某600 MW亞臨界鍋爐節能改造分析

李德龍

(國核電力規劃設計研究院，北京 100095)

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某600 MW亞臨界鍋爐節能改造分析

李德龍

(國核電力規劃設計研究院，北京 100095)

摘要：文中介紹了某電廠600 MW亞臨界鍋爐排煙溫度過高、減溫水量超標、煤耗較高等問題。采用熱力計算方法對其進行改造分析，分析改造對鍋爐運行的影響，論證改造方案的可行性并選擇較優方案。按照選定方案改造后在630 MW實際煤種工況下可降低排煙溫度約10 ℃，減少減溫水量約90 t/h，單機煤耗率下降約1.92 g/(kW·h)。

關鍵詞：鍋爐；熱力計算；排煙溫度；節能；改造

0引言

自某600 MW亞臨界鍋爐投產以來，由于設計和運行方面的不足導致了各種各樣的問題：

(1)鍋爐過熱器噴水量超標，滿負荷運行時過熱器噴水量高達200 t/h以上；鍋爐再熱器有超溫現象。從鍋爐實際運行參數看，鍋爐在630 MW和600 MW負荷時再熱器側的調溫擋板已關至最小且再熱器均有事故噴水。

(2)空氣預熱器入口煙溫和排煙溫度偏高[1]。空氣預熱器入口煙溫比設計值高約15 ℃，排煙溫度比設計值高了30 ℃以上。

這些問題不僅僅降低了機組的經濟效益[2]，同時對機組運行的安全性也十分不利。

針對鍋爐的問題，制造廠方面提供了兩種初步改造方案。這兩個方案主要對尾部煙道受熱面進行改造，兩個方案的低溫再熱器和低溫過熱器的改造是相同的，區別在于省煤器的改造。

用編制的鍋爐熱力計算程序對不同改造方案進行計算分析，從改造后排煙溫度、經濟性、減溫水量、前后煙道煙溫偏差、變負荷工況下汽溫及水循環安全性方面比較兩方案的優劣，選擇較優方案進行改造。

1改造方案介紹

1.1改造前尾部受熱面布置

鍋爐尾部受熱面分為前后煙道，在前煙道上部布置了三組低溫再熱器，后煙道上部布置了三組低溫過熱器，前后煙道下部各布置了兩組省煤器，前后煙道省煤器管束都為光管。

1.2改造方案一

改造方案一、二關于低溫再熱器、低溫過熱器的改造相同，說明如下。由于目前低溫再熱器只有三組，在設計時應保證低溫再熱器的吸熱量在一定的范圍內，因此，不宜減少過多的低溫再熱器面積，經綜合考慮采用減少半組(共12排)低溫再熱器面積方案，這樣既能緩解再熱器超溫的問題，也能保證再熱器煙氣調節擋板具有較好的調節特性。減掉一組半(共32排)低溫過熱器，以減少過熱器吸熱量，降低過熱器噴水量。

方案一對于前、后煙道省煤器的改造為：將原有前后各兩組光管省煤器都更換為H型鰭片省煤器。H型鰭片通過擴展受熱面來提高換熱效果，能有效節省空間。改造后為兩組H型鰭片式省煤器，前煙道排數為10+6共16排，后煙道為10+12共22排。

1.3改造方案二

改造方案二低過、低再的改造同方案一；對省煤器的改造為將原有的前后各兩組光管省煤器，保留前后煙道的上組省煤器不變，下組省煤器更換為10排H型鰭片省煤器。在已經去掉的原下組低溫過熱器的位置增加一組數量為20排的光管省煤器，這組新增加的省煤器可以用拆下來的前后煙道兩組下省煤器拼接而成。

2熱力計算方法

根據煙氣流程建立分塊計算各個受熱面的熱平衡模塊，通過VBA編程計算各個受熱面及鍋爐整體熱平衡，自動迭代直至誤差在規定范圍內。根據此迭代思路可以完成鍋爐整體計算。

在前蘇聯1973年版本的《鍋爐機組熱力計算標準方法》[3]計算框架上采用已有文獻中更準確的方法改進爐膛[4]、半輻射式受熱面、空預器的原有計算方法，為分析改造方案優劣確定合適的熱力計算方法[5]。

3改造方案分析比較

從改造后排煙溫度、經濟性、前后煙道煙溫偏差、減溫水量、變負荷工況下汽溫及水循環安全性方面比較兩方案的優劣。

3.1改造方案比較

3.1.1滿負荷下排煙溫度、經濟性比較

計算時各煤種成分見表1。兩種方案在630 MW工況燃用三種不同煤種時計算得到的排煙溫度比較如圖1所示。由于在熱力計算時，化學未完全燃燒損q3、機械未完全燃燒損失q4、散熱損失q5、其他熱損失q6不變，所以鍋爐損失主要集中在排煙熱損失q2，兩種方案改造前后鍋爐效率比較如圖2所示。

