小型電站排煙及循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)設(shè)計探討

劉媛

（中冶長天國際工程有限責(zé)任公司 湖南長沙 410007）

小型電站排煙及循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)設(shè)計探討

劉媛

（中冶長天國際工程有限責(zé)任公司 湖南長沙 410007）

為了節(jié)省能源，小型電站開始廣泛使用煙氣余熱和循環(huán)水余熱技術(shù)，對該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高發(fā)電效率，減少煤資源的消耗和廢氣的排放，增加發(fā)電量，是節(jié)能環(huán)保的主要措施之一。本文分別從小型電站的排煙以循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)設(shè)計上面做初步探討，僅供相關(guān)人士參考。

小型電站；排煙；循環(huán)水；余熱利用；系統(tǒng)設(shè)計

1 引言

在小型電站中，鍋爐的排煙和循環(huán)水的熱損失占據(jù)了鍋爐熱損失的大半，而且對環(huán)境的污染情況也隨著鍋爐運行的時間而加大。如果能夠在發(fā)電過程中，加大新技術(shù)和工藝的使用，降低對循環(huán)水進(jìn)行循環(huán)利用，充分利用煙氣余熱，對于有效降低小型電站的煤資源的損耗、減少對環(huán)境的污染、增加發(fā)電量，無疑具有十分重要的意義。

2 煙氣余熱利用系統(tǒng)設(shè)計及經(jīng)濟性分析

本文以下述例子來做簡單介紹，某機組配備燃煤鍋爐，汽輪機為凝汽式汽輪機組。原系統(tǒng)設(shè)計中，電除塵器出口煙氣的含塵量不大于100mg/Nm3，除塵器效率不低于99.88％。低溫省煤器煙氣余熱回收系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 低溫省煤器煙氣余熱回收系統(tǒng)

2.1 低溫省煤器入口的水溫控制

控制低溫省煤器水側(cè)低溫段腐蝕的主要方法是控制入口水的溫度。控制低溫省煤器入口水溫，使管束的最低壁溫高于水露點25℃（水露點溫度43.78℃），以避開了低溫腐蝕區(qū)。一般控制入口水溫度不低于70℃。

根據(jù)該機組的實際工況，在冬季有抽汽供熱的需求，所以選取了并聯(lián)方式。結(jié)合汽機THA工況熱平衡圖中各低加入口凝結(jié)水溫度，為了降低傳熱溫差，提升設(shè)備運行的經(jīng)濟性，設(shè)計時，具體的取水方案為：當(dāng)在額定工況下運行時，低溫省煤器水側(cè)從1號低加入口（純凝工況設(shè)計溫度33.61℃）和2號低加出口（純凝工況設(shè)計溫度85.98℃）取部分凝結(jié)水，混合水的溫度為70℃，且自動控制混合水溫度在70℃以上，經(jīng)低溫省煤器加熱后，回3號低加出口（純凝工況設(shè)計溫度115℃），同時兼顧低溫省煤器出口水溫度大于3號低加出口溫度，排擠更多的上一級低加抽汽。更主要的是隨著機組負(fù)荷變化，對低溫省煤器進(jìn)水溫度兼顧出水溫度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

2.2 低溫省煤器出口煙氣溫度控制

設(shè)計低溫省煤器入口煙氣溫度為150℃，出口溫度為100℃；鍋爐低溫省煤器的凝結(jié)水流量可調(diào)，如此，即可控制低溫省煤器出口煙溫在設(shè)計范圍內(nèi)，使煙溫高于95℃（煙氣露點溫度計算為95.05℃）。為此，采取的設(shè)計方案是通過凝結(jié)水流量控制低溫省煤器出口煙氣溫度。在3號低加和4號低加之間的主凝結(jié)水管道上，新增加串聯(lián)的流量調(diào)節(jié)閥和該調(diào)節(jié)閥的電動旁路閥。通過自動調(diào)節(jié)，控制進(jìn)入低溫省煤器的凝結(jié)水流量，保持低溫省煤器出口的煙氣溫度在95℃以上，從而控制低溫省煤器的腐蝕速率。

2.3 低溫省煤器煙氣壓差控制

低溫省煤器連接在空預(yù)器和電除塵之間，工況環(huán)境惡劣，煙氣中的含塵量較大，且采用了H型焊接鰭片的高效換熱管，設(shè)備積灰的可能性較大。積灰后低溫省煤器的阻力增加，局部煙氣的流速增加，增大了對換熱設(shè)備的沖刷和磨損，增加了設(shè)備泄漏的幾率。同時，上級受熱面的吹灰或其他固體顆粒都將沉積在低溫省煤器的鰭片中不易清除，因此需對低溫省煤器的煙氣差壓進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視，控制煙氣差壓不超過2000Pa。如不能對煙氣側(cè)差壓進(jìn)行有效控制，可能會引起機組降負(fù)荷甚至停機檢修事故，因此需連續(xù)監(jiān)視，掌握設(shè)備運行規(guī)律，確定合理的吹灰周期。

