基于機(jī)爐耦合技術(shù)的新型一次風(fēng)加熱系統(tǒng)研究

朱信

摘 ?要 ?針對(duì)電站鍋爐熱一次風(fēng)與冷調(diào)溫風(fēng)摻混過程?損過大的問題，本文提出一種新型一次風(fēng)加熱系統(tǒng)，基于機(jī)爐耦合技術(shù)，通過引出高溫風(fēng)作為調(diào)溫風(fēng)與熱一次風(fēng)摻混，降低摻混溫差;同時(shí)排擠更多抽汽，強(qiáng)化機(jī)爐耦合技術(shù)的節(jié)能效果。以某典型600 MW機(jī)組為例，計(jì)算了該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明：采用該系統(tǒng)可使機(jī)組供電煤耗降低5.58 g/（kW·h），按年利用小時(shí)數(shù)5000 h計(jì)算，每年能節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.58萬噸，具有一定的節(jié)能效益。

關(guān)鍵詞 ?一次風(fēng);調(diào)溫風(fēng);機(jī)爐耦合;制粉系統(tǒng);摻混

0 前言

磨煤機(jī)所需的熱風(fēng)由空氣預(yù)熱器出口的熱一次風(fēng)與從一次風(fēng)機(jī)出口引出的調(diào)溫風(fēng)摻混得到。為適應(yīng)煤種變化，熱風(fēng)溫度需要有一定調(diào)節(jié)范圍，一般在160℃～300℃之間，而空氣預(yù)熱器出口熱一次風(fēng)溫一般在320℃以上，調(diào)溫風(fēng)溫一般為25℃～35℃，冬天會(huì)更低，由此可以看到，摻混的兩股風(fēng)溫差達(dá)近300℃，摻混造成的?損巨大。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)針對(duì)一次風(fēng)運(yùn)行參數(shù)等問題對(duì)制粉系統(tǒng)運(yùn)行[1]、鍋爐燃燒特性[2-3]、NOx生成[4]的影響展開了大量實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論研究，為鍋爐優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

本文從熱一次風(fēng)與冷調(diào)溫風(fēng)摻混過程中存在不可逆損失的角度探索系統(tǒng)優(yōu)化思路，提出一種新型一次風(fēng)加熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)將機(jī)爐耦合技術(shù)和一次風(fēng)加熱流程有機(jī)結(jié)合，充分利用機(jī)爐耦合技術(shù)空氣分多段加熱的特點(diǎn)，提高制粉系統(tǒng)調(diào)溫風(fēng)溫，減小冷熱摻混?損，實(shí)現(xiàn)能量的高效梯級(jí)利用。以某600 MW燃煤機(jī)組為例，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了熱力計(jì)算，分析了其節(jié)能效果。

1 案例機(jī)組

本文以某600 MW燃煤發(fā)電機(jī)組為例進(jìn)行分析。該機(jī)組汽輪機(jī)型號(hào)為N600-25.53/571/569，包含八級(jí)回?zé)峒訜崞?。鍋爐設(shè)計(jì)煤種收到基碳、氫、氧、氮、硫、收到基水分分別為：57.5%、3.11%、2.78%、0.99%、2.0%、9.9%，低位發(fā)熱量為21981 kJ/kg。表1、表2給出了機(jī)組在鍋爐額定蒸發(fā)量（THA）工況下的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。

2一次風(fēng)加熱流程簡(jiǎn)介及優(yōu)化

2.1 一次風(fēng)流程節(jié)能潛力分析

燃煤電站機(jī)組采用的正壓直吹式制粉系統(tǒng)，一次風(fēng)在空氣預(yù)熱器中加熱至321℃，與調(diào)溫風(fēng)混合之后送入磨煤機(jī)干燥和輸送煤粉。進(jìn)入制粉系統(tǒng)的一次風(fēng)溫度受到原煤水分、煤粉干燥程度和風(fēng)粉混合物溫度等因素的嚴(yán)格限制[5]。

2.2 新型一次風(fēng)加熱系統(tǒng)

采用機(jī)爐耦合技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)溫風(fēng)的預(yù)熱，具體系統(tǒng)示意如圖1。該系統(tǒng)不再?gòu)囊淮物L(fēng)機(jī)后引風(fēng)作為調(diào)溫風(fēng)，而是在前置式空氣預(yù)熱器、主空氣預(yù)熱器之前設(shè)置抽頭，引出一股風(fēng)作為調(diào)溫風(fēng)，即調(diào)溫風(fēng)經(jīng)過預(yù)熱過程，余下的風(fēng)繼續(xù)經(jīng)過主空氣預(yù)熱器進(jìn)一步加熱形成熱一次風(fēng)，兩者再進(jìn)行摻混，可以有效減小摻混溫差，降低摻混過程的?損失;空氣預(yù)熱器段換熱量減少，所需煙氣量會(huì)減少，進(jìn)入旁路煙道、排擠汽輪機(jī)抽汽的煙氣量就會(huì)增加，機(jī)組出功會(huì)在原機(jī)爐耦合技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加，煤耗進(jìn)一步降低;但與只采用機(jī)爐耦合技術(shù)相比，由于調(diào)溫風(fēng)也需要加熱，空氣吸熱量增加，所以前置式空氣預(yù)熱器放熱量不足，因此考慮利用凝結(jié)水在暖風(fēng)器中加熱一次風(fēng)（包括調(diào)溫風(fēng)），提高前置式空氣預(yù)熱器的進(jìn)風(fēng)溫度，除確保熱量平衡外還能有效防止前置式空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕[6]。