表1　各煤種元素、工業分析

圖1　兩方案改造前后排煙溫度變化情況

圖2　兩方案改造前后鍋爐效率變化情況

通過圖1和圖2可知對于設計煤種，方案一可以降低排煙溫度約13.2 ℃、鍋爐效率提高約0.67%，方案二可以降低約11.1 ℃、鍋爐效率提高約0.56%；對于實際煤種，方案一可以降低13.4 ℃、鍋爐效提高約0.68%，方案二可以降低約11.6 ℃、鍋爐效率提高約0.59%；對于實際最差煤種，方案一可以降低約17.2 ℃、鍋爐效率提高約0.94%，方案二可以降低約13.5 ℃、鍋爐效率提高約0.74%。從降低排煙溫度角度可以看出，在各個煤種情況下方案一改造效果都稍優于方案二，但方案一、二都可以較大幅度的提高鍋爐效率。

對于改造前后經濟性分析主要是比較鍋爐單機供電煤耗率及全年煤耗，計算時汽輪機熱耗率采用實驗數據7 891 kJ/(kW·h)，廠用電率取用7%，煤耗計算見表2。

表2　燃用實際煤種改造前后經濟性計算結果

圖3　改造前后尾部前后煙道煙溫偏差

從表2中可以看出，按照燃用實際煤種時計算，方案一、二分別使單機供電煤耗率下降約2.29 g/(kW·h)和1.99 g/(kW·h)。按照額定負荷600 MW年發電6 764 h可得方案一、二每年可節約電煤約9 305 t和8 059 t。從經濟性角度比較，按照方案一改造每年可以比方案二節約1 250 t電煤。

3.1.2前后煙道煙溫偏差比較

圖3比較了兩種改造方案及改造前尾部前后煙道的煙溫偏差。可以看出改造后使得省煤器入口熱偏差大幅度增大，方案一、二分別比改造前高出約約46.8 ℃和48 ℃，雖然省煤器出口煙溫偏差比入口偏差略為減小，但也高于改造前。造成煙溫偏差加大的原因主要是低溫再熱器管段減少排數少于低溫過熱器段，使得后煙道吸熱量下降幅度更大，造成偏差更大。所以兩種方案在改造時要注意省煤器區域前后煙道受熱面的熱偏差，防止部分管束超溫而部分管束受熱不足。

3.1.3減溫水量比較

從兩種改造方案計算結果圖4可以看出，雖然改造使得排煙溫度達到了目標，再熱器不出現事故減溫噴水，過熱蒸汽減溫噴水量減少，但并沒有減少到設計減溫水量。設計煤種時方案一、二可分別減少過熱減溫噴水約83、78 t/h；實際煤種時分別減少約92、89 t/h；實際最差煤種時分別減少約113、105 t/h。而且可以看出在各種煤種下方案一降低過熱減溫噴水量都略大于方案二，說明在降低減溫水量方面方案一較優。

圖4　改造后比改造前減溫水量減少量

3.1.4變負荷工況下汽溫分析

由于兩種改造方案都采用了減少低溫再熱器、低溫過熱器的措施，因此要分析計算改造方案在變負荷時過熱蒸汽和再熱蒸汽出口汽溫能否夠達到額定值。計算時鍋爐參數采用變負荷實際煤種工況下設計值，得到的結果見表3-4。

表3　實際煤種下方案一變負荷蒸汽參數

表4　實際煤種下方案二變負荷蒸汽參數

綜合分析可得兩個改造方案雖然都減少了1組半低溫過熱器，但過熱蒸汽在低負荷時都能達到額定值；兩方案都減少了半組低溫再熱器，這一措施影響到了低負荷時再熱蒸汽的吸熱量，使得負荷下降到50%、30%時再熱蒸汽出現欠焓，影響機組的運行效率及安全性。方案一、二在80%負荷時表現基本相同；50%負荷時方案一再熱汽溫基本可以達到額定值，方案二出現欠焓；30%負荷下兩方案再熱蒸汽都欠焓嚴重。

3.1.5水循環安全性分析

由于改造方案一、二均采取用H型鰭片省煤器代替原光管省煤器增加省煤器的受熱面積，所以省煤器內工質吸熱量會增大。對于文中研究鍋爐保證水循環安全性要求省煤器出口工質不能沸騰，特別要注意當機組啟動時極低負荷下省煤器出口工質是否沸騰，并且保持出口水溫欠溫25 ℃以上。

