一次風機暖風器利用鍋爐排煙余熱的經濟性分析

蔡天水，李春曦

(華北電力大學 能源動力與機械工程學院，河北 保定 0 71003)

一次風機暖風器利用鍋爐排煙余熱的經濟性分析

蔡天水，李春曦

(華北電力大學 能源動力與機械工程學院，河北 保定 0 71003)

有效利用排煙余熱是提高運行經濟性的措施之一。以某亞臨界300 MW燃煤機組鍋爐為研究對象，采用等效焓降理論，定量分析了一次風機暖風器利用鍋爐排煙余熱技術的經濟性。研究表明:優化的低壓省煤器－暖風器聯合換熱系統的實際運行效果良好;在機組額定負荷下，鍋爐尾部煙溫可下降約20℃，發電標準煤耗下降約1.2 g/kW·h，實際年收益可達52萬元;隨機組負荷的降低，經濟性效果更加顯著。

燃煤鍋爐;排煙余熱;低壓省煤器;一次風機;暖風器;經濟性

0 引言

燃煤鍋爐的排煙熱損失是各項熱損失中的最大項，其直接地反映體現為排煙溫度的升高。一般情況下，排煙溫度每上升10℃，排煙熱損失約增加0.5% ～0.8%［1］。可見，排煙溫度升高會嚴重影響機組運行的經濟性。在工程實際中，部分燃煤電站因設備狀態不佳、系統結構不合理、運行調整不當，使得排煙溫度的實際值往往比設計值要高出20℃左右［2，3］。因此，有必要通過技術改造達到降低排煙溫度、減小排煙熱損失、提高機組經濟性的目的。

為防止因環境溫度低造成冷端壁溫低于煙氣酸露點，引起空預器低溫腐蝕，一般在空預器之前設置暖風器［4，5］。暖風器利用輔汽系統來汽 (即汽輪機中壓缸第四段抽汽)加熱風機入口的空氣，就其本質是一種回熱過程。抽汽使空氣帶熱進入鍋爐，熱量在爐膛中被工質利用，減小了抽汽的冷源損失，使機組經濟性相應提高，但帶熱空氣的同時導致了爐膛的進風溫度上升、排煙溫度升高、排煙熱損失加大。因此，有必要從解決空預器低溫腐蝕與提高機組經濟性這兩方面對暖風器開展深入研究。

低壓省煤器－暖風器聯合換熱系統預熱空氣的技改方案［6］尚需改進，且其經濟性收益也有待分析。本文優化低壓省煤器－暖風器聯合換熱系統，并采用等效焓降理論計算其帶來的經濟性效果，以此，為同類機組的改造提供參考。

1 優化的低壓省煤器-暖風器聯合換熱系統

圖1 原方案

已有的技改方案如圖1所示，在尾部煙道的空預器出口至脫硫塔入口段布置氣-水換熱器 (低壓省煤器)，拆除一次風機入口氣-汽式暖風器及其進汽和疏水系統，加裝氣-水式暖風器，增設膨脹水箱和循環泵，連接以上設備構成低壓省煤器-暖風器聯合換熱系統。系統采用化學除鹽水做循環工質，以免管路積鹽結垢，影響換熱效果。水被低壓省煤器加熱后送至暖風器中向空氣放熱，冷卻的水再經循環泵重新回到低壓省煤器吸熱，如此往復循環。低壓省煤器設有運行旁路，可通過旁路閥來調節系統換熱量。加裝的膨脹水箱可為工質的受熱膨脹提供空間裕度。

在該方案中，鍋爐尚未點火或尾部煙溫很低時，低壓省煤器-暖風器聯合換熱系統將無熱源供給，暖風器處于無法工作狀態，若環境溫度低于煙氣酸露點，空預器便會產生低溫腐蝕現象。此外，從實際運行角度來看，循環回路中的工質難免存在損耗，將膨脹水箱設置到循環回路以外，系統采用完全封閉的循環方式是不確切的，一旦工質流失，系統的換熱效果將受到影響，嚴重時，暖風器對空氣預熱不足，會使空預器發生低溫腐蝕的可能性增加。

針對上述兩點做以下優化:

(1)考慮到鍋爐冷態啟動時，低壓省煤器-暖風器聯合換熱系統不具備投運條件，應采用汽－氣式暖風器投入運行，故保留原暖風器及其進汽和疏水管路做為備用。以防點爐初期，空預器低溫腐蝕現象的產生。

(2)為使循環工質充足，系統的換熱效果得到保證，將膨脹水箱移至循環回路內，既可為工質的受熱膨脹提供空間，又可通過它為系統工質進行補充。

改進的技改方案如圖2所示。

2 經濟性效果分析

假定技術改造前后，同一負荷下，除四抽流量減少外，熱力系統內其余各蒸汽參數不變;計算時不考慮管道、閥門等設備的壓損及散熱損失。

技改后，排擠的抽汽返至汽輪機中對機組經濟性的影響，根據等效焓降理論，可視為帶熱量的蒸汽進入系統使汽輪機做功增加，表現為在相同負荷下，機組發電標準煤耗下降。機組循環吸熱量為:

圖2 改進方案

式中:h0為主蒸汽焓;αzr為對應于1 kg主蒸汽，再熱蒸汽的份額;σ為1 kg再熱蒸汽在再熱器中的吸熱量;hgs為省煤器入口主給水焓。

主蒸汽等效焓降為:

