張家口發電廠加裝低壓省煤器降低排煙溫度的研究

陳 熙

（大唐國際發電股份有限公司張家口發電廠，河北 張家口 075133）

前言：火力發電廠每年消耗我國煤炭總產量的50%，排煙熱損失是電站鍋爐各項熱損失中最大的一項，一般在5%～8%，占鍋爐總熱損失的80%或更高。導致電站鍋爐出現熱損失的主要原因是鍋爐的排煙溫度，一般情況下，排煙溫度每升高10℃，就會加重排煙熱損失0.6%～1.0%。目前為止，我國現有的火電機組中鍋爐排煙溫度普遍維持在125℃～150℃左右水平，燃用褐煤的發電機組排煙溫度高達170℃～180℃，因此，深度降低機組排煙溫度，并加強煙氣的回收利用，不僅可以減輕廠區的環境污染，還可以降低電廠的成本投資。

一、省煤器系統的原理

鍋爐低壓省煤器系統,包括省煤器管屏、進口集箱、出口集箱導管等等,它的特征在于進口集箱經由管道與回熱系統中低壓加熱器連接在一起。低壓省煤器安裝與鍋爐空氣預熱器出口尾部煙道上,由管束、出口聯箱、進口聯箱等組成。水側引入的便是低壓回熱加熱系統里的凝結水。并且可進行高溫和低溫的切換,出水最遠可以引至除氧器。低溫省煤器能降低鍋爐的排煙溫度,提高發電廠的循環熱效率。并且具有抗磨損、抗腐燭的獨特能力,在鍋爐工況發生比較大變動時,仍具有較高可靠性和經濟性。低壓省煤器熱力系統簡圖如圖1.1所示。從圖中可看出低壓省煤器布置在了鍋爐煙道尾部,它的水側連接在回熱加熱系統,通過各類管道來進行內外冷熱流體間的熱量傳遞。

雙級低壓省煤器煙氣余熱利用原理見圖1.2。由圖1.2可見，用空氣預熱器進口的一部分煙氣旁路，分別用雙級布置的低壓溫省煤器與低壓低溫省煤器，使空氣預熱器前、后的部分煙氣余熱同時得以利用。第1級低壓高溫省煤器進口煙氣溫度可達400℃左右，被加熱水溫度可以得到遠高于低壓低溫省煤器的溫升，提高了低壓省煤器回收的煙氣余熱的數量和品質，同時第2級低壓低溫省煤器可以進一步利用煙氣余熱，降低排煙溫度。

圖1低壓省煤器熱力系統簡圖

圖2 雙級低壓省煤器原理

在使用低壓高溫省煤器時，不僅可以有效的降低空氣預熱器出口的煙氣溫度，還可以降低其熱風溫度。適度的降低一次風溫，就可以降低制粉系統中的冷風摻混量，進而使排煙的溫度也得到降低；降低二次分溫，雖然對鍋爐的熱效應不會產生任何影響，但也會在一些特定情況下影響鍋爐爐內的燃燒過程，需通過計算來確定合適的抽煙氣量，以保證二次風溫不影響到爐膛燃燒。計算得出不同抽煙氣份額對空氣預熱器出口熱風溫度的影響見圖1.3。由圖1.3可見，在抽煙氣份額為10%時，熱風溫度降低約11℃，可以在保證爐內燃燒不受較大影響的前提下，實現煙氣余熱最大程度利用。因此，推薦低壓高溫省煤器旁路抽煙氣份額為10%。

圖3 抽煙氣份額對空氣預熱器出口熱風溫度的影響

二、張家口發電廠低壓省煤器節能改造分析

1.機組參數

張家口發電廠1、2號鍋爐為東方鍋爐廠制造的DG1025-18.2-Ⅱ4型亞臨界、中間再熱、自然循環、全懸吊、平衡通風、燃煤汽包鍋爐。設計煤種為大同優質煙煤，其灰份含量為24.84%，低位發熱量為20963KJ/kg，滿負荷（300MW）運行時燃煤量為124T/h。鍋爐設計排煙溫度為151℃，鍋爐設計效率90.46%。目前鍋爐燃用煤種與設計煤種偏差較大，實際運行排煙溫度平均值為155℃，夏季最高排煙溫度為165℃.

