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低压省煤器系统节能理论及其在石横发电厂的应用


全国火电300MW级机组能效对标及竞赛第四十届年会论文集

锅炉篇

低压省煤器系统节能理论及其在 石横发电厂的应用
冯刚李士强于德志 (国电山东石横发电厂,山东泰安271621)

【摘

要】介绍了低压省煤器系统在国电石横发电厂#2机组上的应用,主要包括系统的节能原理、设计、安

装运行等内容,并对系统节能量进行了计算并分析了该系统的优越性,运行结果证明,该系统能够有效降低烟气温 度,提高电厂热系统的热效率、降低煤耗率,具有良好的节能效果。

【关键词】电厂节能低压省煤器烟气余热




面对日趋严峻的能源现状,为了实现可持续发展战略,减少能源消耗与污染物排放,国家对电

力行业的环保与节能提出了更高要求,能源价格特别是燃煤成本的高涨,使得火电厂在上网电量和 上网电价方面面临装机容量逐渐饱和的竞争和国家的管制,同时还要承担大气污染治理的任务,面 临成本提升的形势。目前国内不少电厂锅炉的排烟温度较高,从而造成排烟损失较大,发电煤耗率 偏高,电站锅炉排烟温度一般在120--140℃左右,高硫份燃料的锅炉排烟温度在150℃左右,还有锅 炉的排烟温度高达180---200℃。因此,排烟余热利用的潜力很大。有效利用烟气余热,实现深度节 能,成为火电厂提高机组经济性的有效途径。为了利用排烟余热,可以采用在尾部烟道增设低压省 煤器系统,在保证不发生低温腐蚀的情况下,大幅降低排烟温度,充分利用烟气余热,节能减排效 果明显。 石横发电厂舵锅炉系上海锅炉厂采用CE技术制造的1025t/h控制循环锅炉。设计煤种为肥城烟 煤,现运行煤种为混煤,锅炉设计排烟温度为143℃(BMCR,修正前)。锅炉设计效率87.14%(高 热值基准),燃料消耗量137.3t/h(BMCR)。但实际运行过程中锅炉排烟温度严重偏高,平均到达

160℃,超出设计值近20℃,夏季高负荷时超过170℃,影响锅炉热效率约1.2个百分点。2009年∞ 月,委托济南达能动力技术有限责任公司进行了铊炉低压省煤器系统的设计、安装、调试等工作。
本文将对该系统的节能原理、设计安装、运行等方面进行介绍,并对该系统投入运行一年多来的节 能效果进行认定。



低压省煤器系统节能原理简介
低压省煤器是利用锅炉排烟余热,节约能源的有效措施之一。低压省煤器装在锅炉尾部,结构与

一般省煤器相仿。低压省煤器与主回水成并联布置,其进口水取自汽轮机的低压回热系统,低压省煤

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器的过水量、入口水温均可在运行中调节。进入低压省煤器的凝结水吸收锅炉排烟热量后,在除氧
器入口与主凝结水汇合。这种热力系统,低压省煤器的给水跨过若干级加热器,利用级间压降克服低 压省煤器本体及连接管路的流阻,不必增设水泵,提高了运行可靠性,同时也自然地实现了排烟余 热的梯级利用。 一般认为,把烟气余热输入回热系统中会减少部分抽汽,增加了汽轮机的冷源损失,导致热力 循环效率降低,并且减少的部分抽汽会增加凝汽器的排汽使汽轮机真空有所降低。实际上,增设低 压省煤器后,大量烟气余热进入回热系统,由于汽轮机低加回热系统从外部额外获取了这部分热量, 新增了一定的做功能力,这个新增的额外热功远大于因减少抽汽和汽轮机真空微降所引起的热功损 失,所以在某种程度上提高了机组的经济性。

2石横发电厂#2炉低压省煤器系统介绍
2.1

低压省煤器的设计安装介绍 低压省煤器的热力系统如图l所示。低压省煤器与主回水成并联布置,其进口水取自拍、群7低压

加热器出口,设计特定的进水方式与电调阀配合,可实现低压省煤器进水量的切换与调整。进入低 压省煤器的凝结水吸收排烟热量后,在除氧器入口与主凝结水汇合。
左出口烟温1左出口烟温2

