關(guān)于火電機組余熱綜合利用分析

羅森

摘? ?要：國產(chǎn)350MW火電機組通常是在引進型300MW機組基礎(chǔ)上設(shè)計制造的，該型機組鍋爐的送風(fēng)機及一次風(fēng)機通常設(shè)計配置有暖風(fēng)系統(tǒng)，用以在冬季或機組啟動初期空氣溫度較低情況下，提高送風(fēng)溫度，防止受熱面產(chǎn)生低溫腐蝕。但該系統(tǒng)運行中往往不能達到設(shè)計和使用效果，且汽耗量大導(dǎo)致鍋爐排煙溫度高。經(jīng)改造后系統(tǒng)合理、效果明顯。

關(guān)鍵詞：火電? 鍋爐暖風(fēng)器? 改造

中圖分類號：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（a）-0018-02

某公司兩臺350MW機組鍋爐是哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司在引進型300MW火電機組基礎(chǔ)上研發(fā)的型號：HG-1165/17.45-YM1，該型鍋爐為采用一次中間再熱汽包爐、自然循環(huán)亞臨界鍋爐，鍋爐采用送、引風(fēng)機強制通風(fēng)、爐膛內(nèi)雙切圓燃燒方式。鍋爐設(shè)計參數(shù)最大工況時，連續(xù)蒸發(fā)量達到1165t/h。該爐送風(fēng)機及一次風(fēng)機配備暖風(fēng)器疏水系統(tǒng)，用以提高送風(fēng)溫度，避免空預(yù)器受熱面低溫腐蝕，機組運行中發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)往往不能達到預(yù)期效果，且浪費蒸汽及降低鍋爐效率。

1? 項目的必要性

該公司機組鍋爐送風(fēng)機和一次風(fēng)機分別設(shè)計安裝有暖風(fēng)器系統(tǒng)，冬季或機組啟動初期用來提高送風(fēng)溫度，防止低溫受熱面產(chǎn)生低溫腐蝕。供汽汽源取自輔汽和四抽，疏水靠自流排至疏水罐后再用疏水泵打到除氧器。暖風(fēng)器的供汽量用入口蒸汽調(diào)節(jié)門進行調(diào)節(jié)。運行中發(fā)現(xiàn)，暖風(fēng)器供汽、疏水系統(tǒng)存在較多的問題：首先，隨機組負荷、冷風(fēng)溫度等因素的變化，暖風(fēng)器的供汽量要經(jīng)常調(diào)節(jié)，當(dāng)用汽量較小或個別風(fēng)機負荷波動較大時，易在暖風(fēng)器內(nèi)形成真空或個別暖風(fēng)器內(nèi)壓力低于疏水罐壓力，造成暖風(fēng)器結(jié)冰凍裂;其次，疏水靠自流排出，疏水溫度是暖風(fēng)器壓力對應(yīng)的飽合溫度，通常在130℃以上，熱量不能得到充分利用，蒸汽耗量大;在冬季運行中為防止結(jié)冰情況出現(xiàn)，在調(diào)節(jié)上只能保持較大的入口閥開度，使得排煙溫度經(jīng)常高于設(shè)計值，即造成蒸汽的浪費，同時還造成排煙溫度升高鍋爐效率降低。

蒸汽換熱器采用疏水側(cè)調(diào)節(jié)是一項較為成熟的技術(shù)，暖風(fēng)器本身為一種蒸汽換熱器，采用疏水器調(diào)節(jié)可實現(xiàn)暖風(fēng)器的帶壓運行，設(shè)計上暖風(fēng)器也有一定的承壓能力。采用疏水側(cè)調(diào)節(jié)，可通過改變疏水在暖風(fēng)器中的液位高度，來改變暖風(fēng)器的散熱量，從而達到控制暖風(fēng)器出口風(fēng)溫，直到控制排煙溫度的目的。由于暖風(fēng)器存在一定的液位，疏水在其中得到進一步的散熱，使其溫度得到較大幅度的降低，從而使熱量得到充分的利用，溫度較低的疏水直接回到凝汽器，又使得汽輪機組的回?zé)嵝实玫教岣摺?/p>