式中:ηi為機組絕對熱效率。

排擠的抽汽返至汽輪機中，使主蒸汽做功增加，其增量為:

式中:αf為對應于1 kg主蒸汽，暖風器加熱蒸汽進汽的份額;hf為四抽蒸汽焓;hn為汽輪機排汽焓。

汽輪發電組裝置效率的相對變化值為:

相應地，機組發電標準煤耗減少為:

式中:bs為對應工況下機組的發電標準煤耗。

對某亞臨界300 MW機組的100%，75%，50%負荷工況，技改后的經濟性收益進行計算。機組在3個典型負荷工況下的各性能參數如表1所示，采用等效焓降理論所得經濟性指標結果如表2所示。

表1 某300 MW機組主要參數

由表1可知:相同負荷下，技改后的鍋爐尾部煙溫下降約20℃;不同負荷下，尾部煙溫下降的程度基本持平。技改后的排煙溫度仍可維持在120℃附近，不會造成空預器低溫腐蝕現象的產生［7］;而且進入脫硫塔的煙氣溫度仍高于脫硫絕熱平衡溫度，不影響脫硫系統的正常運行［8］。綜上說明:優化后的低壓省煤器-暖風器聯合換熱系統實際運行效果較為理想。

考慮到低壓省煤器-暖風器聯合換熱系統投運期間，循環泵的配套電機消耗了廠用電，若電機功率按130 kW計算，則循環泵所耗電功折合成標準煤耗為:

式中:Ng為對應工況下機組功率，kW。

由 (6)式可得低壓省煤器-暖風器聯合換熱系統運行期間，實際煤耗下降值見表2。

表2 經濟性指標計算結果

表2表明:技術改造后，在額定工況下，機組發電標準煤耗下降約1.2 g/(kW·h)，技改實際收益約209元/h，若每年系統投運期為4個月(2 880 h)，去除可能的停運檢修時間，總利用小時數按2 500 h/a計算，收益可達到52.2萬元/a。可見，在低壓省煤器-暖風器聯合換熱系統投運期，機組運行經濟性上升明顯;且隨負荷的降低，機組發電標準煤耗進一步下降，經濟效益巨大。

3 結論

(1)通過分析，對一次風機暖風器利用鍋爐排煙余熱技術方案進行了兩點改進:保留原暖風器及其附屬系統和將膨脹水箱加裝在循環回路內。數據顯示，優化后的低壓省煤器-暖風器聯合換熱系統的運行效果良好，鍋爐尾部排煙溫度可降低20℃。

(2)以某亞臨界300 MW燃煤機組為例，優化后的低壓省煤器-暖風器聯合換熱系統在機組額定工況下，發電標準煤耗下降約1.2 g/(kW·h)，實際收益約達209元/h，若每年投運期按2 500 h計算，收益可達到52萬元，經濟性收益十分顯著;隨機組負荷的下降，發電標準煤耗下降幅度將更大，經濟收益將更高。

［1］西安熱工研究院．發電企業節能降耗技術［M］．北京:中國電力出版社，2010．

［2］閻維平，董靜蘭．超臨界機組鍋爐運行排煙溫度偏高原因探討 ［J］．熱力發電，2012，39(8):33-37．

［3］杜艷玲，李斌，李露，等．220MW機組增設低壓省煤器的經濟性分析 ［J］．電力科學與工程，2012，28(10):53-56．

［4］徐剛，許誠，楊勇平，等．電站鍋爐余熱深度利用及尾部受熱面綜合優化 ［J］．中國電機工程學報，2013，33(14):1-8．

［5］龐永梅，龐永祥，白濤，等．暖風器運行對鍋爐效率的影響 ［J］．電力科學與工程，2008，24(1):55-57．

［6］白玉．利用低壓省煤器—暖風器系統預熱冷空氣 ［J］．華北電力技術，1994，(11):45-47．

［7］周超，彭曉軍，牛利權．北方電廠應用暖風器控制空預器低溫腐蝕的分析與研究 ［J］．華北電力技術，2012，(1):46-50．

［8］石巖，梁秀進．300 MW等級機組加裝低壓省煤器系統節能分析 ［J］．華電技術，2012，34(8):73-76．

Economic Analysis on Exhaust Heat of Boiler Recovered by Air Heaters of Primary Fans

Cai Tianshui，Li Chunxi
(School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China)

Effective utilization of exhaust heat is one of the measures improving operating economy．For a sub-critical 300 MW unit，the equivalent enthalpy drop method is used to investigate the economy of recovering exhaust heat of boiler to the air heaters of primary fans．The results show that the operating performance is remarkable for the optimized exchanger system including low pressure economizer and air heater．In addition，under the rated load，the exhaust gas temperature is reduced by 20℃，the consumption of standard coal is decreased by 1．2 g/(kW·h)，and the actual annual revenue is about 520,000 yuan．And the economic benefit is more significant under the low load condition．

coal-fired boiler;exhaust heat;low pressure economizer;primary fan;air heater;economy

TK115

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2014.04.013

2013－08－19。

河北省自然科學基金資助項目 (E2012502016)。

蔡天水 (1985-)，男，碩士研究生，研究方向為火電廠熱力系統節能與優化，E-mail:caitianshui2008@126．com。

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