300MW机组锅炉吹灰优化的经济性研究.pdf

第44卷第1期 2013年1月 锅炉技术 B O ILERTEC H N O LO G Y V 01．44，No．1 Jan．，2013 300 M W 机组锅炉吹灰优化的经济性研究 杨小海，李永华，黄钢英 华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003 摘要吹灰是提高锅炉运行安全与经济性的重要措施之一，合理的优化吹灰会提高机组的经济性。以国 内某亚临界300M W 燃煤锅炉作为研究对象，用等效焓降法对优化吹灰与常规吹灰经济性作了分析。运行数 据结果表明，优化吹灰可有效的提高锅炉效率，降低主、再热蒸汽的温度波动，提高了锅炉运行的经济性。 关键词优化吹灰；等效焓降法；锅炉效率；经济性分析 中图分类号TK 227．3文献标识码A文章编号16724763201301001504 0 前言 在燃煤电站，受热面的污染作为运行过程 中一个不可避免的实际问题，对锅炉的安全经 济运行带来严重的影响。为提高机组的经济性 与安全性，需要对锅炉受热面进行吹扫。传统 定时、定量的吹灰策略常规吹灰并不合理，经 常造成受热面的吹扫不足或者吹扫频繁，既降 低了锅炉效率，又过多的浪费蒸汽资源，还会加 大受热面的磨损[ 1]。在保障锅炉安全运行的前 提下，根据经济性原则，将常规吹灰更改为按受 热面积灰状态和运行需要的动态吹灰，实现吹 灰的合理化、有效化，从而实现吹灰的收益 最大。 在等效焓降法中，认为运行参数的改变会 影响到机组的经济性。锅炉受热面实现按需 吹灰，避免了吹扫不足或吹扫过于频繁，从而 实现降低排烟温度，实现提高锅炉效率的目 标。同时，优化吹灰所用蒸汽量与常规吹灰不 同，且受热面清洁程度也大不一样，这样会导 致减温水量的改变，造成从冷凝器补人环境温 度的除盐水进入回热加热系统，重新被加热到 新蒸汽状态，必然会造成汽轮机侧经济性的 降低。 在优化吹灰的评价过程中，绝大部分只考虑 了优化吹灰对锅炉侧的经济性影响，而忽略了吹 灰对汽轮机侧的经济性影响。本文以某300M W 机组为对象，分别从锅炉侧和汽轮机侧以等效焓 降法对常规吹灰和优化吹灰做了经济性分析对 比，从理论上定性的分析优化吹灰对机组经济性 的优化。 1机组概况 某300M W 机组锅炉为亚临晃自然循环汽 包锅炉，采用中间一次再热、平衡通风、前后墙旋 流对冲燃烧、固态排渣方式。汽轮机为单轴、双 缸双排汽凝汽式机组，采取八段抽汽回热，其中 二段抽汽为再热器冷段入口。减温水由给水泵 出口引出去往锅炉过热器喷水减温。该机组设 计功率为300M W ，最大连续出力为320．05 M w，吹灰气源均采自于屏式过热器出口处过热 蒸汽。根据受热面的结构布置以及传热方式，将 锅炉受热面划分为10个相互独立的子组受热 面。传统吹灰方式为每天一次，依烟气流程按次 序吹扫，优化吹灰根据受热面的清洁状况实施按 需吹灰。 根据电厂过去几年的发电负荷曲线分析得 知，该电厂发电负荷常年波动在200～250M w 之间，平均值在232M W 左右，故本文选取75％ 的机组额定负荷作为试验工况，深入的分析优化 吹灰对比常规吹灰所带来经济效益的大小。主 要性能参数如表1所示。 收稿日期20120315 作者简介杨小海 1987一 ，男，主要从事高效清洁燃烧技术与环境污染控制的研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 锅炉技术第44卷 表1机组的主要参数 项目 数值 发电机出口功率／M W 机组绝对热效率／％ 机组发电煤耗／gkW h- 1 主汽流量／ th-1 主汽焓／kJkg_1 再热汽流量／t h_1 再热汽焓／kJkg-1 二段蒸汽焓／kJkg_1 省煤器人口给水焓／kJ k91 主汽轮机排汽焓／kJkg_1 2等效焓降法分析 优化吹灰使得工质侧和烟气侧的参数发生 变化，对锅炉侧和汽轮机侧造成经济性影响。 