右出口烟温1右出口烟洫

厦蜒r最

图l

石横发电厂舵炉低压省煤器热系统示意图

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低压省煤器的总体布置采用了双烟道错列管排逆流布置(见图2)。低压省煤器本体以锅炉对称 中心为界,分甲、乙两侧分别安装于引风机后的两个水平烟道内,其蛇行管屏吊挂在管箱顶部的小 横梁上,小横梁两端通过大横梁将重量传至立柱上。烟气从引风机出口烟道上行,进入两个改造后 尺寸为6124x5240的横置水平连通烟道,从前向后水平冲刷省煤器蛇形管束;由凝结水系统流来的 低压加热器主凝结水,经布置在烟气进口上方的低压省煤器入口集箱进入低压省煤器,经蛇形管排 流入布置于烟气出口上方的出口集箱,经一凝结水母管汇集后,返回除氧器。返回点设置在5号低 加出口的主凝结水管道。由于实现了介质、烟气的逆向流动,一方面可大大提高低压省煤器的传热 系数,解决布置危机;另一方面,可使排烟温度的降低不受介质出口水温的限制,最大限度地降低 其出口至脱硫系统的烟温,保证了脱硫系统的安全经济运行。 低压省煤器传热元件采用镍铬渗层零隙阻钎焊螺旋翅片管,为山东大学的专利技术,为了防止 低温腐蚀,管材由两部分组成。管屏共12排管子,高温部分为前8排,基管材质为20钢(GB3087), 翅片材质为低碳钢(08AI):低温部分为后4排,基管与翅片材质均为ND钢。基管直径‘P38x4.0, 翅片高度16mm,翅片厚度1.5mm;翅片与基管的焊着率不低于98%。 集箱,管路材质为20钢(GB3087.2008):集箱规格9273x12,管路规格9273x8。上述结构与尺寸的 组合,具有较高的总传热系数和防止磨损、堵灰及抵抗腐蚀的综合性能。同时,在烟气流阻限制较 严格的情况下,可使烟气侧流阻控制在允许值之内。

低压砻媒器本体

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烟气来自/
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图2石横发电厂撑2炉低压省煤器设备布置示意图

2.2低压省煤器设计参数介绍
主要设计参数

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3石横发电厂#2炉低压省煤器的运行规定
低压省煤器的投入、运行及退出要严格按照运行规程执行。正常运行时,维持低压省煤器入口 水温在不低于设计值(9012),以确保低压省煤器的工作安全。通过调节低压省煤器的过水流量,调 整低压省煤器出口烟温,低压省煤器设计出口烟温为132"C,一般情况下不宜低于120"C,以防止低 压省煤器后烟道等发生低温腐蚀;为减少排烟热损失,在低压省煤器出口烟温度不低于120"C的情 况下,可尽量压低低压省煤器出口烟温。 低压省煤器进口烟温与出口烟温对应关系表



进口烟温 出口温度

℃ ℃

180 147

170 14l

160 134

150 128

_





低压省煤器的进水温度应相对稳定,正常运行时不宜随意变动,只有当煤的含硫量有较大变化 时,才作适当调整。当运行煤种的含硫量增大时,应相应提高低压省煤器进水温度。进水温度的控 制见下表。 进口水温与煤中含硫量、出口烟温关系表

低压省煤器投入运行以后,运行人员应实时监控低压省煤器的进水温度、出水温度、出口烟气 温度,发现温度偏离正常值时,应及时做出调整。运行时。应按照规程相关规定进行吹灰.避免因 为管外表面积灰而影响系统换热效果。

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4石横发电厂#2炉低压省煤器的节能效果分析
根据低压省煤器的节能原理,舵炉在增设低压省煤器后,凝结水在低压省煤器中吸收锅炉排烟 余热,降低排烟温度,同时凝结水被锅炉排烟余热加热、温度升高后再返回低压加热器系统,这样 低压省煤器可代替部分低压加热器的作用,排挤了部分汽轮机的回热抽汽,在总燃料量和汽轮机进 汽量不变的情况下,这部分排挤抽汽将在汽轮机继续做功。相当于新增了一定的做功能力,这个新 增的额外热功远大于因减少抽汽造成的凝汽器增加的冷源损失和汽轮机真空微降所引起的热功损
失。

4.1热力试验数据统计 下面我们将对因低压省煤器投运后新增的额外热功进行计算,以此来确定撑2炉低压省煤器的节 能效果。为了更精确的计算出低压省煤器投运后的的节能效果,我们于2010年5月19日对撑2炉在
300MW负荷工况下,分别进行了投入和解列低压省煤器两个热力状态的热力试验,以取得准确的实 验数据。 舵机组试验期间原始数据汇总表

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4.2低压省煤器的节能效果计算
根据试验的原始数据,我们依据以下公式进行了准确计算:

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(1)流量


主凝结水流量

试验计算以实测除氧器入口凝结水流量为依据,通过对高压加热器和除氧器的热平衡和流量平 衡计算给水流量,再计入减温水流量给水泵密封水进水和回水流量和不明泄漏量等,求得主蒸汽流 量,进一步求得再热蒸汽流量。


给水流量

l号高加热平衡 G给水’(h出来l-h进木l户G进汽1’(h避汽l?h蘸水1)………………………………………….(1) 2号高加热平衡 G给水。(h m,lc2-h进水2) =G进汽2‘(tl避汽2-h曩木9+G进汽l’(h藏木l-h蕊东2)………………………………………(2) 3号高加热平衡 G给水‘(h m.3-h进来3)=爿G进汽3‘(h进汽3—h et咏3) +(G避^l+G琏汽2)‘m,R*2-h藏木3)…………………(3) 除氧器热平衡
G出来4。h出水4==G进汽4?h进汽4+G囊水?h《t-'f,4

+(G避汽I+G iaet2+G进^3)?h蕊木3 +G豫当量?h出东4-G放汽?h艘^……………………………………………。(4) 除氧器流量平衡
G m,4=G进^l+G避^2+G进^3+G进汽4+G疆木+G蠢当--G放^……………………………..

