考慮多種因素的低溫省煤器投運性能分析

徐世明，劉新國，梅樂生

（華能營口熱電有限責任公司，遼寧營口115003）

考慮多種因素的低溫省煤器投運性能分析

徐世明，劉新國，梅樂生

（華能營口熱電有限責任公司，遼寧營口115003）

以某330 MW機組增加了低溫省煤器系統為例，對電廠低溫省煤器的運行效果進行評價，分析結果表明，投運低溫省煤器后，發電煤耗率平均下降2.232 g/kW·h，降低了鍋爐的排煙溫度，但增大了煙氣排放阻力。低溫省煤器投運后，提高了電除塵器的效率。運行中，還需控制排煙溫度，否則將造成電除塵器的積灰板結。

省煤器；低溫；經濟性；因素；運行；煙氣；阻力；除塵器

0 概 述

國內電站鍋爐的排煙溫度，普遍存在偏高的問題。排煙溫度過高，不僅降低了電廠的熱經濟性，還影響了除塵器的穩定運行。因此，降低排煙溫度，對于節能環保具有重要的實際意義。改造或增設低溫省煤器，是現階段燃煤電廠為節能減排采取的較為普遍的措施之一。低溫省煤器是通過降低鍋爐的排煙溫度，回收了煙氣中的余熱，達到節能減排的目的。

低溫省煤器也被稱為低壓省煤器，目前，已有很多學者對其展開相關研究，林萬超[1]等開展了關于低壓省煤器方面的早期研究，并通過等效熱降法，對低壓省煤器系統的熱經濟性進行了深入的分析。張炳文[2，3]等對新型低溫省煤器在電站鍋爐上的應用做了很多的研究。宋景慧[4]等從優化設計的角度對低溫省煤器進行了分析。李斌[5]等對低溫省煤器設計及其動態特性仿真進行了研究。黃新元[6]等從設計與調試的角度對低溫省煤器進行了介紹。目前，從對低溫省煤器的總體研究來看，主要集中在低溫省煤器的熱經濟性理論分析、材料及系統的優化設計、仿真分析等方面，但在工程實際應用方面，對低溫省煤器投運后的性能分析，則較少涉及。鑒于此，現對低溫省煤器在某火電廠投運后的熱經濟性進行評價，對煙氣的流動阻力、電除塵運行狀態、運行時需注意事項及冬季優化運行等問題進行分析。

1 機組系統

以典型國產330 MW熱電聯產機組為例，鍋爐型號為1100/17.5-HM35型亞臨界燃煤鍋爐，采用一次中間再熱、平衡通風、四角切圓燃燒、固態排渣、全封閉布置、全鋼架懸吊結構。每臺鍋爐配套2臺雙室四電場干式、臥式、板式靜電除塵器。汽輪機為C260/N330 -16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸、兩排汽、雙抽供熱式機組，加熱器配置為典型的3臺高壓加熱器、4臺低壓加熱器和1臺除氧器。

在除塵器入口煙道中，布置了低溫省煤器，安裝在尾部煙道，位于鍋爐空預器的后面，在電除塵器之前。為降低鍋爐排煙溫度，利用鍋爐的排煙余熱，加熱凝結水，以提高凝結水的溫度。系統布置，如圖1所示，低溫省煤器于2015年5月改造完畢，2015年6月投入運行。

2 低溫省煤器投運熱經濟性計算

根據低溫省煤器投運后的效果統計，鍋爐排煙溫度從140℃左右下降至100℃左右，平均煙溫下降約40℃。

2.1 節能評價

基于等效熱降原理，評價低溫省煤器投運后對機組熱經濟性影響，主要應從幾個方面進行考慮，其一為加熱凝結水引起機組等效熱降變化；其二為維持低溫省煤器系統運行的煙氣換熱器冷卻水泵運行耗功折算機組等效熱降變化；其三為引風機多耗功折算機組等效熱降變化；其四為低溫省煤器系統運行費用折算機組等效熱降變化。

由圖1可知，由于機組改造后，加裝了低溫省煤器，凝結水被分流至凝結水換熱器（簡稱板換），連接管路中無流量表，只有壓力、溫度測點，所以，需要計算確定凝結水分流至板式換熱器的分水流量，根據質量守恒原理與能量守恒原理，列方程組為：

式（1）中：Df1為1號低壓加熱器入口至板換分水流量，t/h；Dfs2為1號低壓加熱器出口至板換分水流量，t/h；Dns為2號低壓加熱器入口凝結水流量，t/h；Dn為凝結水總流量，t/h；hfs1為1號加熱器入口至板換的分水焓，kJ/kg；hfs2為1號加熱器出口至板換的分水焓，kJ/kg；h′fs為板換凝結水側進口母管凝結水焓，kJ/kg；hfs為板換凝結水側出口母管凝結水焓，kJ/kg；hns為2號低壓加熱器出口凝結水焓，kJ/kg；h3r為3號低壓加熱器進口凝結水焓，kJ/kg。

