過(guò)熱器減溫水改造的經(jīng)濟(jì)性及可行性分析

王東輝

(白音華金山發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026200)

過(guò)熱器減溫水改造的經(jīng)濟(jì)性及可行性分析

王東輝

(白音華金山發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026200)

過(guò)熱器減溫水由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)溫迅速，一直作為主蒸汽溫度調(diào)節(jié)的重要手段。通過(guò)對(duì)減溫水接引方式的改造，分析了改造的可行性及經(jīng)濟(jì)性，并針對(duì)改造后存在的問(wèn)題提出了合理化建議。

減溫水；比焓；經(jīng)濟(jì)性；改造

0 引言

過(guò)熱器噴水調(diào)溫系統(tǒng)作為熱力系統(tǒng)的重要組成部分，其布置方式將直接影響熱力循環(huán)的狀態(tài)，從而對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生較大影響。

過(guò)熱器減溫水按照來(lái)源不同，可分為高壓加熱器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)高加)入口前分流和高加出口后分流給水2種方式。由于第1種方式具有減溫水壓力高、溫度低、調(diào)溫靈敏、安全性高等特點(diǎn)，所以在汽包鍋爐上得以廣泛應(yīng)用。但是該種方式減溫水不經(jīng)過(guò)高加，減少了回?zé)岢槠?，降低了系統(tǒng)的回?zé)嵫h(huán)效率和鍋爐的熱交換，增加了冷源損失，使機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性降低[1]。第2種方式因充分利用了回?zé)岢槠挥绊憻崃ρh(huán)，若不考慮鍋爐內(nèi)部的微小變化，則機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性較高。白音華金山發(fā)電有限公司的過(guò)熱器減溫水的來(lái)源設(shè)計(jì)采用第1種方式，為了提高其經(jīng)濟(jì)性，需要對(duì)減溫水的接引方式進(jìn)行改造，本文針對(duì)改造的可行性及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

1 設(shè)備組成

白音華金山發(fā)電有限公司一期工程為2×600 MW亞臨界直接空冷燃褐煤火力發(fā)電機(jī)組，鍋爐為北京巴威有限公司生產(chǎn)制造的亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、前后墻對(duì)沖燃燒、單爐膛自然循環(huán)汽包鍋爐。鍋爐設(shè)計(jì)燃用高水分、低熱值的白音華#4露天礦褐煤。

鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)采用二級(jí)噴水減溫方式，再熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)主要采用尾部煙氣調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行控制，再熱器事故噴水作為輔助調(diào)節(jié)手段。由于在某些工況下，過(guò)熱器減溫水計(jì)算接口壓力存在不足的情況，通過(guò)給水泵增壓與主給水管道增設(shè)憋壓閥2種方案比選后，最終選擇后1種方案，當(dāng)運(yùn)行中出現(xiàn)減溫水量不足時(shí)，即通過(guò)關(guān)小憋壓閥來(lái)提高過(guò)熱器減溫水的接口壓力，從而保證汽溫不超限。

2 改造方案

保留原減溫水管道，在管道上增裝1臺(tái)電動(dòng)截止閥，在給水操作臺(tái)前、#1高加出口電動(dòng)閥后的主給水管道適當(dāng)位置開(kāi)孔，并新增1條管道接至減溫水母管，管道規(guī)格與原減溫水管道相同(?219mm×28mm)，在新增的管道上安裝1臺(tái)電動(dòng)截止閥及1臺(tái)逆止閥。2路減溫水可通過(guò)2個(gè)能中停的電動(dòng)截止閥進(jìn)行切換，從而滿(mǎn)足減溫水的各種需求。過(guò)熱器減溫水改造示意如圖1所示。