2.參與表演，豐富學(xué)生想象。在故事性強的文本學(xué)習(xí)中，教師要讓學(xué)于生，讓學(xué)生充當(dāng)小演員，在文本的空白處、精彩處啟發(fā)想象，發(fā)展學(xué)生的想象能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。如在學(xué)習(xí)人教部編本七下《駱駝祥子》一課教學(xué)中，教者以6名學(xué)生為一小組，合作完成一個故事。教師讓學(xué)生研讀課文，并進(jìn)行組內(nèi)分工，將文本改成課本劇。表演是一種創(chuàng)造性活動，學(xué)生只有深入研究人物語言、動作、神態(tài)，才能深層次把握人物的特征，才能使自己演得傳神。在表演后，教師要評出最佳劇本、最佳創(chuàng)意、最佳演員，激發(fā)學(xué)生的活動熱情。

2.4 鍋爐低溫省煤器保護

選定設(shè)計參數(shù)時，須考慮系統(tǒng)及設(shè)備長期運行的可靠性。低溫省煤器應(yīng)有防止腐蝕的壁溫低保護、泄漏監(jiān)控報警和溫度報警裝置，一旦發(fā)生壁溫低、泄漏等故障情況，具備快速處理技術(shù)手段，根據(jù)具體情況，能有效隔離部分或全部系統(tǒng)。

2.5 低溫省煤器實際運行改造控制效果

經(jīng)過近1年的運行實踐，低溫省煤器運行良好，熱工控制的凝結(jié)水溫度和流量平穩(wěn)，滿足了低溫省煤器的運行需要，除塵效果和節(jié)能降耗達(dá)到了預(yù)期效果。在額定負(fù)荷工況下，電除塵器出口的排放濃度由17.92mg/Nm3，降至11.68mg/Nm3；在75％額定負(fù)荷工況下，電除塵器出口的排放濃度由16.18mg/Nm3，降至12.43mg/Nm3。根據(jù)熱力試驗，得到低溫省煤器投入后供電煤耗的降低值，在100％額定工況下為2.14g/kW·h，在75％額定工況下為1.52g/kW·h，在50％額定工況下為0.70g/kW·h。

3 循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)設(shè)計及經(jīng)濟性分析

本文以下述例子來做簡單介紹，某小型電站循環(huán)水余熱回收利用系統(tǒng)采用的是基于吸收式循環(huán)的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)，其工藝流程如圖2所示。根據(jù)實際工程測試發(fā)現(xiàn)，影響熱泵COP因素的主要參數(shù)，驅(qū)動蒸汽溫度、熱網(wǎng)水溫度與熱泵COP成反比關(guān)系，熱源水溫度/流量、熱網(wǎng)水流量與熱泵COP成正比關(guān)系。對COP影響程度依次為熱網(wǎng)水溫度→熱源水溫度→驅(qū)動蒸汽溫度→熱網(wǎng)水流量→熱源水流量。設(shè)計控制方法的基本原則為在保證各數(shù)據(jù)參數(shù)、生產(chǎn)以及設(shè)備安全的情況下，提高熱泵COP參數(shù)，盡量多地利用循環(huán)水的低品位熱能，通過驅(qū)動蒸汽流量及熱網(wǎng)水流量的變化來調(diào)節(jié)整個循環(huán)水余熱回收系統(tǒng)。

3.1 熱網(wǎng)水控制系統(tǒng)

熱網(wǎng)水控制系統(tǒng)設(shè)計要求為調(diào)節(jié)管道內(nèi)熱網(wǎng)水壓力滿足熱泵工作要求，為保證熱網(wǎng)水出口溫度，應(yīng)精確地調(diào)節(jié)熱網(wǎng)水流量。當(dāng)熱網(wǎng)水出口溫度過高時，COP指數(shù)下降很快，當(dāng)進(jìn)入系統(tǒng)熱網(wǎng)水較少時或熱網(wǎng)水管道內(nèi)壓力較低時，會降低整個系統(tǒng)效率。基于上述控制原則，熱網(wǎng)水控制系統(tǒng)充分發(fā)揮DCS對模擬量控制精確的特點，采用雙閉環(huán)控制邏輯，利用PID算法調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥門以達(dá)到精確控制熱網(wǎng)水流量，利用變頻器調(diào)節(jié)升壓泵調(diào)節(jié)熱網(wǎng)水壓力。

圖2 熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱工藝流程示意圖

驅(qū)動蒸汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的是根據(jù)循環(huán)水余熱回收系統(tǒng)整體要求，將驅(qū)動蒸汽溫度調(diào)節(jié)至某一個使余熱回收系統(tǒng)性能指數(shù)最高的值且維持其穩(wěn)定，這就要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度快且穩(wěn)定。余熱回收系統(tǒng)利用1、2號機凝結(jié)水對1號機采暖抽汽進(jìn)行冷凝。基于上述控制原則，驅(qū)動蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用DCS作為控制設(shè)備，PID作為控制算法，3個電動減溫水調(diào)節(jié)閥進(jìn)行聯(lián)鎖控制，無備用，使整個系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度。