圖1 低溫省煤器的系統布置

定義分水流量Dfs1與主蒸汽流量D0之比，為一級分水系數β1：

定義分水流量Dfs2與主蒸汽流量D0之比，為二級分水系數β2：

定義凝結水總流量Dn與主蒸汽流量D0之比，為凝結水流量系數αn：

應用雅克比迭代法，計算式（1）中的Dns、Dfs1、Dfs2，由式（2）、式（3）、式（4）可得到β1、β2、αn。低溫省煤器投運后，加熱凝結水引起機組等效熱降增加為：

式（5）中：τi為第i個低壓加熱器的焓升，kJ/kg為第i個低壓加熱器的效率。

煙氣換熱器的冷卻水泵運行功耗，折算成機組等效熱降減少為：

式（6）中：ΔW1為煙氣換熱器冷卻水泵運行時采集的功率，kW；ηm為機械效率；ηg為發電機效率；ξap為廠用電率。

由于低溫省煤器的投運，導致煙氣流動阻力增大，引風機為保持爐膛具有一定的負壓，與低溫省煤器投運前相比，在同樣工況下，將增加引風機出力，引風機增加的功耗，折算成機組等效熱降減少為：

式（7）中：ΔW2為同負荷下低溫省煤器投運前后引風機功率的增加值，k W。

低溫省煤器投運后，因定期補水、維護檢修、折舊等因素，將增加一些費用，統稱為低溫省煤器系統運行費用，參考文獻[7]提供的算法，將低溫省煤器系統運行費用，折算成機組等效熱降減少為：

式（8）中：C1為低溫省煤器系統運行費用，元/小時；k1為電廠的上網電價，元/千瓦時。

低溫省煤器投運后，機組的等效熱降總增加為：

汽輪機裝置效率的相對變化率為：

加裝低溫省煤器，機組發電煤耗率下降為：

式（11）中：b0為機組發電標準煤耗率，g/k W·h。

低溫省煤器投運后，綜合考慮了影響機組熱經濟性的各方面因素，采集了機組在穩定工況下，運行1 h以上的運行數據，應用式（1）～式（11），計算了低溫省煤器投運后機組的發電煤耗。機組煤耗的變化，如圖2所示。低溫省煤器投運后，機組整體的發電煤耗率平均下降2.232 g/k W·h。另外，由圖2可知，隨著負荷增加，發電煤耗下降值在減小，主要是因為隨著機組負荷的增加，2號低壓加熱器的出口溫度增加較快，而經板換的凝結水溫度有所減小，這樣二者匯合進入3號低壓加熱器后，減弱了高能級加熱器的進汽能力。

圖2 低溫省煤器投運后發電煤耗的變化

2.2 冬季運行方式

冬季運行時，從熱網循環泵的出口母管接一路管道至低溫省煤器系統，加熱后，由煙氣換熱器的冷卻水泵，將熱水輸送至熱網加熱器出口的熱網供水母管上，系統的連接形式，如圖1所示。經核算，在供暖季節內，單臺機的低溫省煤器投運后，可提供采暖負荷16.45 MW，采暖面積32.89萬m2。從電廠的收益角度分析，以單臺機組在一個供暖季的收益為例。低溫省煤器系統的采暖運行方式比加熱凝結水增加機組做功方式，至少多創造效益385.26萬元。根據環保要求，對于集中供熱及城市規模擴大造成的供熱需求，在機組所處地區，欲再建大型燃煤熱電聯產機組，以解決采暖供熱問題幾乎是不可能的。現在，缺熱多電是我國北方城市存在的普遍現象。挖掘電廠機組供熱的潛力，是目前的主要形勢，也是適應今后趨勢發展的最佳選擇。所以，在冬季，優化低溫省煤器的運行方式，可提高機組采暖供熱能力。

3 煙氣側壓差的監測

低溫省煤器在投運初期，不同負荷下低溫省煤器的煙氣側壓差，如表1所示。從表1可知，隨著負荷增大，鍋爐的煙氣量在增加，鍋爐煙道空氣預熱器出口與電除塵進口之間的煙氣阻力也在增大。煙氣阻力的增大，使引風機出力也隨之增大。表1所示數據，為低溫省煤器剛投運時的工況參數。在運行中，利用表1的數據為基準值，分析流通阻力的變化情況。同時，應加強對低溫省煤器煙氣側的壓差監測。低溫省煤器煙氣側的壓差比基準值增大時，應及時吹灰和采取其它有效措施。

表1 1號、2號爐的低溫省煤器煙氣側壓差數據

4 對電除塵器的影響

4.1 對運行參數的影響

在低溫省煤器投運前，電除塵器的出口煙塵濃度為40 mg/m3，改造后，對電除塵器運行效果進行了測試。測試結果，如表2所示。在通常的運行負荷下，或采用不同的電除塵器運行方式時，除塵器出口粉塵濃度的平均值均低于投運前。電除塵器出口的煙塵濃度下降約50%。現今，除塵器出口濃度滿足《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）的要求，規定的排放限值為30 mg/m3。低溫省煤器系統投運后，降低了進入電除塵器的煙氣溫度。由于除塵器比集塵面積的增大，電除塵器電場風速的降低，提高了電除塵器的效率。例如機組負荷為100%時，因低溫省煤器系統的投運，電除塵器的進口煙溫下降40℃左右，電除塵器比集塵面積，由改造前78.71 m2/m3/s上升至89.04 m2/m3/s，電除塵器的電場風速，由改造前1.020 m/s下降為0.898 m/s。

