600MW锅炉排烟余热回收优化选择.pdf

第44卷第2期 2013年3月 锅炉技术 B O ILERTEC H N O LO G Y V 01．44，N O ．2 M ar．。2013 600M W 锅炉排烟余热回收优化选择 吕太1，张子建1，张素娟2 1．东北电力大学能源动力工程学院，吉林吉林132012；2．承德钢铁公司，河北承德067002 摘要针对某电厂600M w 燃煤锅炉入炉煤种严重偏离设计煤种导致年平均锅炉排烟温度达到160℃的 现象，提出了降低排烟温度、充分利用排烟余热的3种方案利用低压省煤器系统加热凝结水的方案，利用排 烟余热加热空气预热器入口冷空气方案，排烟余热加热空气预热器人口冷空气低压省煤器联合逐级利用烟 气余热方案，并经过热经济性分析比较，结果表明，利用排烟余热加热空气预热器人口冷空气一低压省煤器联 合系统方案可降低供电煤耗2．3g／kW h，能更好的实现余热的梯级利用；并通过某电厂600M w煤粉锅炉实 际改造应用分析，改造效果与理论计算相符合，达到了预期的改造目标。 关键词排烟余热；低压省煤器；等效热降；梯级利用 中图分类号TK 223．33文献标识码A文章编号16724763201302006405 0前言 目前国内很多电站锅炉由于设计、运行调 整、燃用煤种变更等诸多原因，锅炉排烟温度严 重偏离了设计值，而排烟温度对锅炉热效率的影 响是最大的，并且排烟热损失在锅炉各种热损失 所占比例最大，达到4％～8％，直接影响到锅炉 运行经济性。对于国内600M w 燃煤机组，锅炉 排烟温度变化1℃对锅炉效率的影响达到 0．05％。锅炉排烟温度的增高，不仅会造成排 烟热损失变大，致使锅炉效率降低，而且还会影 响机组运行安全性。因此对于火力发电厂而言， 降低排烟温度对节能降耗和机组的经济、安全运 行具有很大的现实意义。 国内某电厂600M W 燃煤机组排烟温度设 计值为137℃，但是由于入炉煤种严重偏离设计 煤种，导致锅炉排烟温度偏高，年平均排烟温度 达到159℃，夏季最高超过171℃，严重影响机 组经济性；同时影响到电袋除尘器运行安全性， 降低了脱硫效率，甚至导致脱硫系统退出运行， 发生环保考核事件。根据电厂实际运行状况，运 行人员通过燃烧调整降低火焰中心、加强锅炉吹 灰、优化锅炉吹灰方式、控制锅炉本体、空气预热 器及制粉系统漏风等手段[1]，排烟温度仍然严重 偏离设计值。本文通过理论分析，提出降低排烟 温度、充分利用排烟余热的3种假设方案，并通 过热经济性计算，对3种方案进行优化比较，提 出最优方案，为锅炉节能改造提供了理论依据。 1机组设备简介 该电厂600M W 锅炉是某公司设计、制造的 超超临界变压运行直流锅炉，锅炉型号为HG 一 1795／26．15一Y M 4型，锅炉为一次再热、平衡通 风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构 Ⅱ型锅炉；该电厂汽轮机组是由哈尔滨汽轮机厂 有限责任公司与三菱公司联合制造的超超临界、 一次中间再热、单轴、双缸双排汽、凝汽式汽轮 机，型号为CCLN 60025／600／600。 2锅炉烟气余热利用的可行性方案分析 目前对于锅炉烟气余热回收主要有利用低压 省煤器系统加热凝结水方案、利用排烟余热加热空 气预热器入口冷空气方案、利用排烟余热加热空气 预热器入口冷空气一低压省煤器联合逐级利用方 案。本文针对以上3种方案进行可行性分析，通过 技术、经济分析比较后，得出最经济的改造方案。 2．1利用低压省煤器回收烟气余热 2．1．1低压省煤器原理及布置 低压省煤器是利用锅炉排烟余热加热汽轮 机给水回热系统的低压给水 主凝结水，低压省 收稿日期2012 0715 作者简介吕太 1957一 ，男，教授，主要从事锅炉燃烧技术、动力工程与设备工程等面的教学与研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2期吕 太，等600M W 锅炉排烟余热回收优化选择 煤器系统独立于主给水系统之外，利用排烟余热 加热汽轮机温度较低的部分凝结水，替代汽轮机 的某段抽汽，抽汽被排挤回汽轮机继续做功[ 2]。 该方案如图1所示采取低加回热系统和低压省 煤器并联的方式，由凝结水系统引出的低压加热 器主凝结水，经布置在锅炉尾部烟道除尘器人 口的低压省煤器入口集箱进入低压省煤器，经 蛇形管排流人布置于下方的出口集箱，经一凝结 水母管汇集后，返回除氧器。引出点分别取自6 号低温加热器出入口管道上，返回点设置在5号 低温加热器出口的主凝结水管道。 低压省煤器本体设备布置在空气预热器出 口至电除尘人口的2个竖直烟道，错列逆流，换 热元件采用镍基渗层零隙阻螺旋翅片管，管子 规格为咖38m m 4m m ，本体受热面采用蛇 形管圈结构，双管圈布置。设计烟气流速为 13．