给水流量 G蛤水=G出承4一G过蠢-G再鼍+G爱密封承………………………………………………….(6) 式中:

G蛤水——通过高压加热器的给水流量[t/h】
G避^——-力口热器进汽流量[t/h】

G进木,G出r加热器进、出口水流量[t/h】
h进水,h出承——加热器进、出口水焓[kJ/kg】 h避^,h囊承——加热器进汽、疏水焓pO/kg]
下标l、2、3、4分别代表1"--'3号高加及除氧器

G_当r除氧器水位变化当量流量[t/h],水位下降为正
t^一除氧器放汽量及其焓值It/h,kJ/kg】 G勰,G再_一过热减温水及再热减温水流量[t/h】
G麓^,h

G囊密封采-—谝入给水泵的密封水量[t/hi
量与各加热器进汽流量。


以上6个方程有G培木,G埕^l’G进^2,G馘3,G舭4,G出东4共6个未知数,可联立求解得到给水流

主蒸汽流量 G{^=G嚣糸.I—G±taf.I.-G^色当I|.G炉啊-.G不啊?……………………………………….(7)

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式中:

G-t卜主蒸汽流量[t/h】 G汽包当r—-汽包水位变化当量流量【伽】,水位下降为正 G炉明卜锅炉侧明漏量[t/h】 G不明r系统不明漏量计入锅炉的部分[t/h】
G一再=G



冷再流量 t^-G进^i?G避汽2-Gs—Ge-GN—GM—GL-GA2……………………….(8)

式中:

G冷再—一高压缸排汽流量【t伽

G^r高压门杆一档漏汽至再热管道流量【讹】(大修后高压l'-J杆一档漏汽改接至中
压再热主汽门前,大修前为接至高排,该值取为0)

GB一高压门杆二档漏汽流量【t/h】
Gr一高压缸轴封漏入中压缸流量[t/h】

Gk,GM,GI-一高压缸后轴封及平衡盘漏汽量[t/h】
再热蒸汽流量 G再蕉=G冷冉+G再_+G^2…………………………………………………………………(9) 式中:

G再格一热再热蒸汽流量【t/h】

(2)试验热耗率 HR试-=(G差^‘h书^+G再矗’h再蔫-G冷再‘h一再一GA2‘(h再蔫-h主^).G蛤木?h蝓水-G过鼍?h过_-G再_?h再蠢)/P(10)

式中:HR潮—一试验热耗率[kJ/(kW.h)】

hx一对应各流量的焓值[kJ/kg】

k发电机功率[M期
(3)试验汽耗率
d=G丰H/P

式中:

b试验汽耗率[kg/(kW.h)】
b=

…………………………………………………………………………(1 1)

(4)机组发电煤耗率

里垦姿丝
qb xqp x29.3076

式中:

b试验发电煤耗率【烈kW?h)】 q旷硼炉效率 q广管道效率
主要计算结果汇总

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5结论 通过计算结果我们可以看出舵机组在300MW负荷工况下,投入低压省煤器后,汽轮机热耗率
降低35.4 kJ/kWh,折合为发电煤耗率可降低1.39/kWh,节能效果相当明显。 这里指出,低压省煤器尽管降低了烟气温度,但并未改变锅炉效率。锅炉的排烟温度仍然定义于 空气预热器出口。投入低压省煤器后,在计算锅炉效率时,锅炉排烟温度仍以空预器出口烟气温度 为准,不能采用低压省煤器后的烟气温度来计算排烟损失,所以,锅炉效率不受低压省煤器投入和 解列的影响。

参考文献:
【1】林万超.火电厂热系统节能理论[M】.西安交通大学出版社,1994,11. 【2】剪天聪.汽轮机原理【M】.水利电力出版社,1995,5. 【3】黄新元.火电厂低压省煤器系统的最优水量分配【.r1.水动力学研究与进展,2003,5.

【4】‘300Mw燃煤锅炉机组》一陕西省电力工业局编,版本PP.1 30—143
【5】‘锅炉运行'.辽宁省电力工业局,版本PP.83._98

【6】‘电厂锅炉:}.金维强、涂仲光合编,版本PP.117一13l
【7】‘发电厂热力设备>.郭祝三、李文艺等合编,版本PP.219_-223

作者简介:
冯刚 男1972年汉族研究生高级工程师长期从事火力发电厂运行工作

李士强男1974年汉族本科工程师长期从事火力发电厂运行工作
于德志男1975年汉族本科工程师长期从事火力发电机组运行工作


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