超超临界火电机组中烟气-凝结水换热器系统的应用.pdf

第 3 5卷第 6 期 2 0 1 4 年 1 2 月 电力与 能源 7 4 5 圈 超 超 临界 火电 机 组 中 烟 气 一 凝 结 水换热器系统的应用 周 国平 ， 祝建飞 ， 王 煦。 ， 汪朝 阳 ， 朱宇新 1 ． 上海上 电漕泾发 电有 限公 司， 上海 2 0 1 5 0 7 ； 2 ． 上海 明华电力 技术 工程有限公司 ， 上海 2 0 0 0 9 0 摘要 超超临界火 电机组加装 烟气一 凝结 水换热器 G C H 系统可 以有 效利用锅炉 尾部烟气余 热来加热 汽机 凝结水 ， 提高机组运行经济性 。结合某 电厂的 GC H 改造工程 ， 介绍 了 GC H 系统 的二级布 置、 每级 多个模 块 布置 等特 点 ， 针对 GC H 系统 布置设计了 G CH 出口烟温控制策 略以及确保 G C H 通路 正常的控制 功能 ， 描述 了 GC H 系统调试及投运情况 ， 并 对经济性收益进行 了评估 。应用数 据表 明， 投用 G C H 系统后 ， 较好地实 现 了节 能减 排 ， 达到 了预期 目标 。 关键 词 火 电机组 ； 烟气余热利用 ； GC H 系统 ； 控制功能 中图分类号 T K3 9 文献标 志码 B 文章 编号 2 0 9 5 1 2 5 6 2 0 1 4 0 6 0 7 4 5 0 4 Ap p l i c a t i o n o f Fl u e Ga s c o n d e n s a t e He a t Ex c h a n g e r S y s t e m i n Ul t r a S u p e r c r i t i c a l Co a l f i r e d Uni t Zh o u Gu o pi n g ， Zh u J i a n f e i ， Wa n g Xu ， Wa n g C h a o y a n g ， Zh u Y i xi n。 1 ． S h a n g h a i S h a n g d i a n - Ca o j i n g P o we r Ge n e r a t i o n Co ．， Lt d ． ， S h a n g h a i 2 0 1 5 0 7 ， C h i n a ； 2 ． S h a n g h a i Mi n g h u a El e c t r i c P o we r Te c h n o l o g y En g i n e e r i n g Co ．， Lt d ．， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 0， Ch i n a Ab s t r a c t Fl u e g a s ～ c o n d e n s a t e h e a t e x c h a n g e r GCH s y s t e m i n u l t r a s u p e r c r i t i c a l c o a l f i r e d u n i t c a n e f f e c t i v e l y u s e t h e b o i l e r f l u e g a s wa s t e h e a t t o h e a t t h e s t e a m c o n d e n s a t i o n wa t e r ，i mp r o v i n g t h e u n i t ’ s e c o n o my i n o p e r a t i o n ．C o mb i n i n g G CH t r a n s f o r ma t i o n p r o j e c t o f a p o we r p l a n t ，t h e l a y o u t c h a r a c t e r i s t i c s o f GC H s y s t e m we r e i n t r o d u c e d，wh i c h we r e t wo l e v e l a r r a n g e me n t a n d m u l t i p l e mo d u l e s p e r l e v e 1 ． Ac c o r d i n g t o t h e GCH s y s t e m l a y o u t ，t h e GCH o u t l e t g a