2．1汽轮机侧经济性分析‘2] 1吹灰耗用蒸汽带来的汽轮机侧损失。由 于吹灰损失大量的蒸汽，为保持锅炉内物质平 衡，需要从凝汽器补给化学除盐水，造成汽轮机 侧经济性降低。此过程属于工质携带能量流出 热力系统。根据变热量等效焓降法原理，新蒸汽 的等效焓降为 H h。盯一。一∑rr叩0， 1 式中h。主蒸汽焓，kJ／kg； 盯1kg再热汽在再热器中的吸热量， kJ／kg； h。汽轮机排汽焓，kJ／kg； rr 凝结水在加热器r内吸收的热量， kJ／kg； 珥0r级抽汽系数，％。 将锅炉看作为汇集式加热器，补给水经由凝 汽器各加热器及锅炉至屏式过热器出口造成循 环增加吸热量 △Q习cnhslps一 Qzr--1--三 △Qz一]2 式中蚴耗用蒸汽量占主蒸汽量的 份额，％； 。。屏过出口蒸汽焓，kJ／kg； q，、qz1、2级加热器放出的热量， kJ／kg； △Q 一。、A Q 一。再热冷段以上排挤1 kg蒸汽 所引起的再热器吸热量增量， kJ／kg。 吹灰消耗的蒸汽使新蒸汽等效焓降下降为 AH口。h∑rr叩，0 3 机组循环热效率相对降低 卸一黼 4 2减温水对汽轮机侧经济性影响。减温水 自水泵出口，不经过13号高压加热器，直接去往 过热器，减少了13号加热器的回热抽汽，新蒸汽 增加做功 △H 一口j 。[r 窃r z璃r3稍] 5 式中‰减温水占主蒸汽的份额，％。 循环吸热量增加 △Qa．。r 1r2r 36 机组循环热效率的相对降低 妒错 7 标准煤耗增加 Abbbb8r ／i 8 2．2锅炉侧经济性分析‘3] 电厂标准煤耗率为 6一 旦3_ 9 伽r／p孕7] m rk 锅炉效率的改变影响煤耗量的变化 zSb一旦土一上10 珈叩i r／m 伽伽l17b2 式中伽，、叩“z一一分别为常规吹灰和优化吹灰的 锅炉效率，％； 玑管道效率，取97％； 珏，广一机械效率，取99％； 啦发电机效率，取99％； 维循环效率，％。 3应用实例 3．1试验过程 相比其他受热面，通常认为炉膛是所有受热 面里最不容易积灰的受热面。在多数电厂锅炉 优化吹灰中发现，一段时期内受热面的吹灰次数 中，炉膛是最少的。因此，选择2次炉膛吹灰之 间的时间间隔作为试验时间段。电厂运行规 程规定，常规吹灰为每天1次，吹灰时间间隔为 24h，优化吹灰则与运行状况等有关。 ；1 7 8 9 O O 9 5 K 3 8挖 8 “ 文 乱 豇 毖虹 强眠娥 钇弘 ∞n粥 3 6 5 3 3 1 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1期杨小海，等300M w 机组锅炉吹灰优化的经济性研究 试验时，锅炉退出优化系统，首先进行一次 常规吹灰。常规吹灰结束时开始计时并记录所 需要的参数直至下一次常规吹灰结束。当常规 吹灰结束时，即刻投入吹灰优化系统，待第一次 炉膛吹灰结束后，开始计时并记录运行参数，至 下一次炉膛吹灰结束后截止。在试验过程中，保 证煤种以及发电负荷不发生变化以避免因煤质 或发电负荷变化对试验造成干扰，同时保证磨煤 机的组合方式不变，停止对外供热，由临炉供给 辅汽。所有记录的参数均取试验时间内的平均 值，试验参数如表2所示。 表2机组的主要试验参数 吹灰方式 数值 常规吹灰优化吹灰 3．2 2种吹灰方式的经济性比较 在保证发电负荷及煤质不变的情况下，优 化吹灰与常规吹灰相比，消耗的蒸汽流量减少， 锅炉排烟温度降低，使得机组整体的经济性有 所提高；但减温水流量增大，飞灰含碳量的增大 又造成机组整体经济性的下降。