從表3-4可以得到，在滿負荷時方案一、二省煤器出口水溫都可以滿足欠溫25 ℃以上；在負荷下降到80%時兩方案都滿足要求；負荷下降到50%時方案一省煤器出口水溫欠溫只有10.8 ℃，方案二欠溫18.4 ℃，雖然都沒有沸騰但不達標；負荷下降到30%時方案一出口水溫欠溫22.4 ℃，不能達標，方案二欠溫29.3 ℃，可以達標。

3.2選擇較優方案

通過上文從各個方面對改造方案一、方案二的計算分析，可以總結如下：

(1)從解決鍋爐運行中排煙溫度過高的角度，方案一可以比方案二多降低排煙溫度1~2 ℃，單機供電煤耗少0.3 g/(kW·h)。可知方案一的效果略好于方案二。

(2)從解決鍋爐運行中過熱減溫水量過大的角度，采用方案一降低的減溫水量比采用方案二多5~8 t/h，再熱側煙氣擋板開度基本相同，方案一在降低減溫水方面略優于方案二。

(3)從改造對尾部前后煙道煙溫熱偏差影響分析可知，采用方案一、方案二改造時低過、低再入口偏差基本不變，前后省煤器入口煙溫偏差從改造前6 ℃變為約50 ℃，省煤器出口煙溫偏差從10 ℃變為約30 ℃。可知兩方案都使尾部前后煙道熱偏差變大。

(4)從變負荷時運行情況比較，方案一在80%工況、50%工況時都能使過熱、再熱蒸汽達到額定值，在30%工況時再熱汽溫出現欠焓，即使再熱側煙氣擋板全開也只能達到489 ℃。方案二在80%工況時都能使過熱、再熱蒸汽達到額定值，在50%、30%工況時再熱汽溫出現欠焓，即使再熱側煙氣擋板全開也只能達到528、479 ℃。綜合可知方案一在變負荷下效果較好。

(5)從省煤器水循環安全性角度分析，可知滿負荷下改造方案一、方案二都能保證省煤器工質出口溫度小于對應壓力下臨界溫度25 ℃以上。負荷降低時，雖然按照兩方案改造省煤器工質出口都不發生沸騰，但要求時欠溫25 ℃，在80%負荷下兩方案都能達到要求；50%負荷下兩方案都不能達到要求；30%負荷下方案一不能達到要求，方案二可以達到要求。

鑒于以上分析結果，在鍋爐改造時可以優先選取方案一。

4結束語

文中通過理論分析和熱力計算比較了制造廠提出的某亞臨界600 MW鍋爐兩種改造方案的優劣，選取了較優的改造方案。按照此方案改造后在630 MW實際煤種工況下可降低排煙溫度約10 ℃，減少減溫水量約90 t/h，單機煤耗率下降約1.92 g/(kW·h)，達到節能改造的效果。所得結論及分析方法可為解決此類問題提供依據。

參考文獻

[1]管顯蘭.工業鍋爐熱效率與節能潛力[J]. 應用能源技術, 2006(4): 23-25.

[2]張海翔. 600 MW亞臨界鍋爐排煙溫度高的原因分析及對策[J]. 科技視界, 2012(5): 137-139.

[3]前蘇聯. 鍋爐熱力計算標準方法[M]. 北京: 機械工業出版社, 1976.

[4]胡蔭平. 電站鍋爐手冊[M]. 北京: 中國電力出版社, 2005.

[5]周強泰, 周克毅, 冷偉, 等. 鍋爐原理[M]. 第2版. 北京: 中國電力出版社, 2009.

AnalysisofEnergy Saving RetrofitSchemesin a 600 MW Subcritical Boiler

LI De-long

(State Nuclear Electric Power Planning Design&Research Institute,Beijing 100095,China)

Abstract:Intruducing a 600 MW Subcritical Boiler whichsome problems were happened in. Exhaustgastemperature exceeded is designated value. The attemperation water flow amountwas much larger than the designed value, and coal consumption is much higher. Then, according to the two retrofit schemes, detailed thermal calculations are carried out separately. By comparing the result of the two retrofit schemes, a better one is chosed. The retrofit scheme show that the exhaust gastemperature is reduced by about 10 ℃, the attemperation water flow amount is reduced by about 90 t/h and the coal consumption is reduced by about 1.92 g/(kW·h).

Key words:Boiler; Thermodynamic calculation;Attemperation water flow; Energy saving; Transform

中圖分類號：TK229.3

文獻標志碼：B

文章編號：1009-3230(2016)03-0021-05

作者簡介：李德龍，(1989-)，男，碩士，助理工程師，研究方向為發電廠熱機專業設計。

收稿日期：2016-02-04

修訂日期：2016-02-25

doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2016.03.006