s t e m p e r a t u r e c o n t r o l s t r a t e g y a n d t h e c o n t r o l f u n c t i o n o f e n s u r i n g GCH pa t hwa y n or ma l wer e de s i gn e d． The GCH s y s t e m c ommi s s i on i ng a nd op e r a t i o n we r e de s c r i be d a n d t h e． e e o- n o mi c b e n e f i t wa s e v a l u a t e d ． Da t a s h o ws ， a f t e r GCH s y s t e m o p e r a t i o n ． S o e n e r g y - s a v i n g a n d e m i s s i o n r e d u c t i o n we r e s u c c e s s f u l l y a c h i e v e d a n d t h e e x p e c t e d g o a l wa s r e a l i z e d ． Ke y wo r d s Co a l f i r e d u n i t ；Fl u e g a s wa s t e r h e a t u t i l i z a t i o n；GCH s y s t e m ；C o n t r o l f u n c t i o n 火 力发 电机 组 通过 加 装 烟 气／ 凝 结 水 换热 器 GC H ， 回收利用锅炉排烟余热 ， 加热汽轮机凝 结水， 能有效提高机组效率 ， 节约能源 ， 并减少发 电成本 。虽然加装烟气换热器后烟气阻力有所增 大 ， 但其耗 电量还不到节约成本的 1 0 ％～3 O ， 因此烟气换热器具有 良好的应用前景 ， 国内外 已 有一些研究成果和工程应用实例[ 】 ] 。本文结合 某 电厂的 GC H 改造工程 ， 介 绍了超超临界火 电 机组烟气余热利用 G CH系统的应用情况。 1 工 程概 况 某电厂 1 0 0 0 Mw 超超临界发电机组在检修 期间进行了烟气综合利用改造工程 ， 加装了烟气／ 凝结水换热装置 ， 对锅炉排烟余热进行回收利用。 机组配套的电站锅炉为超超临界参数变压运行螺 旋 管 圈水冷 壁 直 流 炉 ， 单炉 膛 、 一 次 中 间再 热 、 采 用四角切圆燃烧方式、 平衡通风 、 固态排渣 、 全钢 悬吊结构 、 塔式、 露天布置燃煤锅炉 。 锅炉 最大 连续 出力 B MC R 工 况下 的主要 技 术 参 数数 据如 表 l 所 示 。 表 1 锅炉主要技术参数数据 B MC R工况 参数名称 设计煤种 校核煤种 过热蒸 汽流量／ t h 2 9 5 5 ． 6 2 9 5 5 ． 6 过 热蒸汽压力／ MP a 2 7 ． 5 6 2 7 ． 5 6 过热蒸 汽温度／ ℃ 6 0 5 6 0 5 再热蒸汽压力／ MP a 5 ． 9 5 ． 9 再热蒸汽温度／ ℃ 6 0 3 6 0 3 锅 炉排烟 温度 修正后 ／ ℃ 1 2 6 1 3 4 7 4 6 周国平 ， 等 超超临界火电机组 中烟气一 凝结水换 热器系统的应 用 机 组配套 汽轮 机型 号为 K1 5 6 1 6 ． 7 ／ 0 ． 9 8 1 ／ 5 3 8 ／ 5 3 8 。一 次 中间再热 、 单轴 、 双缸 双排 汽 、 供 热 式 汽轮 机 。主要技 术数 据如表 2所 示 。 表 2 汽轮机主要技 术数 据 名 称 数 值 型号 N1 0 0 0 2 6 ． 2 5 ／ 6 0 0 ／ 6 0 0 T C 4 F 额定功率／ MW 1 0 0 0 额定主蒸汽压力／ MP a 2 6 ． 2 5 额定 主蒸汽温度／ ℃ 6 0 0 额定再热蒸汽压力／ MP a 5 ． 3 5 额定再热蒸汽温度／ ℃ 6 0 0 额定背压／ k P a 4 ． 4 ／ 5 ． 4 保证热耗率／ k J k Wh ～ 7 3 1 6 烟气脱硫设备采用石灰石一石膏湿法、 一炉一 塔脱硫装置 ， 脱硫率在设计煤种锅炉 B MC R工况 下不 小于 9 5 。每套 烟气 脱硫装 置 的 出力 在锅 炉 B MC R工况 的基础上 设计 ， 脱硫系统处 理 的烟气量 8 7 2 ／ s 湿态 、 标准状况 、 锅 炉设 计煤 种 ， 最 小可 调能 力与单 台炉不投 油最低稳 燃负荷 即 3 O B MC R 工况， 燃用设计煤种的烟气流量 相适应。 