圖1 過(guò)熱器減溫水改造示意

因改造后減溫水溫度升高，重新校核計(jì)算過(guò)熱器減溫水系統(tǒng)管道的膨脹及荷載變化情況，增加膨脹彎，更換不符合要求的支座或吊架。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)汽輪機(jī)廠提供的汽輪機(jī)熱耗驗(yàn)收工況(THA)的熱平衡圖，查詢(xún)主再熱蒸汽、各段抽汽、汽機(jī)排汽及給水等的壓力、焓、溫度各參數(shù)，分別計(jì)算設(shè)計(jì)工況下各段抽汽等效比焓及抽汽效率。

3臺(tái)高加給水吸收的質(zhì)量能分別為：e1=133.40 kJ/kg，e2=176.44 kJ/kg，e3=159.46 kJ/kg。

#1高加抽汽釋放的質(zhì)量能為e4=2 052.50 kJ/kg，#2高加抽汽釋放的質(zhì)量能為e5=2 128.70kJ/kg。

3臺(tái)高加的抽汽效率分別為：η1= 0.494，η2=0.466，η3=0.327。新蒸汽等效比焓為h=1 188.88 kJ/kg，裝置循環(huán)效率為η=0.454。

再熱汽冷段前排擠1 kg抽汽前、后所引起再熱汽質(zhì)量能分別為：ezr1=470.08 kJ/kg，ezr2=514.40 kJ/kg。

根據(jù)#1機(jī)組大修后，統(tǒng)計(jì)負(fù)荷600 MW工況的減溫水質(zhì)量流量為70～110 t/h，選取中間值90 t/h，則過(guò)熱器減溫水的份額為K=5.000%。

新蒸汽等效比焓

循環(huán)質(zhì)量能變化值

裝置效率下降值

按#1機(jī)組大修后試驗(yàn)熱耗(修正后)8 132.00 kJ/(kW·h)計(jì)算，影響機(jī)組熱耗15.80 kJ/(kW·h)，導(dǎo)致機(jī)組煤耗降低0.64 g/(kW·h)(若按實(shí)際熱耗計(jì)算，節(jié)能效果更加明顯)。如果該機(jī)組按年發(fā)電量48.0 TW·h計(jì)算，改造后每年將節(jié)省3 072 t標(biāo)準(zhǔn)煤。

4 可行性分析

過(guò)熱器減溫水改接后，減溫水的溫度將升高，水質(zhì)量流量將增加，壓力將降低，削弱了減溫效果，對(duì)過(guò)熱汽溫控制將會(huì)產(chǎn)生不利影響。

通過(guò)對(duì)#1機(jī)組各負(fù)荷段的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)減溫水質(zhì)量流量較大的情況一般發(fā)生在增減負(fù)荷較快，煤質(zhì)較差滿(mǎn)負(fù)荷的工況。因此，本文選取#1機(jī)組600 MW負(fù)荷時(shí)，煤質(zhì)最差的某工況，計(jì)算改造后減溫水質(zhì)量流量及壓力的變化情況，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

4.1 噴水量變化

減溫水改接自高加后，水溫由172.0 ℃增加至273.0 ℃，減溫水質(zhì)量流量將相應(yīng)發(fā)生變化。一、二級(jí)減溫水質(zhì)量流量計(jì)算公式如下

(1)

(2)

式中：qm3為蒸汽質(zhì)量流量，1 813.60 t/h；qm為減溫水質(zhì)量流量；hjw1為一級(jí)減溫器前蒸汽比焓，2 932.00 kJ/kg；hjw2為一級(jí)減溫器后蒸汽比焓，2 760.70 kJ/kg；hjw3為二級(jí)減溫器前蒸汽比焓，3 025.70 kJ/kg；hjw4為二級(jí)減溫器后蒸汽比焓，2 971.10 kJ/kg；hjw為減溫水比焓(172.0 ℃為733.60 kJ/kg；

表1 600MW工況相關(guān)參數(shù)