3 計(jì)算公式

對(duì)于機(jī)爐耦合系統(tǒng)，假設(shè)利用煙氣替代No.j級(jí)抽汽加熱No.j加熱器中的給水/凝結(jié)水，使No.j加熱器內(nèi)的給水/凝結(jié)水減少至 （單位kg/s），則系統(tǒng)因此增加的出功 （單位：kW）計(jì)算方法如下：

4 結(jié)果與分析

4.1 基本假定

本節(jié)針對(duì)案例機(jī)組對(duì)新型一次風(fēng)加熱系統(tǒng)進(jìn)行熱力計(jì)算，分析優(yōu)化后新系統(tǒng)的熱力性能及經(jīng)濟(jì)性，在計(jì)算過程中對(duì)系統(tǒng)做如下假定：1）機(jī)組原煤消耗量不變;2）計(jì)算時(shí)磨煤機(jī)入口的風(fēng)量及風(fēng)溫均不變;3）一、二次風(fēng)在空氣預(yù)熱器中的漏風(fēng)情況不變;4）系統(tǒng)各工質(zhì)參數(shù)與原案例機(jī)組保持一致;5）忽略鍋爐各項(xiàng)損失的變化;6）省煤器出口、空氣預(yù)熱器入口的煙溫不變;7）全廠廠用電率不變。

4.2 機(jī)爐耦合系統(tǒng)基本參數(shù)

基于能量梯級(jí)利用的原則，先對(duì)案例機(jī)組進(jìn)行機(jī)爐耦合改造，案例機(jī)組省煤器出口煙溫為356℃，省煤器進(jìn)口給水溫度為275℃，溫差巨大，滿足工程上的換熱要求，具體的方案設(shè)計(jì)中，高溫?zé)熕畵Q熱器內(nèi)給水的引出點(diǎn)位于給水泵出口、3#高壓加熱器入口，先經(jīng)過煙氣的加熱，再返回1#高壓加熱器出口、省煤器入口;低溫?zé)熕畵Q熱器進(jìn)口煙溫為190℃，出口煙溫為155.3℃，除氧器之前的水溫為138℃，溫差較大，秉著能量梯級(jí)利用的原理，具體案例設(shè)計(jì)中在5#低壓加熱器之后、除氧器之前將全部凝結(jié)水引出，送入低溫?zé)熕畵Q熱器加熱之后再返回除氧器入口。

4.3 新型一次風(fēng)加熱系統(tǒng)參數(shù)

如圖1，在機(jī)爐耦合技術(shù)的基礎(chǔ)上，選擇前置式空氣預(yù)熱器之后、主空氣預(yù)熱器之前作為調(diào)溫風(fēng)的引出點(diǎn)，調(diào)溫風(fēng)溫從案例機(jī)組的27℃升高至110.0℃，調(diào)溫風(fēng)量從54.5 kg/s增加到75.4 kg/s;同機(jī)爐耦合系統(tǒng)相比，通過前置式空氣預(yù)熱器的冷風(fēng)（包括調(diào)溫風(fēng)）量從535.5 kg/s增加到590.0 kg/s，冷風(fēng)需要的吸熱量增加，為盡量利用低品位能量，考慮在前置式空氣預(yù)熱器之前串聯(lián)一級(jí)暖風(fēng)器，對(duì)冷風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，經(jīng)過計(jì)算，選擇從8#低壓加熱器出口、7#低壓加熱器入口將全部凝結(jié)水引出預(yù)熱空氣后再打回7#低壓加熱器入口。

4.4 節(jié)能效益

計(jì)算結(jié)果表明：采用新型一次風(fēng)加熱系統(tǒng)后機(jī)組的供電煤耗比原機(jī)組降低5.58 g/（kW·h），比常規(guī)機(jī)爐耦合機(jī)組多節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤0.61 g/（kW·h）;以機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)5000 h計(jì)，相比于原機(jī)組，采用新型一次風(fēng)加熱系統(tǒng)（在機(jī)爐耦合的基礎(chǔ)上使用高溫調(diào)溫風(fēng)與熱一次風(fēng)進(jìn)行摻混）每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.58萬噸。表3給出了原機(jī)組、常規(guī)機(jī)爐耦合機(jī)組、新型一次風(fēng)加熱系統(tǒng)的發(fā)電煤耗、供電煤耗等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的具體數(shù)值。

5 結(jié)論

本文結(jié)合機(jī)爐耦合技術(shù)提出一種新型一次風(fēng)加熱系統(tǒng)，以某機(jī)組為例，對(duì)該新系統(tǒng)進(jìn)行了熱力性能分析，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的節(jié)能潛力。結(jié)果表明：新型一次風(fēng)加熱系統(tǒng)充分利用了機(jī)爐耦合技術(shù)冷風(fēng)分多段進(jìn)行加熱這一特征，選擇更高溫度的引出點(diǎn)抽出調(diào)溫風(fēng)與熱一次風(fēng)進(jìn)行摻混，減小了換熱溫差，從而降低了摻混過程的?損，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，新型一次風(fēng)加熱系統(tǒng)供電煤耗比原機(jī)組低5.58 g/（kW·h），比只采用機(jī)爐耦合技術(shù)的機(jī)組多節(jié)煤0.61 g/（kW·h），按年利用小時(shí)數(shù)5000 h計(jì)算，每年能比原機(jī)組多節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.58萬噸。

參考文獻(xiàn)

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