2 G C H 系统改造方案 烟气余 热综 合 利 用 改 造 工 程 G CH 系 统 ， 包 括凝结水系统、 烟气系统、 吹灰系统 、 泄漏报警 系 统和排污／ 排水系统等。G CH采用分级布置 ， 第 一 、第二级的布置方案分别见 图 1和图 2 。一级 换热 器 布置在 电除 尘 人 口两个 分 支 烟 道 上 、 A／ B 侧各一组 ， 每组 2台换热器 双侧进水 ； 二级换热 器布置在脱硫吸收塔入 口， 共计一组 2台换热器 双 侧进 水 。 图 1 GCH系统第一级 的布置方案 图 2 G CH 系统第二级的布置方案 G CH系统中凝结水工艺流程见图 3 。在图 3 中， 凝结水由机组 7号低加后引出， 6号低加前引 入 ， 两级 串联 布置 。凝结 水先后 流 经二级 换热 器 、 一 级 换 热 器 。在 4 O ～ 1 0 0 B MC R 工 况 下 ， 第 一 级烟气换热器出口烟气温度为 1 0 6 ． 5 4 C， 第二 级烟气换热 器 出 口处 烟气 温度不 高于 9 6 ． 7 ℃。 在进水温度 8 4 ． 6 ℃的条件下 ， 水侧出 口温度不低 于 9 8 ． 5 ℃ B MC R 工 况 。 总 烟 气 阻 力 不 大 于 0 ． 8 0 k P a ， 其 中第一 级 阻力 为 0 ． 2 9 7 k P a ， 第二 级 阻力 为 0 ． 1 6 6 k P a 。 6号 一 广 皿。』 1⋯ l f 蕊l一L_ 厂_l l I l I 器 图 3 GCH 系统 凝 结 水 侧 工 艺 流 程 图 换热 器结 构方 案 如 下 沿 烟 气流 动 方 向分 成 多个 模块 。第 二级 分 为上下 5组 、 左右 2组 、 前后 2组 ， 共计 2 0个模块 ； 第一级每台分为上下 4组 、 左 右 2组 、 前 后 2组 ， 共 计 1 6个模 块 ； 沿烟道 宽度 方 向 ， 垂直分 成 独立 的左 右 两 组模 块 分 别 布 置 于 独 立 的烟道 内 烟 道 至换热 器 处分 叉 ， 分 别进 入 2 组独立 的换热器 ， 并在换热器出 口烟道合并 、 左 右双侧进水 、 左右两组换热器问可以容纳检修人 员进入 作业 。凝 结 水 系 统 电 动 隔离 门 、 电动 调 门 纳入 机组 D C S控制 ， 能实 现远程 和就 地操 作 。 一 级换热器采用蒸汽／ 水双介质吹灰器， 吹灰 器布置于换热器顶部 。二级换热器采用声波式吹 灰器 。吹灰器控 制也 纳入 机组 DC S控 制 ， 并且 能 够实现远程 和就地操作 。为 了保证换 热器 的安 全 、 可 靠 运行 ， 换 热 器 安装 有 炉 管泄 漏 报警 系统 ， 报警 监 控纳入 机组 DC S控制 。 3 G C H 系统控制功能设计 根 据 G CH 热 力 系 统 工 艺 及 运 行 要 求 ， 进 行 GC H 系统控 制功 能设计 。 3 ． 1 烟温调节控制策略 GC H 系统通 过 调节 流 经 新 增 的 一 级 和 二级 G C H 热 交换 器 的凝结 水流 量 ， 来 改变 通过热 交换 器 的烟气 换 热 量 。在 满 足 烟 温 控 制 要 求 的 前 提 下 ， 尽可能地利用烟气余热来加热凝结水 ， 实现余 热利 用 。为保 证 烟气 温 度 在 酸 露点 之 上 ， 避 免 除 尘器 、 烟道 、 引风机和增压风机等发生低温腐蚀 ， 主要通过烟气换热器凝结水旁路电动调节阀和第 一 级烟气换热器凝结水出口电动调节阀来共同调 周 国平 ， 等 超超临界火 电机组 中烟气一 凝结水换 热器 系统 的应 用 7 4 7 节 GC H 系统 的烟 气温 度 。 1 第一 级 烟 气换 热 器凝 结 水 旁路 电动 调 节 阀 此调节阀控制第一级烟气换热器出口烟气温 度 ， 使得出 口烟 温维持在 1 0 5 ～1 0 8 ℃。同时 ， 设 定值可由运行人员在一定范围内调整。当被控温 度测点坏质量或烟气换热器凝结水旁路 电动调节 阀强制开启信号触发时 ， 调门退出 自动 。 2 第一 级 烟 气 换 热 器 凝 结 水 出 口 电动 调 阀 由于第一级烟气换热器和其旁路的管径相 当， 当第一 级 烟 气 换 热 器 凝 结 水 出 口电 动 调 阀全 开 时， 即使旁路调节阀全开 ， 也不能完全分流换热器 的凝结水。