273.0 ℃為1 196.93 kJ/kg)。

減溫水質(zhì)量流量的變化量為改造前、后減溫水質(zhì)量流量的差值，因此，一級(jí)減溫水質(zhì)量流量變化量為Δqm1=1 813.60×(2 932.00-2 760.70)/(2 760.70-1 196.93)-1 813.60×(2 932.00 -2 760.70)/(2 760.70-733.60)=45.40 t/h；二級(jí)減溫水質(zhì)量流量變化量為1 813.60×(3 025.70-2 971.10)/(2 971.10-1 196.93)-1 813.60×(3 025.70-2 971.10)/(2 971.10 -733.60)=11.70 (t/h)。

A，B兩側(cè)一級(jí)、二級(jí)減溫水質(zhì)量流量理論上需分別增加22.70 t/h和5.85 t/h，減溫水調(diào)節(jié)門(mén)的結(jié)構(gòu)特性為等百分比型，根據(jù)閥門(mén)的調(diào)節(jié)特性，鍋爐過(guò)熱器減溫水系統(tǒng)的管道及閥門(mén)按設(shè)計(jì)工況鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)的150%選型，減溫水質(zhì)量流量將由106.40 t/h增加為163.50 t/h，增加的減溫水質(zhì)量流量仍在其可調(diào)節(jié)范圍，可以滿(mǎn)足要求。

4.2 壓力變化

鍋爐主給水壓力為18.300 MPa，與一級(jí)過(guò)熱器壓差為0.964 MPa。

過(guò)熱器減溫水系統(tǒng)阻力主要由重力壓差、減溫器噴頭壓差、調(diào)節(jié)門(mén)壓差、沿程阻力、彎頭阻力，止回閥與截止閥阻力，進(jìn)出口局部阻力組成[2]，其中重力壓差占比最大。給水操作臺(tái)標(biāo)高18 m，過(guò)熱器減溫器標(biāo)高81 m，因改造后減溫水溫度升高，密度減小，重力壓差由0.570 MPa降低為0.481 MPa。改造前、后減溫水阻力變化見(jiàn)表2。由表2可知，隨著減溫水流量的增加，各部位的阻力也相應(yīng)增大，系統(tǒng)改造后，減溫水系統(tǒng)總阻力為0.967 MPa，最終的接口壓力基本與給水壓力持平，因此減溫水從高加后接引的接口壓力能滿(mǎn)足噴水壓差要求。

表2 改造前、后減溫水阻力變化 MPa

5 存在的問(wèn)題

(1)因減溫水溫度升高，管道膨脹量增大，部分有所變動(dòng)，其中第9，34，43，44點(diǎn)的荷載變化很大，需要重新設(shè)計(jì)支座；第11點(diǎn)彈簧形式需要2個(gè)串聯(lián)；第38點(diǎn)需要由剛性吊架改為彈性吊架。

(2)增加了噴水調(diào)溫的惰性，因此需要將減溫水閉環(huán)調(diào)節(jié)的比例、積分、微分控制(PID)參數(shù)進(jìn)行更改。

(3)增加了運(yùn)行人員對(duì)過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)的難度，尤其對(duì)于制粉系統(tǒng)突然打粉、高加跳閘等情況，可能存在超溫的危險(xiǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析，過(guò)熱器減溫水改接是可行的。該方案系統(tǒng)簡(jiǎn)單，工程量少，費(fèi)用低，改造后煤耗降低，約2.6年便可收回投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)，還可降低減溫水對(duì)減溫器噴嘴所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，提高減溫器的使用壽命。

[1]李青，公維平.火力發(fā)電廠節(jié)能和指標(biāo)管理技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2]張紅亞.流體力學(xué)[M].2版.合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，2005.

(本文責(zé)編：劉炳鋒)

2016-11-30；

2017-03-09

TK 228

B

1674-1951(2017)03-0044-03

王東輝(1970—)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，從事火力發(fā)電廠運(yùn)行及管理方面的工作(E-mail:nmcfwdh@163.com)。