8m ／s，工质主凝结水流速为3．2m ／s。从现 场改造条件来看，烟气从空气预热器来的水平烟 道尺寸为6 500m m 7500 m m ，经过改造后的 上斜烟道变截面为7500m m 7500m m ，然后 经过90。弯头转弯垂直向上流动进入改造后尺寸 为8 000m m 7500 m m 的竖井烟道，从下向上 冲刷省煤器蛇形管束。 去 5号低温6号低温7号低温89-低温 加热器加热器加热器加热器 图1低压省煤器系统图 2．1．2低压省煤器节能效果分析 锅炉排烟余热利用将排挤部分回热抽汽使 回热抽汽做功减小，为了维持汽轮机做功不变， 凝汽做功量势必增加，则会导致汽轮机冷源损失 增加。按照锅炉效率不变、烟气余热不计入汽轮 机热耗量，导出冷源损失、汽轮机热耗率、发电标 准煤耗之间的关系式口]，相对于1kg新蒸汽烟气 余热利用量Q 。为 QdqVXcKAO 1 式中q。烟气流量，1“113／s； c烟气平均比热容，kJ／kg℃； △口排烟温度降低值，℃； q。汽轮机过热蒸汽流量，kg／s； 根据能量平衡，排挤抽汽增加做功量dW 为 dw一艇 d一。 伽一。∑o叩，] 2 式中dW 排挤抽汽增加做功量，kJ／kg； 口分流系数； h。低压省煤器出口水比焓，kJ／kg； h。第咒级低加出水比焓，kJ／kg； 仇一。第押一1级加热器抽汽效率，％； o第j 级加热器给水焓升，kJ／kg； 疆，第歹级加热器抽汽效率，％。 凝汽器增加的附加冷源损失dQ 。为 dQ 一Q ddW 3 式中dQz汽轮机热耗降低量，kJ／kW h。 汽轮机热耗降低量dQ 为 dQ 3 600 001一矿丽1q I／ 4 一 yy1- 口W 式中dQ 汽轮机热耗降低量，kJ／kW h； Q 。汽轮机热耗量，kJ／s； w 1 kg新汽做功量w一一_j -，P为汽 qm 轮机实际功率，kW 。 发电标准煤耗降低量d良为 如 ； 一 丽 畚 瓦 ㈤ 式中d6。发电标准煤耗降低量，g／kW h； 仇锅炉效率，锅炉性能试验得出， 92。15％； 哪管道效率，取94％。 利用低压省煤器系统利用烟气余热方案对 机组效率提高程度及降低能耗结果见表1。 表1利用低压省煤器系统提高机组效率程度 项目参数 机组负荷／M W 600 低压省煤器入口烟温／℃ 159 低压省煤器出口烟温／℃ 128 节省标煤量／ kgh-1879 系统煤耗增加值／kgh-1 161 系统能耗增加值／kW 588 净节省标煤量／kgh1 718 发电煤耗降低值／ gkW hl 1．3 2．2利用排烟余热加热空气预热器入口冷空气 案 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 锅炉技术 第44卷 2．2．1暖风器原理及布置 电站锅炉专用暖风器是布置在空气预热器 前的冷风管道上，利用汽轮机的抽汽来加热冷风 的管式加热器，防止锅炉空气预热器低温腐蚀和 堵灰，提高电站热力系统热效率。由于传统的低 温暖风器热源来自汽轮机的蒸汽抽汽，使通过汽 轮机做功的蒸汽量减少，影响了机组的做功能 力。因此该方案采用排烟余热来加热空气预热 器前的冷风，在一定程度上提高了空气预热器出 口风温，减少了部分燃料消耗量，但是随着空气 预热器入口空气温度的升高，烟气与冷风温差减 小，造成烟气侧放热量减小，引起排烟温度升高、 锅炉效率降低。本方案利用空气侧的排烟余热 与由于排烟温度升高造成烟气侧损失之差来降 低电厂能耗，提高系统的经济性。 本方案布置烟气冷却器及空气加热器，烟气 冷却器用来吸收锅炉排烟余热，空气加热器是利 用烟气冷却器吸收的排烟余热来加热空气预热 器入口冷空气，提高空气预热器入口风温。该方 案中烟气冷却器布置位置与方案一中低压省煤 器布置位置相同。空气加热器布置在冷二次风 矩形管道上，矩形风道尺寸为8 100r n5000nl 7500m ，空气加热器换热管选用碳钢，为了提 高换热效率及减少成本，采用错列布置，空气设 计流速为11m ／s，工质水流速为3．2m ／s，空气流 程为0．8m 。 2．2．2利用暖风器节能效果分析 锅炉机组的设计效率是以环境温度 通常取 20℃～30℃为依据的，在运行过程中，如果实 际送风温度不同于设计值时，锅炉效率应当随之 发生变化。对于一定蒸发量的锅炉耗煤量而言， 导出锅炉耗煤量随送风温度而变化的关系式H ] 景 一 学 一[，A姘IF一 畿～ ㈤B。徊，L1姘＼1△JF／⋯⋯7 式中B 。未采用方案二前锅炉煤耗量， kg／h； B采用方案二后锅炉煤耗量， kg／h； Q 蚤燃料低位发热值，kJ／kg； △I，送风温度升高后焓升，kJ／kg； △J。。排烟温度升高后焓升，kJ／kg。 