崔超,沈煜暉
(1.華北電力大學(xué),北京 102206;2.中國(guó)華電工程(集團(tuán))有限公司,北京 100035)
某電廠2臺(tái)200 MW機(jī)組配套鍋爐為超高壓一次中間再熱自然循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐排煙溫度設(shè)計(jì)為142℃,在實(shí)際運(yùn)行中,由于入爐煤偏離設(shè)計(jì)煤種較大,導(dǎo)致鍋爐排煙溫度偏高,年均達(dá)到160℃,夏季最高超過(guò)165℃,會(huì)影響鍋爐效率1.0% ~2.2%,嚴(yán)重影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。由于排煙溫度過(guò)高影響除塵器的運(yùn)行安全和除塵效率,所以,降低排煙溫度,增設(shè)鍋爐尾部煙氣余熱利用系統(tǒng)勢(shì)在必行。
該電廠燃燒煤種為長(zhǎng)焰煤和褐煤,煤質(zhì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
表1 煤質(zhì)數(shù)據(jù)
該電廠每臺(tái)鍋爐配1臺(tái)雙室一電場(chǎng)三袋區(qū)電-袋除塵器,空氣預(yù)熱器出口煙氣年平均溫度為160℃,煙氣流量為851128 m3/h。
該項(xiàng)目應(yīng)用低溫省煤器技術(shù)對(duì)某電廠鍋爐進(jìn)行煙氣余熱利用改造,將鍋爐尾部煙氣余熱回收用于加熱凝結(jié)水。
在空氣預(yù)熱器出口至原靜電除塵器煙氣入口的煙道范圍內(nèi)布置低溫省煤器,低溫省煤器布置在除塵器進(jìn)口豎直煙道上。
低溫省煤器的介質(zhì)引自凝結(jié)水系統(tǒng),采用了低壓加熱器回?zé)嵯到y(tǒng)和低壓省煤器并聯(lián)的方式。低溫省煤器采用順列管排逆流布置,根據(jù)低溫省煤器結(jié)構(gòu)對(duì)原煙道進(jìn)行了改造,采取相應(yīng)措施減少煙氣流阻,使煙氣流阻控制在引風(fēng)機(jī)要求允許范圍內(nèi)(<300Pa),不會(huì)影響引風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。對(duì)原煙道承載系統(tǒng)增加低壓省煤器后的承載能力進(jìn)行計(jì)算,采取加固措施。
采用耐磨、耐腐蝕材料制造低溫省煤器,可滿足低溫省煤器抗磨損、抗腐蝕的需求,以保障低溫省煤器的使用壽命。采取可靠的低溫省煤器自吹灰措施,保障低溫省煤器換熱效果,設(shè)有氣脈沖吹灰器。
設(shè)置低溫省煤器介質(zhì)流量控制系統(tǒng),運(yùn)行中可根據(jù)機(jī)組負(fù)荷和排煙溫度情況調(diào)節(jié)流量,合理控制排煙溫度。受熱面設(shè)計(jì)有一定裕量,設(shè)置多組回路,保證在低溫省煤器意外泄漏時(shí),能及時(shí)隔離漏泄部分的低溫省煤器管束,保證其他受熱面的正常運(yùn)行,以保證排煙溫度在設(shè)計(jì)值的范圍內(nèi)。
采用馮凱所著《鍋爐原理及計(jì)算》推薦的經(jīng)驗(yàn)公式,煙氣酸露點(diǎn)計(jì)算如下:
式中:t1d為煙氣的露點(diǎn)溫度,℃為煙氣的水蒸氣露點(diǎn)溫度,℃;β為常數(shù),當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)α=1.4~1.5時(shí),取β=129,當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)α=1.2時(shí),取β=121;和為收到基的折算硫分及灰分,g/MJ;αfh為飛灰系數(shù),取0.7。
單臺(tái)鍋爐擬設(shè)置2臺(tái)換熱器,布置在布袋除塵器入口垂直煙道。煙氣溫度從160℃降到135℃。低溫省煤器的介質(zhì)引自凝結(jié)水系統(tǒng),采用了低壓加熱器回?zé)嵯到y(tǒng)和低溫省煤器并聯(lián)的方式。凝結(jié)水的出水口引自#1低壓加熱器凝結(jié)水出口,回水口接至#2低壓加熱器的出口。在汽輪機(jī)熱耗保證工況THA(Turbine Heat Acceptance)下,#1低壓加熱器凝結(jié)水出口水溫為73℃,#2低壓加熱器出口凝結(jié)水水溫為108℃。主要工藝流程如圖1所示。
圖1 工藝流程圖
系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。
(1)#2低壓加熱器回收的功率
式中:qVw=137 t/h,為水流量;h2s1=454.609 kJ/kg,為108℃,2.5 MPa時(shí)的比焓;h2s2=302.563 kJ/kg,為72℃,2.5 MPa時(shí)的比焓。
