660MW超超臨界機組直流鍋爐煙氣高效利用設計優化

摘 要：本文主要對660MW超超臨界機組直流鍋爐的優化設計進行了分析。包括煙氣高效利用方案的選型、燃煤的煤質、前置換熱器工作流程及布置方式、除塵器入口溫度等進行了詳細的說明和分析，以便更好的提升600MW超超臨界機組直流鍋爐煙氣的高效利用率。

關鍵詞：660MW；超超臨界機組；直流鍋爐；煙氣；設計優化

中圖分類號：TM621.2 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0303-01

在鍋爐熱損失中燃煤鍋爐的排煙占其整體損失的大部分，占燃料熱量的4～8%，所以，要想提升鍋爐的熱效率就必須要降低排煙損失。對電力企業而言，采用大容量、高參數燃煤機組，在對發電煤耗進行降低的同時也要最大化的對系統進行優化設計，以此來達到超低排放的效果。以下主要以某發電廠為實例，對660MW的超超臨界機組的優化設計進行了分析。

1 實際情況概述

某發電廠為煤電一體化大型坑口電廠，此電廠660MW的超臨界空冷機組是1000kV特高壓交流輸電工程的配套電源點項目，在機組建設中同時建有石灰石濕法脫硫以及SCR脫銷設施，除塵系統采用雙室五電場高效靜電除塵器。鍋爐主要是單爐膛，四角切圓燃燒、平衡通風、固態排渣、全懸吊結構、一次中間再熱、緊身封閉布置、Ⅱ型變壓運行直流爐，汽輪機為一次中間再熱、單軸、雙背壓、三缸兩排汽、空冷凝汽式汽輪機，發電機主要是以靜態勵磁為主，水一氫冷卻汽輪發電機。

2 設計條件分析

2.1 煤原以及煤質地分析

鍋爐在設計中的煤種所采用的是褐煤，鍋爐燃煤屬于高揮發分、高水分、低灰分、低硫分的低熱值煤。

2.2 除塵器入口煙氣溫度的設計

對鍋爐燃煤煙氣的酸露點的上下限制進行計算時，要依照VerhoffBanchero和HaaseBorgmann估算公式來確定，設計煤種的煙氣酸露點為106.5℃，而對該煤種的煙氣酸露點進行校核時其溫度應為102℃。當煙氣溫度降低時，結露的SO3液滴在高含塵的環境中會被粉塵吸附包裹，同時會與粉塵中的堿性物質發生中和反應，從而避免對換熱器、除塵器及下游設備產生腐蝕。在灰硫比超出100的情況下，煙氣中S03的質量濃度低于2.86mg/m3，此時其下游設備和煙道會發生的低溫腐蝕性很小。基于上述理論，所以在對此發電廠660MW機組鍋爐煙氣的裝置出口以及其除塵器入口煙氣的溫度設計應在110℃。

3 對前置換熱器設計方案的分析

3.1 工作流程及其布置方法的設計

將前置換熱器布置在空氣預熱器的入口煙道上方及脫硝裝置煙道出口下方的區域。換熱工質取自3號高壓加熱器人口，在由煙氣換熱后轉回到2號高壓加熱器的出口位置。

這種布置方法就等同于將省煤器進行分組布置，以此將原省煤器的出口煙氣溫度進行提升，通常會提高10℃左右，保證脫硝裝置在全負荷下運行。

3.2 設計說明

邊界條件設計：

一方面，汽輪機的主要參數由：主蒸汽流量、主蒸汽出口汽溫、再熱器流量、再熱器出口汽溫構成，數值分別為2145t/h、605℃、1765t/h、603℃。另一方面，的參數由進口給水溫度，出口給水溫度，進口煙氣溫度，出口煙氣溫度構成，數值分別為：190.7℃、300.8℃、403℃、363℃。而空氣預熱器的參數是：人口煙氣溫度363℃，出口煙氣溫度冬季135.7℃、夏季143.9℃，入口一次風溫度冬季為30℃，夏季為42℃，出口一次風溫度，冬季在350.6℃，夏季為351.1℃，入口的二次風溫度與一次風相同，但其二次風的出口溫度冬季在334.4℃，夏季為335.5℃，煙氣側阻力入口和出口值為1108和1115Pa。對前置換熱器的性能設計，其性能指標：進口煙氣溫度為403℃，出口煙氣溫度為363℃，進口給水溫度為190.7℃，出口給水溫度為300.8℃，給水流量為142t/h，BMCR工況煙氣側提供熱量為19.23MW，煙速為9.2（m*s-1），煙氣阻力為40.4Pa，水側阻力為439Pa。

3.3 結構的設計和完善

首先對脫硝裝置進行調整，在原有脫硝裝置設計中，催化劑模塊的布置形式職能是9×11，脫硝裝置人口煙道呈喇叭形，出口相對較窄，入口相對較寬，會對煙氣的流場均勻性產生較大影響，使劉板的布置難度增加。一旦煙氣的流速不夠均勻，就會造成催化劑磨損或堵塞。

在調整鋼結構之后，R排柱向爐前移動1980mm，催化劑模塊的布置可以改為11×9，會提升反應器深度與寬度的合理性，使其流場均勻性更好，且導流板布置簡單。在對數值進行模擬計算后可知，在對其調整后煙氣的流速與偏差相比之前要小很多，調整前后2種結構數據為：催化劑層數仍保持3+1層，水平入口煙道尺寸未發生變化為4450×10380mm，入口煙道擴口尺寸由21380mm調整為17480mm，豎直上升煙道尺寸由3000×21380mm調整為3000×17480mm，催化劑模塊布置由9×11塊調整為11×9塊，反應器截面尺寸由8940×21380mm調整為10920×17480mm，出口煙道縮口尺寸調整前后未改變為13416mm，水平出口煙道尺寸為4000×13416mm，未發生變化。

4 總 結

通過以上對660MW超超臨界機組直流鍋爐的設計優化分析，能夠充分將電廠的發電煤耗最大程度的降低，其數值在2.17g/kWh，能夠使電廠的總效率提升0.37%，使汽輪機的熱耗率降低59kJ/kWh。而且在THA工況下脫硫入口煙氣溫度也得到了降低，有原先的136.6℃降低到了90℃，每臺鍋爐脫硫系統耗水量從125t/h降至75t/h。水費按5.8元/t計算，則脫硫系統能夠有效的節約水費159.5萬元/a，總的計算下來每臺機組的年運行費用可以節省約為214.5萬元。

參考文獻

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收稿日期：2018-9-3