综合考虑锅炉 侧与汽轮机侧的效益，对优化吹灰与常规吹灰 做出比较，得到机组在225M W 负荷下的经济 收益。 由于吹灰过程会对机组的各项热损失有一 定的影响，所以在实际计算过程中，仅考虑对经 济性起到主要影响的因素n]。考虑到环境温度 相差微小以及煤质不发生变化等条件，对锅炉侧 只考虑影响锅炉效率最大的排烟热损失和机械 未完全燃烧热损失；由于再热器减温水流量相差 甚微，且对汽轮机侧经济性影响远小于过热器减 温水等因素，故对其忽略不计。用等效焓降法对 225M W 发电负荷下进行能耗的计算，结果如表 3所示。 表3优化吹灰与常规吹灰综合收益比较 项目数值 机组负荷／M W 225 蒸汽用量变化降低机侧标准煤耗／gkW h-1 0．050 减温水量变化降低机侧标准煤耗／gkW hl 一0．068 汽轮机侧降低标准煤耗／gkW h-1 一0．018 锅炉侧降低标准煤耗／gkW h_10．758 蒸汽热损失降低标准煤耗／gkW h- 1 折合 0．000 92 机组降低标准煤耗／gkW h_10．740 9 减少燃煤量／吨年1 1280．3 减少吹灰蒸汽用水成本／ 元年_1 4224 减少燃煤费用／97元年_1 76．82 综合收益／万元年1 77．24 注表3中的标准煤价按600元／吨，软化水按5元／ 吨，一年按320天计算。 从表2中可以看出，吹灰优化中2次炉膛吹 灰的时间间隔比较长，在运行过程中炉膛长期处 于一个清洁的状态。由于受热面长时间处于相 对清洁状态，使得排烟温度降低。较常规吹灰方 式，优化吹灰的排烟温度降低8．4℃；同时空气 预热器进口热风温度也降低接近10℃，削弱了 冷空气在空气预热器中被加热的程度，从而对煤 粉在炉膛内燃烧产生不利的影响。从取样化验 的数据中可以看出，飞灰含碳量增大约0．33％。 综合考虑之后，计算结果表明，优化吹灰较常规 吹灰可以提高锅炉效率0．22％，可节省标煤 0．758 g／kW h。 对于吹灰蒸汽耗量，优化吹灰与常规吹灰相 当，仅减少了约7％。这是由于处于尾部烟道的低 温过热器及省煤器非常容易积灰，从而增加了吹 灰次数。仅从吹灰用水资源考虑，每年所增加的 利益不大。吹灰蒸汽是具有高能级品质的资源， 减少蒸汽耗量可以有效的减少汽轮机的回热抽 汽，增加机组的经济性，可使机组降低煤耗0．05 g／kW h。受热面长期处于相对清洁的状态，换热 量增加，造成减温水流量极度增大，增加量约为常 规吹灰的77％，使机组增加煤耗0．068g／kW h。 从表3中可以看出，与常规吹灰方式相比，优 化吹灰可使得汽轮机侧降低煤耗一o．018g／kW h， 锅炉侧降低煤耗0．758g／kW h。由此可见，优化 吹灰所带来的效益决定于锅炉侧，综合考虑机组 可降低煤耗0．740 9 g／kW h，年节约煤量 1280．3t ，若以机组年运行320天计算，年收益 差达到77．24元，经济效益巨大。 但是表3中给出的优化吹灰综合收益差是 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 锅炉技术第44卷 基于煤价为600元／吨的基础上计算得到的，与 目前市场上的煤价基本吻合。由于我国南方有 很多电厂使用北方煤矿生产的煤，煤炭成本由于 运输等原因可增至上千元／吨，因此随着标煤价 格的增高，经济效益会更加明显。 3．3优化吹灰的优缺点 吹灰优化不需要对原有的吹灰系统硬件结 构进行大规模改造，只需在锅炉本体上增添一些 测量元件。合理的将受热面进行分组，将原来的 吹灰方式更改为按需吹灰方式，可实现闭环投 入。通过优化吹灰模型计算控制吹灰的启停，极 大地减小了运行人员的工作量以及凭经验进行 吹灰的不足。