表2 電除塵器效率測試結果

4.2 對積灰的影響

投運3個月后，檢查電除塵器時發現，一、二電場極板的積灰板結情況較為嚴重，經振打，仍無法振落。三、四電場的積灰有所減輕，但極板上覆蓋的積灰較為潮濕。現場積灰情況，如圖3所示。積灰的主要原因，是由于低溫省煤器系統在投運初期，根據制造廠提供的參數，低溫省煤器煙氣側的煙溫應控制在90℃±2℃。當機組變工況運行時，稍有不慎，煙溫就會低于煙氣酸露點的溫度，造成了積灰板結。為避免嚴重積灰板結等問題，運行時，需注意幾個方面的事項。

圖3 電除塵器的積灰狀況

（1）系統運行時，由于鍋爐的排煙煙溫平均下降了40℃，電除塵器存在結垢和堵灰現象。經計算，煙氣酸露點溫度為87℃。考慮到變工況時的瞬時影響，根據經驗，應將經過低溫省煤器系統后的煙溫，控制在100℃以上，即可避免堵灰現象。

（2）控制了低溫省煤器系統后的煙溫后，當工況變化時，還要保證低溫省煤器系統后的煙溫，不會嚴重偏大，冷卻水的壓力應大于煙氣冷卻器后水溫的飽和壓力，防止水工質經煙氣冷卻器后被汽化，從而產生嚴重后果。

（3）低溫省煤器的煙氣冷卻水系統經長期運行后，系統內難免存在雜質，所以要注意濾網的壓差變化。壓差增大后，需及時清理濾網，并注意煙氣換熱器冷卻水泵進出口的壓差在規定范圍內。

5 結 語

（1）針對該型機組，建立了計算低溫省煤器熱經濟性的數學模型，評介了投運低溫省煤器后的節能效果。經計算，低溫省煤器投運后，機組的發電煤耗率平均下降2.232 g/k W·h。

（2）低溫省煤器回收了排煙氣的余熱，可用于加熱凝結水，也可用于熱網供熱。在冬季工況下，低溫省煤器系統的最佳運行方式為采暖供熱方式。

（3）低溫省煤器投運后，增加了煙氣阻力。應采取相應措施，防止煙氣阻力過大。低溫省煤器投運后，電除塵器的入口煙溫下降約40℃。電除塵器出口的煙塵濃度下降約50%，提高了除塵效率，但在運行時，如果對煙溫控制不當，積灰板結現象將會很嚴重，應引起注意。

[1]林萬超.火電廠熱系統節能理論[M].西安：西安交通大學出版社，1994.

[2]張炳文，楊萍，周振起.新型低溫省煤器在電站鍋爐上的應用[J].節能，2002（9）：32-33.

[3]潘鳳紅，張炳文，蘭建軍.增加輔助設備回收鍋爐排煙余熱[J].節能，2006（11）：13-15.

[4]宋景慧，闞偉民，許誠.電站鍋爐煙氣余熱利用與空氣預熱器綜合優化[J].動力工程學報，2014，34（2）：140-146.

[5]李斌，黨自力.低溫省煤器設計及其動態特性分析[J].熱力發電，2014，34（2）：140-146.

[6]黃新元，史月濤，孫奉仲.670 t/h鍋爐增設低壓省煤器降低排煙溫度的實踐[J].中國電力，2008，41（6）：55-58.

[7]徐世明，鄒兵.鍋爐排污及除氧器排汽綜合利用研究[J].電站輔機，2015，36（2）：19-22.

Considering various factors analysis of the operation of low temperature economizer performance

XU Shi-ming，LIU Xin-guo，MEI Le-sheng
（Huaneng Yingkou Thermoelectric Co.，Ltd，Yingkou 115003，Liaoning，China）

Taking a 330 MW coal-fired power plants and transformation of low temperature economizer system as an example，consider more factors in coal-fired power plant performanceevaluation on the parameter of low temperature economizer.the analysis result shows that after operating low temperature economizer system，the power generation coal consumption rate drops 2.232 g/kW·h in average，the boiler smoke temperature drops but the flue gas resistance increases.The electrostatic precipitator efficiency increases after operating the low temperature economizer.The smoke temperature should be controlled during operation，improper will cause serious dust in the electrostatic precipitators.

economizer；low temperature；economic；factor；operating；flue gas；resistance；precipitator

TK223 63+3

A

1672-0210（2016）02-0036-04

2016-03-10

徐世明（1983-），男，畢業于東北電力大學，工學碩士，從事熱力設備的性能分析及運行優化等研究工作。