1 000 MW超超臨界機組加裝低溫省煤器改造及熱經濟性分析

馬記

(華電萊州發電有限公司，山東 煙臺 261441)

0 引言

對1 000 MW燃煤發電機組相關運行數據進行分析，當鍋爐排煙溫度升高10 ℃時，鍋爐熱效率將下降0.5%左右，發電煤耗約升高1.5 g/(kW·h)。因此，鍋爐排煙溫度高的問題已成為嚴重影響發電機組運行經濟性和安全性的一個難題。降低鍋爐排煙溫度、吸收鍋爐排煙熱損失對1 000 MW燃煤機組節能降耗和經濟、安全運行具有現實意義。目前，加裝低溫省煤器是有效回收鍋爐排煙余熱的措施之一[1]。華電萊州發電有限公司(以下簡稱萊州公司)1 000 MW超超臨界鍋爐年平均排煙溫度高達126 ℃，吸收排煙余熱，提高機組熱經濟性勢在必行。本文對萊州公司#1機組加裝低溫省煤器后1 000，750 MW工況下的運行經濟性進行分析。

1 設備及低溫省煤器煙氣、水側參數

萊州公司2臺1 000 MW超超臨界機組燃煤鍋爐為高效超超臨界參數、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、運轉層以上露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型變壓直流爐。汽輪機為超超臨界、一次中間再熱、單軸四缸四排汽、凝汽式，設計額定功率為1 000 MW。

在機組小修煙氣超低排放一體化協同治理中，加裝低溫省煤器回收排煙熱損失，提高機組熱經濟性。1 000，750 MW工況下加裝低溫省煤器后煙氣、水側參數見表1(表中BMCR為鍋爐最大連續蒸發量)。

低溫省煤器出口水溫設計時，考慮低溫省煤器換熱管低溫腐蝕與靜電除塵器運行的經濟性。

表1 1 000，750 MW工況下低溫省煤器煙氣、水側參數

2 低溫省煤器布置位置選擇

萊州公司燃煤機組在電除塵器入口煙道上布置6臺低溫省煤器，設置3臺熱媒循環泵(2用1備)。低溫省煤器布置位置選擇考慮以下2點因素。

(1)低溫省煤器布置在鍋爐靜電除塵器之前，將低溫省煤器系統和汽輪機回熱系統有機地聯系在一起，不會對一/二次風溫、鍋爐燃燒狀況造成影響，也不會降低空氣預熱器的換熱量。同時，低溫省煤器在尾部煙道吸收的煙氣熱量可看做是排煙余熱，鍋爐效率不會因此而變化。

圖1 低溫省煤器現場布置

3 低溫省煤器凝結水取水選擇

低溫省煤器利用鍋爐尾部煙道的排煙余熱直接加熱汽輪機回熱系統中凝結水泵供出的低壓主凝結水。低溫省煤器系統可以通過串聯或并聯的方式布置在汽輪機低壓加熱器(以下簡稱低加)回路中，起到部分低加的相同作用，排擠汽輪機部分回熱抽汽，在汽輪機進汽量不變的情況下，排擠抽汽返回至汽輪機繼續膨脹做功，在燃料量不變的情況下可以多獲得電功，提高機組熱經濟性[2]。

針對萊州公司機組1 000 MW工況下，鍋爐空氣預熱器出口排煙溫度及汽機側低加水側運行參數，確定低溫省煤器凝結水取水方案：凝結水從#8低加入口和#7低加出口主凝結水管分別取凝結水，混合后進入低溫省煤器，吸熱升溫后再進入#7低加出口主凝結水管，從而實現熱量的回收利用。低溫省煤器凝結水取水方案如圖2所示。

圖2 低溫省煤器凝結水取水方案

4 加裝低溫省煤器熱經濟性分析

萊州公司低溫省煤器凝結水取水方案中，#7低加出口取水目的是與#8低加入口凝結水混合調節低溫省煤器入口凝結水溫度，因此，取水方案可看作#8低加入口取部分凝結水與低溫省煤器并列布置。低溫省煤器并聯系統如圖3所示。

圖3 低溫省煤器并聯系統

低溫省煤器并聯系統從低加No.x入口分流部分凝結水Dd流經低溫省煤器，吸收排煙余熱被加熱升溫后返回汽輪機回熱系統，在低加No.(m-1)的出口處與主凝結水相匯合。從凝結水流系統看，低溫省煤器與No.x至No.(m-1)低加成并聯運行方式。

經過低溫省煤器的凝結水量Dd相對于1 kg新蒸汽的份額為

(1)

式中：α為份額，%；Dd為經過低溫省煤器的凝結水量，kg/s；D為主蒸汽流量，kg/s。

外觀設計單獨立法論 ................................................張 鵬 06.45

依據等效熱降原理[3]，份額αd的凝結水從低加No.x入口引出熱系統，從低加No.(m-1)的出口進入熱系統，整個系統獲得的實際做功收益為

(2)

低溫省煤器將機組熱經濟性提高相對量

(3)

式中：H為新蒸汽等效焓降，kJ/kg；ηi為發電機組效率提高的相對值。

新蒸汽的等效焓降

(4)

式中：ηb為鍋爐試驗效率，%；d為機組汽耗率，kg/(kW·h)。

發電機組效率提高的相對值

(5)

發電機組熱耗率降低相對值

Δq=qΔηi，

(6)

式中：q為機組熱耗率，kJ/(kW·h)。

機組發電標準煤耗降低量

(7)

式中：ηg為管道效率，%。

機組全年煤耗降低量

ΔB=ΔbPn×10-6，

(8)

式中：P為發電機組額定功率，kW；n為機組在額定功率年工作小時數。

1 000，750 MW工況下汽輪機低加經濟性數據見表2。

表2 1 000，750 MW工況下低加經濟性數據

萊州公司#1機組加裝低溫省煤器后，1 000，750 MW工況的機組經濟性數據見表3。

表3 1 000，750 MW工況加裝低溫省煤器經濟數據

5 結論

(1)萊州公司低溫省煤器布置在靜電除塵器入口煙道上，既降低了電除塵器入口煙氣溫度，提高了電除塵器除塵性能，同時充分吸收排煙余熱，提高機組熱經濟性，位置布置方案具有現實指導意義。

(2)考慮到受熱面低溫腐蝕，低溫省煤器凝結水取水方案、分水流量系數需經過優化選擇設計，保證低溫省煤器出口煙溫維持在(90±2 ℃)。

(3)機組加裝低溫省煤器后，1 000，750 MW工況下利用等效焓降法進行熱經濟性分析，年節省標準煤量分別為2 515/2 393 t，去除熱媒循環泵電耗，年節約成本分別為17.66/12.39萬元，提高了機組運行的熱經濟性。