霍林河電廠煙氣余熱利用系統優化設計的研究

李 洋，梁金柁，楊學敏，肖增弘

（1．沈陽工程學院研究生部，沈陽110136；2．沈陽工程學院能源與動力工程學院，沈陽110136；3．天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司，天津301606）

霍林河電廠煙氣余熱利用系統優化設計的研究

李 洋1，梁金柁2，楊學敏3，肖增弘2

（1．沈陽工程學院研究生部，沈陽110136；2．沈陽工程學院能源與動力工程學院，沈陽110136；3．天津冶金集團軋三鋼鐵有限公司，天津301606）

鍋爐尾部煙道加裝低壓省煤器，可回收鍋爐煙氣的余熱，加熱給水回熱加熱系統中的主凝結水，提高鍋爐給水溫度。低壓省煤器連接方式有多種，針對霍林河電廠1＃機組設計了6種連接方式，并利用等效熱降原理對這6種連接方式進行了熱經濟性對比，分析結果表明將低壓省煤器與6＃低加并聯連接的方式節能效果最為明顯。

排煙余熱；低壓省煤器；連接方式；等效熱降

0 引言

火電廠生產成本中燃煤成本所占比重最大，為節約生產成本，鍋爐采用了摻燒價格較便宜的劣質褐煤，但由于褐煤發熱量低、含水量大，致使鍋爐的排煙溫度隨之升高，排煙熱損失增大，鍋爐效率降低。為了充分回收鍋爐排煙的余熱，提高能源利用率，該廠計劃在鍋爐尾部煙道內加裝低壓受熱面，以充分利用排煙余熱。經過多方論證，決定在鍋爐尾部煙道加裝一換熱器，利用煙氣熱量加熱管內的水，然后再將此水引入汽輪機回熱抽汽系統。此熱量的引入可使汽輪機的回熱抽汽量減少，更多的蒸汽返回汽輪機中繼續做功，增加了汽輪機的出力，電廠熱效率得以提高。此低壓省煤器的水側連接系統有多種方式，不同的連接方式獲得經濟效益不同，為此應對多種方式進行熱經濟性分析，從而確定最佳連接方式，為該廠低壓省煤器連接方式的設計選型提供理論依據。

1 機組設計參數及低壓省煤器連接方式

1．1 機組設計參數

霍林河電廠1＃機組鍋爐為哈鍋引進型亞臨界壓力、一次中間再熱、單爐膛、強制循環汽包鍋爐，型號為HG－2080／17．5－YM。鍋爐整體Π型布置，全鋼構架懸吊緊身全封閉結構，鍋爐爐膛燃燒方式為正壓直吹四角切圓燃燒。汽輪機為哈爾濱汽輪機廠設計生產的亞臨界壓力、中間再熱、直接空冷純凝汽式汽輪機，型號為NZK600－16．7／538／538，汽輪機設有7級回熱抽汽（3臺高壓加熱器，3臺低壓加熱器和1臺除氧器），汽輪機的回熱加熱系統（低壓部分）如圖1所示。

圖1 汽輪機的回熱加熱系統圖（低壓部分）

原有燃料混合劣質褐煤后燃料的低位發熱量明顯降低，而全水分卻增加許多，從而造成了鍋爐在同樣的負荷下煙氣量增加，鍋爐排煙溫度升高。東北電科院在對1＃機組鍋爐進行綜合升級改造前進行熱力性能試驗，在BMCR工況下鍋爐的排煙溫度為158℃，比設計值高了近25℃。摻燒褐煤后鍋爐在不同工況下排煙溫度見表1所示。汽輪機在THA工況下回熱加熱系統主要參數見表2所示。

1．2 低壓省煤器的連接方式

低壓省煤器與汽輪機回熱系統的連接方式有兩類，分別為串聯連接和并聯連接，圖2為低壓省煤器的連接方式圖。其中圖2（a）為并聯連接，即從某x級加熱器入口引出部分凝結水使其在低壓省煤器中吸熱然后返回m級加熱器的入口，與另一部分經過m－1級加熱器的主凝結水匯合，之后一起進入m級加熱器。圖2（b）為串聯連接，即從某j－1級加熱器出口引出全部的凝結水使其在低壓省煤器中吸熱，然后重新返回j級加熱器入口。