利用暖風(fēng)器回收除氧器排汽熱量，理論上符合熱力系統(tǒng)的有關(guān)理論，也提高了暖風(fēng)器及供汽、疏水系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性，并能取得較好節(jié)能效果。

2? 改造方案論證

2.1 方案描述

供汽系統(tǒng)的優(yōu)化。通常該種引進型機組的暖風(fēng)器疏水系統(tǒng)只采用一路汽源供汽，改造后分為兩路，一路為除氧器排汽，另一路引自汽機側(cè)的輔助蒸汽聯(lián)箱，汽源至暖風(fēng)器間通過引射匯流裝置及管道連接，即通過暖風(fēng)器系統(tǒng)回收全部除氧器排汽，減少輔助蒸汽量。

火電機組的除氧器經(jīng)熱力除氧后排汽為通常為飽合蒸汽，該狀態(tài)蒸汽大大降低了原暖風(fēng)器供汽的過熱度，這樣暖風(fēng)器系統(tǒng)換熱過程中能力增強，而且此狀態(tài)下?lián)Q熱后的疏水溫度降到最低限。另外供汽改為除氧器排汽后，溫度降低，在熱交換過程中暖風(fēng)器的膨脹量減少，也可以有效避免膨脹過大使疏水器銅管漲口漏泄問題。

從機組經(jīng)濟性看，首先除氧器的排汽經(jīng)該系統(tǒng)后全部回收利用，機組排汽率約為0.2%，按額定負荷300MW計算，供熱期間每小時可回收2t蒸汽，每度電可降低煤耗約0.4g。另外非供熱期暖風(fēng)器系統(tǒng)可直接回收除氧器排汽的工質(zhì)和熱量，熱量可回收25%～35%。可使煤耗降低0.12g/kV（按工質(zhì)全部回收計算）。

疏水系統(tǒng)和控制方式的優(yōu)化。取消原疏水系統(tǒng)的疏水罐和疏水泵，將暖風(fēng)器疏水直接排至汽機凝汽器;在控制方式上首先實行定壓運行，在每臺暖風(fēng)器的疏水管上加裝調(diào)節(jié)門，用來控制疏水量，從而控制暖風(fēng)器出力。

系統(tǒng)改造分析：暖風(fēng)器系統(tǒng)通常按鍋爐最大負荷、最低汽溫設(shè)計安裝的，設(shè)計時保留25%以上的余量，所以實際暖風(fēng)器系統(tǒng)不會出現(xiàn)最大負荷的工況，結(jié)論為暖風(fēng)器的換熱面積在機組正常運行時裕度過大。水的比熱為1kcal/kg.℃，而蒸汽凝結(jié)放熱約在500～600kcal/kg.℃，暖風(fēng)器初投時空氣的溫度通常小于10℃，與排汽溫度溫差較大，考慮在在暖風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)計疏水冷卻段，并加裝水位調(diào)控裝置，將疏水溫度降低至排汽溫度進而排入凝汽器。

疏水排放時，由于暖風(fēng)器系統(tǒng)加裝疏水控制裝置后定壓運行，壓力通常大于0.27MPa，且暖風(fēng)器通常高位布置，凝汽器處于-3～4m位置，而且是真空狀態(tài)，二者通常存在0.45MPa以上的壓差，該壓力下可以將疏水順利排入凝汽器，則疏水泵和疏水罐可以取締。

由于疏水側(cè)壓力溫度較低，調(diào)節(jié)控制更靈活準確，簡單的疏水調(diào)控系統(tǒng)即可實現(xiàn)排煙和送風(fēng)溫度的控制，有效避免了人工調(diào)節(jié)過程中的跟蹤緩慢及過調(diào)節(jié)等問題，排煙和送風(fēng)溫度趨于穩(wěn)定，進而有效解決空預(yù)器低溫腐蝕問題。