2.改造方案

低壓省煤器的熱力系統如圖2.1所示。低壓省煤器安裝于電除塵出口至引風機入口的兩個豎直煙道內，分甲乙兩側對稱布置，與主回水成并聯布置，其進口水取自低壓加熱器系統，設計特定的進水方式與電調閥配合，可實現低壓省煤器進水的切換與調整。進入低壓省煤器的凝結水吸收排煙熱量后，在#3低加出口與除氧器入口之間與主凝結水匯合。

由凝結水系統流來的低壓加熱器主凝結水，經低壓省煤器入囗集箱進入低壓省煤器，流經蛇形管排吸收煙氣熱量，返回到3號低加出囗的主凝結水管道。由于實現了介質、煙氣的逆向流動，一方面可大大提高低壓省煤器的傳熱系數，解決布置危機；另一方面，可使排煙溫度的降低不受介質出口水溫的限制，最大限度地降低排煙溫度。

圖2.1 低壓省煤器熱力系統圖

三、經濟性分析

加裝低壓省煤器后，在投入情況下，汽機熱耗降，鍋爐效率無變化，引風機耗電率微升，凝泵耗電率波動不大。電除塵出、入口表計不全（未做電除塵效率試驗），對電除塵效率變化不做評價，脫硫塔入口粉塵濃度有下降趨勢。主要分析如下：

1.鍋爐效率沒有變化，空預器出口煙溫、氧量運行正常，低省后排煙溫度降低約20℃左右。

2.通過調整到低壓省煤器的凝結水流量，能保持在投、切狀況下3號低加出口水溫一致。

3.由華北電科院汽機所按照《汽輪機熱力性能驗收試驗規程》（GB/T 8117.2—2008），對低溫省煤器投、停前后的機組熱耗率進行了標準試驗。低壓省煤器投運前后熱耗的差值為：300MW工況降低45.5 kJ/kWh、250MW工況為降低37.3kJ/kWh、200MW工況降低為33.9 kJ/kWh。

按照 300MW 供電煤耗降低 1.649g/kWh，250MW 供電煤耗降低1.298g/kWh，200MW供電煤耗降低1.12g/kWh計算，參考我廠2011年全年運行小時約為7743小時，機組負荷平均分布情況約為：

270MW-300MW：2000小時，發電量約為5.7億度；

200MW-270MW：3500小時，發電量約為8.2億度；

200MW以下：1500小時，發電量約為2.2億度；

按照發電量 16 億度，預計全年節標煤量為：1.649×5.7+1.298×8.2+1.12×2.2=2249 噸

標煤單價按690元/噸計，年降低155.18萬元。

同時煙溫降低減少了脫硫系統水耗，估算年可節約水耗5萬噸，按我廠水費0.8元/噸考慮，機組年節水費4萬元。

四、結論

對于鍋爐排煙溫度降低的過程，要針對電廠、熱力設備以及煤質的不同，制定與其相適用的解決方案，確保執行最佳方案。要根據電廠的具體情況及對改造效果的要求，要考慮改造后是否進行鍋爐的運行情況及安全系數、改造費用及投資回收年限等角度出發，也要考慮低壓省煤器具有布置靈活、運行中可對排煙溫度進行調節、煤種適應性好、造價低、運行安全可靠等特點，來進行合理的改造方案。

本文以張家口發電廠2號機組加裝低壓省煤器為例，分析了低壓省煤器在降低排煙溫度，提高經濟性方面的重要作用。具體結論如下：

1.介紹分析了省煤器系統的原理，包括系統結構，系統分類以及布置方式。

2.根據張家口發電廠2號機組增設低壓省煤器的實例，分析了低壓省煤器在設計安裝的具體方案，還通過等效焓降法計算分析了熱經濟性，計算結果顯示，加裝低壓省煤器后，300MW工況下熱耗降低45.5 kJ/kWh機組供電煤耗將降低1.649g/kWh。排煙溫度也由入口的136.5℃降低到出口的120.4℃，平均降低值為16℃。因此加裝低壓省煤器對降低排煙溫度，提高電廠熱經濟性具有重要作用。

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