表1 不同工況下鍋爐的排煙溫度

表2 汽輪機回熱加熱系統主要參數

圖2 低壓省煤器連接系統

2 低壓省煤器連接方式優化設計

2．1 不同連接方式的比較

低壓省煤器與回熱加熱器串聯連接時，主凝結水全部流經低壓省煤器，低壓省煤器的熱負荷比較高，排煙余熱得到充分利用，機組熱效率提高較多。但串聯方式水的流動阻力增大，需要更換揚程更大的凝結水泵，改造和運行費用增加。

低壓省煤器與回熱加熱器并聯連接時，主凝結水的流動阻力較小，不需要更換現有的凝結水泵，設備投資較少，系統可靠性較高。但因流經低壓省煤器的凝結水流量減小，在相同的換熱面積下換熱量較小。改造后可根據鍋爐負荷的不同，調整流經低壓省煤器的主凝結水量控制鍋爐排煙溫度。

2．2 低壓省煤器入口和出口水溫的選擇

低壓省煤器的進水溫度受到汽輪機負荷及鍋爐熱力防腐因素的限制，根據低壓省煤器低溫腐蝕的機理和腐蝕與管壁溫度的關系可知，為使低壓省煤器金屬管壁年腐蝕速度小于0．2mm，則低壓省煤器的管壁溫度t應該在（tld＋25）＜t＜105范圍之內，其中tld為煙氣中水蒸氣露點溫度。由表1的煤元素成分得到煙氣中水蒸氣露點溫度為43．02℃，因此，低溫省煤器入口水溫不應低于68℃。考慮到低壓省煤器的換熱面積，低壓省煤器的出口水溫與鍋爐的排煙溫度不能相差過小，初步確定低壓省煤器的出口水溫不高于130℃。

2．3 低壓省煤器連接方式的確定

低壓省煤器以串聯或并聯連接于汽輪機回熱加熱系統，在并聯方案中分水系數可以根據實際情況確定。分水系數是指引入到低壓省煤器中的凝結水量與總凝結水量的比值。根據以上分析，本文確定了6種連接方式。低壓省煤器水側連接具體方式見表3。

表3 低壓省煤器的水側系統連接方式

3 低壓省煤器不同連接方式的經濟性比較

3．1 低壓省煤器利用煙氣余熱計算

為使計算結果具有代表性，以鍋爐最大連續蒸發量工況作為計算工況。經現場試驗測試，在BMCR工況下加裝低壓省煤器后鍋爐排煙溫度降低到135℃，煙氣的焓降低了215kJ／kg，煙氣的流量為86．55kg／s，可以利用煙氣的余熱為18 609kJ／s，將這些熱量利用于汽輪機的回熱系統中，汽輪機主蒸汽流量為506．21kg／s，因此由式（1）可知單位質量蒸汽得到的熱量為36．76kJ／kg。

式中：qd為單位質量蒸汽得到的熱量kJ／kg；DH為凝結水流量，kg／s；hd″、hd′為低壓省煤器入口、出口水焓值kJ／kg；αH為凝結水的份額；D為新蒸汽質量流量kg／s；

3．2 低壓省煤器串聯方案的熱經濟性分析

單位質量工質在低壓省煤器吸熱量為qd，這一熱量被作為一個純熱量利用在No．j能級抽汽中，根據等效熱降原理，新蒸汽等效焓降增加值為

式中：ηj為j級低壓加熱器抽汽效率%；ΔH為新蒸汽等效熱降增加值kJ／kg。

加裝低壓省煤器后使機組熱經濟性相對提高δηj（%）：

式中H為新蒸汽等效熱降值kJ／kg。

3．3 低壓省煤器并聯方案的熱經濟性分析

在并聯方案中把經過低壓省煤器的凝結水量與主凝結水量的比值稱為分水系數αD，即：αD＝DD／DH，式中DD為經過低壓省煤器加熱的凝結水量。因此，經過低壓省煤器的凝結水量占主蒸汽流量的份額為βD＝αD×αH。考慮到汽輪機的安全性和經濟性，分水系數的設計值不高于0．5，本文分別對分水系數為0．3和0．5兩種工況進行分析計算。份額為βD的凝結水從某低壓加熱器的入口引至低壓省煤器，然后從某加熱器出口返回回熱系統，在這一過程中新蒸汽等效焓降增加值為

