330MW 循環(huán)流化床機(jī)組鍋爐冷渣器冷卻水設(shè)計(jì)優(yōu)化

摘要：某電廠330MW新建機(jī)組為實(shí)例，分析了采用凝結(jié)水對(duì)循環(huán)流化床鍋爐冷渣器進(jìn)行冷卻的可行性。結(jié)論認(rèn)為采用凝結(jié)水冷卻冷渣器是完全可行，可以提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，符合國(guó)家節(jié)能減排政策。

關(guān)鍵詞：330MW 循環(huán)流化床（CFB） 冷渣器 凝結(jié)水節(jié)能

1.工程概況

某電廠工程安裝兩臺(tái)330MW國(guó)產(chǎn)燃煤空冷機(jī)組，鍋爐為循環(huán)流化床鍋爐。本工程采用洗選煤矸石、洗中煤及煤泥的低熱值混合燃料，年耗煤量約310萬(wàn)噸。

鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)分別使用哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司產(chǎn)品。

1.1煤質(zhì)分析

設(shè)計(jì)煤種為洗選煤矸石、洗中煤、煤泥按48%、34%、18%比例進(jìn)行混煤

校核煤種為洗選煤矸石、洗中煤、煤泥按54%、25%、21%比例進(jìn)行混煤

1.2除渣系統(tǒng)

本工程除渣系統(tǒng)每臺(tái)爐設(shè)6臺(tái)冷渣器，每臺(tái)爐的除渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為180t/h，約為鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種排渣量的230%、校核煤種排渣量的212%。本工程除渣系統(tǒng)采用干式機(jī)械除渣方式，每臺(tái)鍋爐爐膛左右側(cè)標(biāo)高約5m處各設(shè)有3個(gè)排渣口，每個(gè)排渣口下部安裝1臺(tái)額定出力30t/h（最大出力40t/h）的滾筒冷渣機(jī)，可將850℃～1100℃的爐渣冷卻到150℃以下。實(shí)際運(yùn)行方式為3臺(tái)運(yùn)行3臺(tái)備用。

2.冷渣器冷卻水選擇

循環(huán)流化床鍋爐的排渣，是控制床層厚度，保證流化質(zhì)量進(jìn)而穩(wěn)定燃燒的重要手段。因此冷渣器的選擇非常重要，綜合考慮各種情況本工程選擇水冷滾筒式冷渣器。其特點(diǎn)如下：整機(jī)壽命長(zhǎng)，功耗低，噪聲小、便于安裝和維護(hù)、投資低，國(guó)內(nèi)已有多臺(tái)成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

為了保證冷渣器換熱效果，冷卻水要求采用不易結(jié)垢的除鹽水。本期工程設(shè)置了開(kāi)式冷卻水及閉式冷卻水。其中開(kāi)式冷卻水為疏矸水，水質(zhì)容易結(jié)垢，無(wú)法滿足冷渣器運(yùn)行要求。冷渣器冷卻水可在凝結(jié)水及閉冷水中選擇。

本期工程雖然設(shè)置了閉式冷卻水系統(tǒng)，但是冷渣器冷卻水如果采用閉式水，需要增加閉冷水換熱器、循環(huán)水泵等設(shè)備，增加基礎(chǔ)設(shè)備投資；最主要的是此種方案爐渣中的大量余熱無(wú)法回收，將通過(guò)閉冷水換熱器由開(kāi)冷水帶至機(jī)力通風(fēng)塔散發(fā)到大氣中。

經(jīng)過(guò)與哈爾濱汽輪機(jī)廠配合，提出將凝結(jié)水作為冷渣器冷卻水，得到汽機(jī)廠認(rèn)可并調(diào)整了原則性熱力系統(tǒng)圖：在汽封加熱器后引出凝結(jié)水管道至冷渣器與7號(hào)低加并聯(lián)運(yùn)行，將凝結(jié)水作為冷渣器冷卻水，此方案雖然使凝結(jié)水系統(tǒng)稍顯復(fù)雜，但是可以回收鍋爐灰渣中大量熱量，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

3.凝結(jié)水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)DL/T5054-1996《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中公式

假設(shè)至7號(hào)低加凝結(jié)水管道阻力ξt1與之冷渣器管道阻力ξt2相差不大的情況下，管道流量與管徑的平方成正比，所以至冷渣器支管內(nèi)徑=256 mm

Di1=377-20=357mm；

G1=538 t/h；

G2=268 t/h

初步確定至冷渣器凝結(jié)水管道選擇φ273x7或者φ325x8。

冷渣器與7號(hào)低加并聯(lián)運(yùn)行，冷渣器布置在鍋爐房零米處爐膛下方；7號(hào)低加布置在排汽裝置喉部，6號(hào)低加在汽機(jī)房靠近發(fā)電機(jī)尾部處。從表4可以看出由于兩支管布置不同，導(dǎo)致兩并聯(lián)管道的壓降不一致。

經(jīng)過(guò)管道水利計(jì)算，采用φ273x7管道作為至冷渣器支管，兩管道壓降相差約為0.15Mpa；采用φ325x8管道時(shí)，兩管道壓降相差約為0.05Mpa。