然而，优化吹灰依赖于较为精确的 模型，否则优化效果不能得到体现。 4结语 针对于某300M W 机组，用等效焓降法对机 组优化吹灰与常规吹灰做了经济性比较，可以得 出以下结论 1优化吹灰相对于常规吹灰，降低了排烟 温度，减少吹灰蒸汽用量，提高了锅炉效率，给机 组直接带来的经济性非常可观。 2优化吹灰对减小汽温的波动范围效果明 显，可使主、再热蒸汽温度缩小10℃左右的波动， 降低了其对汽轮机运行的危害，提高了安全性。 3优化吹灰相比常规吹灰，减温水量明显 增加，高温过热器出口、再热器出口管壁温度最 低值增高10℃左右，容易造成管壁超温，给运行 人员带来的工作量加大。 参考文献 [1]孙志梅．盐城电厂125M w 机组420t ／h锅炉投用吹灰器前 后经济性对比试验报告[R ] ．南京江苏省电力实验研究 所，1993． [2]林万超．火电厂热系统节能原理[M ]．西安西安交通大学 出版社，1994． [ 3] 郑体宽．热力发电厂[M ] ．北京中国电力出版社，1999． [4]方杨光．利用机组经济性诊断指导优化吹灰的研究[D ]．武 汉华中科技大学，2004． Econom i cR esearchof300M WBoil er O pt i m alSoot bl ow i ng Y A N GX i aohai，LI Y onghua， H U A N GGangyi ng SchoolofEner gy，Pow erandM echani calEngi neer i ng，N ort hChinaEl ect ri cPow erU ni versi t y，Baodi ng071003，Chi na A bstr act Soot bl ow i ngi soneoft hei m por t antm easurest oi m proveoper at ionsaf et yand econom y，a r easonable bl ow i ngw i l l rai set he effi ci ency ofuni t ．Foradom est icsubcri t i cal300 M Wunit 。t heeconom i csbet w een opt i m albl ow i ng andnorm al bl ow i ng ar e i nves t i gat edbased ont he ent hal pydr op m et hod．Theresul ti ndi cat edt hat opt i m albl ow i ng not onl y cani ncreas e t he ef fi ci ency，but al sor educet he t em per at ur e of super heat ed st eamandreheat edst eam ， w i thai m pr ovi ngeffi ci encyofboi l er oper ati on． K eyw or dsopt icalbl ow i ng；t heent hal pydr opm ethod； boi l er ef fi ciency； econom i c anal ys i s 声明尸明 作者向本刊所投稿件一经录用，则该论文的著作权使用权包括并不仅限于印刷版、 光盘版和网络版等各种使用方式视为自动转让给本刊。本- T4已被国内有关数据库收 录，支付作者的稿费已包含著作权使用费。如作者不同意论文被收录，请在投稿时向本 刊声明。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m