式中：hd為低壓省煤器出口凝結水kJ／kg；hm－1為低壓加熱器No．（m－1）凝結水出口焓kg／kJ；ηm為m級低壓加熱器效率%。

機組熱經濟性提高相對量

依據以上所述分析對表3中的6種連接方式分別進行定量計算，各方案的低壓省煤器水側參數見表4所示，6種連接方式的經濟性結果見表5。

表4 不同連接方式低壓省煤器水側參數

由表5可以得到在低壓省煤器串聯方案中方案2的節能效果優于方案1，在并聯的各種方案中，方案3的節能效果優于方案4，并且分水系數越小，節能的效果越好。但從表4中得到方案5和方案6的省煤器出口水溫度與鍋爐排煙溫度非常接近，這將使低壓省煤器的換熱面積增加，改造成本增加，并且還受到省煤器布置空間的限制。雖然串聯方案2與并聯方案3的節能效果比較接近，但串聯方案需要更換揚程更大的凝結水泵，投資增加，并且增加了運行成本，降低了可靠性。綜合分析后，可知方案3為最優方案。

表5 低壓省煤器各種連接方案的經濟性計算結果表

霍林河電廠在對鍋爐采用摻燒劣質褐煤的同時，對1＃機組進行了在尾部煙道加裝低壓省煤器的改造，低壓省煤器水側連接采用與6號低壓加熱器并聯的方式即本文所述的方案3。改造后東北電力科學研究院對1＃機組進行了綜合升級改造后的性能試驗，結果為低壓省煤器投入使機組標準煤耗率降低1．4g／（kw·h），此結果驗證了理論分析的正確性。

4 結語

1）對電廠鍋爐進行排煙余熱利用改造后，排煙溫度明顯降低，鍋爐效率大幅度提高，鍋爐排煙余熱利用系統的連接方案有多種形式，需通過理論分析的方法來確定最佳的改造方案。

2）通過對低壓省煤器6種連接方案的經濟性分析，結果表明低壓省煤器與6＃低壓加熱器并聯的方案3，能夠節約發電標準煤耗1．60g／（kw·h），此方案的節能效果最佳。

3）理論分析結果與實際運行結果相符合。

［1］安恩科，馬健越．加裝低壓省煤器對汽輪機相對內效率的影響［J］．同濟大學學報，2010，38（10）：1492－1495．

［2］黃嘉駟，張子建，張素娟．600MW鍋爐低壓省煤器水側連接優化選擇［J］．熱能動力工程，2013，28（4）：62－64．

［3］肖增弘，盛偉，王福中，等．熱（汽）耗變換系數在熱力系統經濟分析中的應用［J］．沈陽工程學院學報，2000（4）：3－5．

［4］周新軍，房林鐵，張紅方．330MW機組增裝低壓省煤器及經濟性分析［J］．節能，2011，28（8）：16－20．

［5］杜祖成，夏永軍，徐繼成，等．電廠熱力系統熱經濟性指標的實用技術研究［J］．沈陽工程學院學報，2011，7（4）：315－317．

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The Research on Optimization Design to Exhaust Gas Waste Heat Utilization System in Huolinhe Power Plant

LI Yang，etc．
（Graduate department，Shenyang Institute of Engineering，Shenyang110136，China）

Low pressure economizer is installed on the boiler tail flue gas duct，which can recycle the waste heat of boiler flue gas，heat the main condensated water in regenerative feed water heating system，and raise the temperature of feed water．There are many ways of low－pressure economizer connected．This article de－signs 6kinds of connection mode aiming at Huolinhe power plant No．1unit，and contrasts the economy of these connection modes by using the theory of equivalent heat drop．The analysis results show that the parallel connection between low pressure economizer and No．6low energy is most pronounced for saving effect．

exhaust gas waste heat；low pressure economizer；connection mode；equivalent heat drop

TK22

A

1009－8984（2016）02－0064－04

10．3969／j．issn．1009－8984．2016．02．015

2016－04－23

李洋（1986－），男（漢），遼寧綏中，碩士主要研究節能理論與技術。