当烟温较低时 ， 旁路调 门可能全开也 无法使烟 温 回到酸露 点 以上 ， 迫使 G C H 退 出。 因此 ， 考虑根据烟气换热器凝结水旁路 电动调节 阀的 开度 和 GC H 的 出 口烟气 温 度 ， 来 相 应 调 整 出口电动调 阀开度 ， 配合调节 GC H 烟气换热器 出口烟气温度 ， 满足工艺系统的需求。具体如下 1 满 足 以下任 意条 件 ， 开 度指 令 为 0 GC H投运时， 进 口烟气温度小于 1 1 5 ℃且旁路开 度 大 于 3 O ； G CH 投 运 时 ， 进 口 烟 气 温 度 小 于 9 3 ℃且旁路开度大于 3 0 。 2 满足以下任意条件， 开度指令为 6 O 烟 气换热器凝结水旁路 电动调 节阀开度大于 7 O 且第一级烟气换热器凝结水出口电动调节阀大于 8 O ； GC H 投 运 时 ， 烟 气 温 度 大 于 1 1 7 ℃且 第 一 级 烟气 换 热 器 凝 结 水 出 口 电动 调 节 阀 开 度 小 于 1 0 、 烟气换热器凝结水旁路 电动调节 阀阀位大 于 9 5 ％。 3 满足以下任意条件 ， 开度指令为 1 0 0 9 ／ 6 烟 气换 热 器 凝结 水 旁路 电动调 节 阀开 度 小于 5 O 。 一 由于温度的对象特性惯性较大 ， 并 且变化速 度 较慢 ， 因此 加 入 一 定 的前 馈 来 帮 助 提 高 控制 的 响 应速 度 ， 前 馈 指令形 成 如下 。 r 烟 气 流 量 入口 烟 温一出 口 烟 温设 定 值 0 ． 1 8 、 ＼ 凝 水 流 量 1 级 换 热 器 出 E l 温 度一 2 级 换 热 器 人 口 温 度 ／ 1 3 ． 2断水保 护 和通 路状 态判 断设 计 为了确保投 入 GC H 系统后凝 水 系统 的通 畅 ， 增加 了相应阀门的方 向性 闭锁和保护开启等 功 能 ， 以免凝 结 水 系统 断水 影 响 机 组 的 安 全稳 定 运行。为避免一级换热器处发生断水 ， 第一级烟 气换热器凝结水旁路 电动 阀增加 了保护开启条 件 ， 条 件 如下 如满 足下列 任一 条件 ， ． 发 5 S脉 冲 。 1 当一级旁路 电动门未全关时， 一级换热器 进 口电动门未全开。 2 当一级旁路 电动门未全关时， 一级换热器 出 口电动 门未全 开 。 3 当一级 旁路 电动 门未全 关 时 ， l出 口门 阀位 小 于 5 0 9 ／ 6 。 此外 ， 针 对整 个 G CH 还设 计 了 GC H 运 行状 态信号 ， 当 G CH运行状态信号消失时， 7号低加 出 口电动 阀不允许 关 闭 。 G CH运行状态判断设计逻辑如下 ， 如以下条 件全部满足 ， 则表示 G CH通路或投入运行。 1 烟气换热器凝结水进 口电动阀全开。 2 烟气换热器凝结水出 口电动阀全开。 3 以下条件 任一 满足 1 第一级烟气换热器凝结水旁路电动阀全 开 ， 并且第一级烟气换热器凝结水旁路电动调节 阀开度大于 6 5 。 2 第一级烟气换热器凝结水进 口电动阀全 开 ， 并且第一级烟气换热器凝结水 出口门未全关 、 第一级烟气换热 器凝结水 出 口调节 阀 阀位大于 4 5 ％ 。 为了方便运行人员在画面上操作以及能够快 速处理事故状态 ， 还设计 了 GC H 快速切 除操作 按钮 。GC H 系统切 除操 作 会 打 开 7号 低 加 出 口 电动阀 ， 待 7 号低加 出口电动阀全开后关闭烟气 换热器凝 结水 出 口电 动阀。超 驰关 G C H 出 口 门， 超驰开 G C H 调节阀且调阀切除 自动， 自动开 旁路电动 门。最后 ， 根据控制功能的设计方案， 在 D C S系统上 实现 逻辑 功能 。 ， 3 ． 3 G C H 系统调 试及 投运 通过 GC H 系统 的单体 调 试 、 冷 态联 调 、 水 压 试验 、 管道冲洗、 流量特性试验之后 ， 在随机组启 动过程中， 进行 了 GC H 烟温控制系统 的热态试 验 ， 测 试 了 G CH 系 统 在 不 同工 况 下 的烟 温 调 节 能力 ， 并优化控制品质 ， 以实现 G CH系统的 自动 控制 。GC H 系统 的投运 过程 如下 。 1 GC H开始随机启动 。 2 锅炉点火 后， 为 了防止铁 离子析 出污染 G cH水 质， 所 以 G CH 在锅 炉点火 前后 主路打 通， 一级旁路开启 2 0 。 3 当 GC H一级进 口烟温达到 9 5 ℃， 开启一