3.3 疏水液位控制系統(tǒng)

疏水液位控制系統(tǒng)的基本控制原則是在保證疏水罐液位安全的同時，將疏水直接送入低壓加熱器，在兼顧低加水位與疏水罐水位的同時調(diào)整疏水速度。疏水泵系統(tǒng)采用了1個電動調(diào)節(jié)閥門，3個變頻疏水泵，采用二主一備的方法。兩個運行變頻器全部采用自動調(diào)頻策略。

3.4 吸收式熱泵

吸收式熱泵控制系統(tǒng)主要包括兩部份：①生產(chǎn)流程控制；②生產(chǎn)安全控制。負(fù)荷自動調(diào)節(jié)，自動對系統(tǒng)驅(qū)動熱源輸入量及溶液循環(huán)量進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)，使機組高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。根據(jù)熱泵生產(chǎn)實際采用如圖3的供熱系統(tǒng)。溶液泵變頻控制，根據(jù)機組負(fù)荷變化情況，由變頻器進(jìn)行無極調(diào)速，保證溶液循環(huán)量處于最佳循環(huán)狀態(tài)，發(fā)生器液面穩(wěn)定在最佳區(qū)域內(nèi)。安全控制包括熱泵內(nèi)參數(shù)監(jiān)視，設(shè)備故障監(jiān)視等。以汽輪機抽汽為驅(qū)動能源Q1，驅(qū)動機內(nèi)溴化鋰溶劑循環(huán)做功，產(chǎn)生制冷效應(yīng)，回收乏汽中的余熱Q2。消耗的驅(qū)動蒸汽熱量Q1與回收的乏汽余熱量Q2一同加入到熱網(wǎng)水中，即：熱網(wǎng)得到的熱量為Q1+Q2。

圖3 吸收式熱泵回收余熱示意圖

3.5 總體控制策略

在上述電廠實際生產(chǎn)過程中，因吸收式熱泵本體采用PLC進(jìn)行控制，泵組間無通訊無協(xié)調(diào)，常出現(xiàn)的狀況為多臺泵蒸氣閥門全開，溶劑泵超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，而少數(shù)泵效率低下，發(fā)生器出口熱網(wǎng)水溫度也不相同，從節(jié)約能源和設(shè)備使用壽命上來看是極其不利的。利用DCS可將循環(huán)水余熱回收利用系統(tǒng)中全部熱泵設(shè)備作為一個整體進(jìn)行控制，熱泵調(diào)節(jié)統(tǒng)一在DPU內(nèi)進(jìn)行處理，可保證所有設(shè)備處于最優(yōu)工況下。圖4為系統(tǒng)總體控制框圖，以熱網(wǎng)水出水流量和驅(qū)動蒸汽調(diào)閥為被控量，以熱網(wǎng)水出水口溫度為反饋調(diào)節(jié)，吸收式熱泵之間緊密通信。

3.6 經(jīng)濟性分析

本方案采用DCS一體化設(shè)計方案，該循環(huán)水余熱回收利用系統(tǒng)通過72h試運行，經(jīng)測試，本循環(huán)水余熱回收利用系統(tǒng)控制策略實用性良好，設(shè)備保護能力完好，余熱利用系統(tǒng)各參數(shù)均優(yōu)于設(shè)計要求，在節(jié)約能耗方面效果顯著，主要指標(biāo)對比如表1。

圖4 總控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

表1 循環(huán)水余熱回收利用系統(tǒng)主要指標(biāo)對比表

如表1所示，采用本控制系統(tǒng)可將系統(tǒng)總效能比提高至1．80，在相同熱網(wǎng)水流量情況下可節(jié)省抽汽量35．14t/h。在控制設(shè)備投入方面，本系統(tǒng)采用與廠方原DCS系統(tǒng)相同的硬件設(shè)備，該硬件設(shè)備為國內(nèi)先進(jìn)控制系統(tǒng)，硬件可靠且價格要低于其他吸收式熱泵采用的PLC控制設(shè)備。因與廠方原有系統(tǒng)硬件相同，故接入原有系統(tǒng)十分方便，無需對運行人員進(jìn)行培訓(xùn)。另外，本系統(tǒng)歷史功能完善，可同時查詢分析歷史數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)，為廠方繼續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)流程提供了方便。

4 結(jié)束語

隨著人們對環(huán)境保護的意識越來越強，如何合理利用好現(xiàn)有的資源，將成為中小型電站的一個重要工作。從總體上說，排煙和循環(huán)余熱利用系統(tǒng)具有很強的可行性，對于當(dāng)下節(jié)水節(jié)煤的效果十分顯著，從而做到節(jié)能微排，創(chuàng)造凈水藍(lán)天的目標(biāo)。

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TM621

A

1004-7344（2016）02-0233-02

2015-12-25

劉媛（1981-），女，工程師，本科，主要從事余熱發(fā)電設(shè)計工作。