由于加熱器水阻均為范圍值，同時(shí)參考水力計(jì)算結(jié)果，決定至冷渣器凝結(jié)水管道選取φ325x8。

在運(yùn)行時(shí)為使兩支管壓力平衡，在至7號(hào)低加的管道上安裝節(jié)流孔板，但是實(shí)際運(yùn)行時(shí)工況變化復(fù)雜，節(jié)流孔板孔徑難以計(jì)算準(zhǔn)確，安裝節(jié)流孔板很難滿足運(yùn)行要求。可以考慮安裝調(diào)節(jié)閥或者其他閥門(mén)，進(jìn)行管道壓降調(diào)節(jié)。

相對(duì)于調(diào)節(jié)閥，蝶閥安裝所需空間小，全開(kāi)啟狀態(tài)下兩端壓差小，工程造價(jià)低，維護(hù)方便，所以在7號(hào)低加出口管道安裝一只手動(dòng)蝶閥。通過(guò)調(diào)整蝶閥開(kāi)度來(lái)控制冷渣器支管壓降，達(dá)到平衡兩支管壓力的目的。在安裝調(diào)試過(guò)程稱中，調(diào)試單位通過(guò)實(shí)驗(yàn)，標(biāo)定蝶閥的開(kāi)度。

4.節(jié)能分析及經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

循環(huán)流化床鍋爐的排渣溫度通常可達(dá)到900℃，爐渣中含有大量余熱，采用傳統(tǒng)方式冷卻的冷渣器此部分熱量全部排放至大氣中。由于循環(huán)流化床鍋爐的排渣高于普通煤粉爐，灰渣的物理熱損比煤粉爐高，致使鍋爐效率比煤粉爐低。

采用凝結(jié)水做為冷渣器的冷卻水源，可以將灰渣的物理熱損進(jìn)行回收。由于凝結(jié)水通過(guò)冷渣器升溫，導(dǎo)致汽輪機(jī)7段抽汽量減少。相比不帶冷渣器的工況下，通過(guò)低壓缸末級(jí)的蒸汽量增加，汽輪機(jī)在相同進(jìn)汽量的情況下發(fā)電量增加。但是同時(shí)也增加了低壓缸的排汽量，增加了汽輪機(jī)的冷源損失，使汽輪機(jī)的內(nèi)效率下降。

就本工程實(shí)際情況，鍋爐在B-MCR工況下鍋爐燃煤量為275. 5t/h ，輸入熱量為3404GJ/h；排渣量為78. 12t/h，灰渣物理熱損失為18157kw，約為65GJ/h。冷渣器如果采用閉式冷卻水此部分熱量無(wú)法回收，將通過(guò)機(jī)力通風(fēng)塔直接排入大氣，不僅造成了能源的浪費(fèi)，而且還將產(chǎn)生大量熱污染。在環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻的今天，這種方式不符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策、環(huán)保政策。

采用了凝結(jié)水作為冷渣器冷卻水與采用閉式冷卻水相比，不需要單獨(dú)設(shè)置閉式冷卻水泵及閉冷水換熱器，但是增加凝結(jié)水管道長(zhǎng)度，增加了閥門(mén)數(shù)量。

經(jīng)過(guò)對(duì)比，優(yōu)化后的工程初投資比優(yōu)化前降低47萬(wàn)元。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，采用凝結(jié)水冷卻冷渣器，經(jīng)過(guò)計(jì)算在T-MCR工況下可以從冷渣器回收熱量為54.8 GJ/h；相當(dāng)于機(jī)組整體熱效率提高了1.4‰ ；機(jī)組熱耗降低31KJ/kw·h。

優(yōu)化前與優(yōu)化后的全廠主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1

表1：全廠經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比（THA工況）

主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)單位優(yōu)化前優(yōu)化后

機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)h53005300

THA工況熱耗率值kJ/kW·h82468218

鍋爐熱效率91.30%91.30%

全廠年總發(fā)電量kW·h34.98x10934.98x109

機(jī)組絕對(duì)效率43.60%43.80%

管道效率98.00%98.00%

全廠效率39%39.18%

發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗g/kW·h314.9313.8

按照機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)5300小時(shí)、標(biāo)準(zhǔn)煤650元/噸計(jì)算，在THA工況下，全廠每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤38.48x103噸，每年節(jié)約燃料費(fèi)250萬(wàn)元。

5.結(jié)論

綜上所述，對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐冷渣器采用凝結(jié)水作為冷卻水是可行的。與常規(guī)采用閉式水作為冷卻水源相比：工程初投資有所降低；而且通過(guò)回收鍋爐的灰渣熱損，在相同進(jìn)汽量的情況下增加發(fā)電量，提高了整體熱效率；降低了發(fā)電標(biāo)煤耗。同時(shí)減少了廢熱排放，降低對(duì)環(huán)境的熱污染，符合國(guó)家節(jié)能減排政策。

參考文獻(xiàn)

[1]DL/T 5054-1996 《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》

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