當(dāng)暖風(fēng)器中疏水溫度按30℃計算，可減少蒸汽用量20%;另外系統(tǒng)疏水排至凝汽器可提高工質(zhì)循環(huán)效率，鍋爐排煙溫度自動調(diào)節(jié)可降低排煙溫度及提高鍋爐效率。

改造后機組在70%以上負荷運行時，系統(tǒng)疏水溫度偏高，最高超過80℃，但高負荷時凝汽器循環(huán)水溫度也比原系統(tǒng)低較多，高溫疏水直接排至凝汽器不會影響汽機的真空，另外疏水熱量品質(zhì)很低，做功能力幾乎可忽略不計。

2.2 方案實施

（1）在現(xiàn)有暖風(fēng)器供汽管路上加一引射匯流裝置，并將除氧器排汽引到引射匯流裝置，實現(xiàn)除氧器排汽和輔汽聯(lián)合向暖風(fēng)器供汽。

（2）在除氧器排汽至引射匯流裝置的管路上加裝調(diào)節(jié)門，用來調(diào)節(jié)除氧器排汽量。

（3）在各暖風(fēng)器疏水管上加裝調(diào)節(jié)門，調(diào)節(jié)暖風(fēng)器液位，從而調(diào)節(jié)暖風(fēng)器換熱量，實現(xiàn)暖風(fēng)器疏水的過冷卻。

（4）取消暖風(fēng)器疏水罐和疏水泵，增加暖風(fēng)器疏水至凝汽器管路，依靠暖風(fēng)器與凝汽器壓力差和高度差將疏水排至凝汽器。

3? 項目投資估算

設(shè)計費：7萬元;設(shè)備及輔助材料費：160萬元;施工費：25萬元。

調(diào)試費：20萬元;熱工邏輯優(yōu)化及編程：20萬元。

投資總費用合計：232萬元。

4? 經(jīng)濟效益分析

（1）對于提高系統(tǒng)和本單位綜合生產(chǎn)能力與經(jīng)濟效益的計算分析，包括節(jié)能降損、提高效益、降低成本、增加利潤等。

僅計算除氧器排汽回收和疏水溫度下降少用蒸汽兩項，全年降低供電煤耗1.115g/kV時，機組年利用小時5000h計算，年可節(jié)約標準煤1464t，按標煤單價600元/t，年節(jié)省成本87.84萬元。這里尚未計算因原系統(tǒng)調(diào)節(jié)不便造成的蒸汽供應(yīng)量過大造成的損失、疏水泵耗電及維護費用、排煙溫度穩(wěn)定提高的鍋爐效率等效益，實際效益遠大于計算值。

（2）對投資回報等指標的分析計算。

按投資232萬元，年節(jié)約成本87.84萬元，投資回收期為2.64年。

5? 結(jié)語

風(fēng)機暖風(fēng)器系統(tǒng)通過引射匯流裝置實現(xiàn)除氧器排汽的回收，通過疏水過冷卻技術(shù)實現(xiàn)暖風(fēng)器出力的疏水側(cè)調(diào)節(jié)，并將疏水排到凝汽器，在解決現(xiàn)有暖風(fēng)器系統(tǒng)存在的各種問題同時，達到節(jié)能降耗目的，且提高暖風(fēng)器系統(tǒng)的經(jīng)濟性，和安全、高可靠性。

參考文獻

[1] 周雅君，薛媛，杜小澤，等.利用火電機組余熱能的熱膜耦合海水淡化性能分析[J].水處理技術(shù)，2017，43（7）：109-114.

[2] 周雅君. 基于火電機組余熱梯級利用的海水淡化技術(shù)研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2017.

[3] 李巖，馬懿峰，付林，等.中小型火電機組凝汽余熱利用供熱系統(tǒng)集成研究[J].熱能動力工程，2016，31（10）：54-58，126.