采用排烟余热加热空气预热器人口冷空气 案后对二次风温、排烟温度及经济性影响如表 2所示 表2加热空气预热器入口 冷空气方案经济性分析结果 项目参数 机组负荷／M W 二次风焓升／kJkJ_1 排烟温度焓升／kJ kJl 锅炉效率变化率／％ 节省标煤量／ kgh1 系统煤耗增加值／kgh_1 系统能耗增加值／kW 净节省标煤量／kgh_1 发电煤耗降低值／gkW h_1 2．3利用排烟余热加热空气预热器入口冷空 气一低压省煤器联合逐级利用方案 2．3．1联合逐级利用方案的布置设计 对于利用排烟余热加热空气预热器人口冷 空气方案中，暖风器温升超过临界温升后，它所 引起的排烟温度升高所引起的热损失将大于暖 风器的回热收益。扭转暖风器经济性亏损的有 效途径是降低排烟温度[5]。为了对锅炉排烟余 热进行有效的利用，本文提出了暖风器一低压省 煤器联合方案，这样利用方案二后排烟带走的烟 气余热被回热系统利用，从而实现了烟气余热的 梯级利用。 该方案布置系统见图2，有高温换热器、低温 换热器、空气加热器，高温换热器用于加热主凝结 水，与方案一中的低压省煤器作用相同；低温换热 器用于加热二次风，与方案二中的烟气冷却器作 用相同。高温换热器管束采用镍基渗层零隙阻 螺旋翅片管、错列布置，该区域内设计烟气流速为 13．3m ／s，凝结水流速为2．9m ／s，烟气流程 2．6m ／s；低温换热器管束采用板式换热器、错列 布置，该区域内设计烟气流速为13．5m ／s，工质 水流速为3．0m ／s，烟气流程4．8m ／s；空气加热器 管束采用碳钢错列布置，设计烟气流速为13．5m ／s， 工质水流速为3．0n1／s，烟气流程0．7m ／s。 图2联合利用案布置系统图 0J 0 5 5 l 5 3 O 1 7 O 4 1 6 2 1 0 2 l O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2期吕太，等600M w 锅炉排烟余热回收优化选择 67 2．3．2联合逐级利用方案的节能效果分析 该方案是2种品质能源的逐级利用形式，既 提高了锅炉效率，又提高了系统热力循环效率。 根据理论计算，方案三的经济性分析如表3 所示。 表3联合逐级利用方案经济性结果 项目参数 机组负荷／M W 高温换热器节省标煤量／kgh_1 空气加热器节省标煤量／kgh_1 联合系统节省标煤量／kghr 1 系统煤耗增加值／kgh_1 系统能耗增加值／kw 净节省标煤量／kgh_1 发电煤耗降低值／gkW h。 600 1375 238 1613 301 l319 1312 2．3 3联合逐级利用系统的实际应用 某电厂600M W 煤粉锅炉在实际运行过程 中，存在排烟温度高的现象。通过对该锅炉进行 锅炉性能试验，发现该锅炉在600M W 试验负荷 下，平均排烟温度为160℃，排烟热损失高达 7．53％，锅炉效率为91．36％，严重低于锅炉效率 设计值93．3％。为了充分回收锅炉排烟余热，该 厂采用联合逐级利用系统对600M W 锅炉进行 排烟余热回收改造。 改造应用后，依据锅炉实际运行统计资料表 明，低压省煤器出口温度降至130℃，与设计排 烟温度129℃相比，降低30℃，发电煤耗与改造 前相比降低2．2g／kW h，按机组年运行5500 h， 年节省标煤量为7260t ，现阶段该厂燃用煤种标 煤单价为680元／t ，年节约资金为494万元，联合 逐级利用系统改造投资费用为980万，1．98年 即可回收改造成本。 4结语 1现阶段锅炉排烟温度高成为很多电厂的 亟待解决的问题，锅炉排烟余热利用必须通过优 化比较，选择最经济、最合理的利用方式。 2本文通过对3种利用方案的对比分析， 理论计算结果表明联合逐级利用方案节能效果 最为经济，既解决了锅炉尾部受热面的低温腐蚀 和堵灰的问题，又充分利用排烟余热、实现排烟 余热的梯级利用，为电厂600M w 锅炉排烟余热 回收提供了理论依据。 3依据某电厂600M W 煤粉锅炉联合逐级 利用实际改造应用的分析，改造效果与理论分析 计算相符合，达到了预期的改造目标，实现了节 能与安全可靠地双重目的。 参考文献 [1]邵青伍，冯晓君．电厂锅炉排烟温度高的原因及处理措施 [】] ．内蒙古科技与经济，2008，1628 124． [2]张红方，王勇，田松峰，等．基于等效焓降法的低压省煤器系 统经济性分析[ J]．节能技术，2011，295 457458． [3]黄新元、孙奉仲．电站锅炉深度降低排烟温度的理论分析与 计算[J]．华电技术，2010，32 102829． [4]张建中．送风温度对锅炉效率和电厂热经济性的影响[J]． 电力技术。198423436． [5]林万超．火电厂热系统节能理论[M ]．北京清华大学出版 社，1994234～235． TheO pti m umChoi ceofFl ueG asH eat Recovery of600M WBoil er LY UTai l 。