤耗下降約0.1 g/（kW·h）。

調(diào)取引風(fēng)機(jī)靜葉開度及轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)分析軟件繪制了2022、2023年迎峰度夏期間機(jī)組運(yùn)行時(shí)的靜葉開度及轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)分布直方圖，如圖2、圖3所示。

在夏季滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，引風(fēng)機(jī)靜葉開度從95%降至90%，引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)? 300 r/min降至5 150 r/min，引風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)分析表明，引風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)明顯改善，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，引風(fēng)機(jī)出力上升約6%，保證了脫硫提效改造后引風(fēng)機(jī)出力仍能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

3.2" " 效益分析

3.2.1" " 經(jīng)濟(jì)效益

優(yōu)化實(shí)施后，避免因引風(fēng)機(jī)出力受限導(dǎo)致的氧量降低幅度約0.2%，從而避免了影響高負(fù)荷時(shí)CO及飛灰含碳量，供電煤耗下降約0.1 g/（kW·h）；改造后，高負(fù)荷階段，排煙煙溫能從115 ℃降低至105 ℃左右，提高了煙氣熱量回收效果，同時(shí)進(jìn)一步減少了#7/#8低加進(jìn)汽量。但在夏季高負(fù)荷階段，低壓缸排汽溫度會(huì)有所上升，因此全年度綜合考慮，供電煤耗約下降0.15 g/（kW·h）。

3.2.2" " 隱形效益

本項(xiàng)目的實(shí)施，可進(jìn)一步提高機(jī)組的可靠性，保障社會(huì)電力穩(wěn)定供應(yīng)，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的同時(shí)也真正做到了節(jié)能降耗，降低發(fā)電成本，為公司創(chuàng)造更高的利潤(rùn)，因而具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4" " 結(jié)論

該公司通過(guò)對(duì)1 000 MW機(jī)組低溫省煤器系統(tǒng)的優(yōu)化，有效降低了鍋爐的排煙溫度與煙氣體積流量，在提高引風(fēng)機(jī)出力的同時(shí)減少了供電煤耗，并且還解決了夏季工況下引風(fēng)機(jī)出力不足問(wèn)題?？梢哉f(shuō)，此次優(yōu)化改造比較成功，達(dá)到了預(yù)期效果。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 葛朋，刁云鵬，夏志，等.鍋爐旁路煙道脫硝入口煙溫自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[J].吉林電力，2019，47（3）：40-42.

收稿日期：2024-12-13

作者簡(jiǎn)介：陳靜（1982—），男，湖北天門人，工程師，主要從事火力發(fā)電廠機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)工作。