(2)#2低壓加熱器抽汽減少量
表2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)
式中:h2s=2 882.5 kJ/kg,為#2低壓加熱器抽汽的比焓;h2w=465.8 kJ/kg,為#2低壓加熱器抽汽疏水的比焓。
(3)#2低壓加熱器抽汽繼續(xù)做功的功率
式中:hs0=2414.8 kJ/kg,為汽輪機(jī)排汽比焓。
(4)#3低壓加熱器回收的功率
式中:qVw=137 t/h,為水流量;h3s1=454.609 kJ/kg,為108℃,2.5 MPa時(shí)的比焓;h3s2=505.38 kJ/kg,為120℃,2.5 MPa時(shí)的比焓。
(5)#3低壓加熱器抽汽減少量
式中:h3s=2980 kJ/kg,為#3低壓加加熱抽汽比焓;h3w=534.7 kJ/kg,為#3低壓加熱器抽汽疏水比焓。
(6)#3低壓加熱器抽汽繼續(xù)做功的功率
式中:hs0=2414.8 kJ/kg,為汽輪機(jī)排汽比焓。
(7)節(jié)約的總功率為
(8)降低發(fā)電煤耗量
式中:G=350 g/(kW·h),為發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗;P=220000 kW,為發(fā)電機(jī)組功率。
(9)等效標(biāo)準(zhǔn)煤量
式中:n為機(jī)組個(gè)數(shù),n=2;hr為設(shè)備每年運(yùn)行小時(shí)數(shù),按5000 h計(jì)算。
低溫?fù)Q熱器投資估算見(jiàn)表3。表中為2臺(tái)機(jī)組的投資數(shù)據(jù),其中單臺(tái)機(jī)組設(shè)備總投資約200萬(wàn)元。
表3 投資估算
按照國(guó)家相關(guān)節(jié)能政策,年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5 000 t以上的節(jié)能改造工程可以申請(qǐng)節(jié)能改造財(cái)政補(bǔ)貼,每噸標(biāo)準(zhǔn)煤補(bǔ)貼300元,該工程還可申請(qǐng)補(bǔ)助約164萬(wàn)元。
由于該項(xiàng)目低溫省煤器安裝在布袋除塵器入口,含塵量大,磨損嚴(yán)重,為避免長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后局部換熱管泄漏,建議在換熱器設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)加大換熱管壁厚。為了確保換熱管意外泄漏,建議在布袋除塵器入口煙道增加濕度儀,及時(shí)進(jìn)行處理。
在安裝調(diào)試階段,需要用高壓水進(jìn)行管道沖洗,但是由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件有限,存在著清洗不干凈的可能性。如果管道內(nèi)遺留的雜物進(jìn)入電廠凝結(jié)水系統(tǒng),有可能堵塞加熱器。為此,建議在加熱水進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)前加裝過(guò)濾器,防止管道內(nèi)殘余物進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)。
通過(guò)上述論證分析可以看出,在布袋除塵器入口煙道加裝低溫?fù)Q熱器系統(tǒng),可保護(hù)布袋除塵器的安全運(yùn)行并部分回收鍋爐排煙熱損失。經(jīng)初步計(jì)算,煤耗能夠降低2.49 g/(kW·h),2臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5478 t,可在1年內(nèi)收回全部投資,經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)由于節(jié)省了燃煤,有利于減少污染物的排放。
綜上所述,該工藝技術(shù)工程實(shí)施的可行性好,節(jié)能效果顯著,具有較好的環(huán)境效益、資源效益和企業(yè)效益,符合國(guó)家倡導(dǎo)的“節(jié)能減排、節(jié)約資源、環(huán)境友好、循環(huán)經(jīng)濟(jì)”能源國(guó)策的要求。
該工藝同時(shí)節(jié)約了煤炭資源,對(duì)于機(jī)組排煙溫度較高、煤價(jià)較高的全國(guó)火電廠,有著很好的借鑒意義。
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