Z H A N GZi j i anl ，ZHA NGSujuan2 1．School of E ner yand Pow er Engi neer i ng N ort heastDianl i Uni ver si ty，Jil in132012，Chi na； 2．C hengde St eel Com pany，Chengde067002，C hi na A bstr act Becauseof chargi ng coalgravelydevi at esfromdesi gnt ypesofcoal ina600M W coalbol i erw hi chl eadst ot heexhaustt em per at ur eof bol i erreachs t oan aver age of160℃of ever yyear．A ccor di ng t Ot hi sphenom enon，i norder t or educeexhaust t em per at ur e andt o m akef ullus eofsm okew ast eheat，t hr eekindsofschem esofsm okew ast eheatut i l i zat i onar e pr oposedt hesolutions of m aki ng us eofl owpres s ureeconom i zer system t Oheatfr ozenw a t er ，t hesolutionsofm aki ng us eofsm okew ast eheatt oheatcol dairofair preheater an t rance，t hesolutionsofm aki ngus eofcom bi nedsyst emofsm okew ast eheat t oheatcol dair ofair preheater entr ancel owpr essur eeconom i zert outi l izefl uegasw ast eheat st epbystep． Thr ough t het her m al effi ci ency andcarri esont he anal ysi scom par i son，t he res ul t sshowt hat 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 锅炉技术 第44卷 t hesolutionsof m aki ng us eofcom bi ned syst emcan r educe2．3 g／kW h ofcoal consum pt i on of pow ersuppl y，t his solutionscanachievecascadeut i l i zat i onoft hew ast eheat bit t er l y．A nd t hr ough t heact ualt ransf orm at i on appl i cat i onanal ys i s of600M Wcoalboi l er ofa power plant，tr ansfor m at ion effectcon st ot het heoret i calcal cul at i on，i tachi evest heexpect ed goal ofre ． K eyw or dsf l uegas w ast eheat ；l ow pr essur eeconom i zer； equi val ent heat drop； cascade ut i l i zat i on 锅 炉 技 术 投 稿 须 知 1来稿要求论点明确、数据可靠、逻辑严 密、文字精炼，文稿必须包括题名、作者姓名、单 位及邮编、中英文摘要和关键词3～8个、中国 图书资料分类号、第一作者简介包括姓名，出生 年，性别，籍贯，何年何校毕业，所获学位，目前主 要从事的研究方向及联系电话、Em ai l 地址。 注如论文作者系硕、博士生，必须提供导师联 系人的电话和Em ai l 、正文、参考文献。请在 文稿地脚处注明论文属何基金项目资助及项 目号。 2文题名应恰当简明地反映文章的特定内 容，要符合编制题录、索引和选定关键词等所遵 循的原则，不使用非公知的缩略词、首字母缩写 字符、代号等；也不能将原形词和缩短词同时列 出，一般不同副题名，避免用“⋯⋯的研究”等非 特定词，中文题名一般不超过20个汉字，英文题 名应与中文题名含义一致。 3论文摘要尽量写成报道性摘要，其内容 独立于正文而存在，它能否准确、具体、完整地 概括原文的创新之处，将直接决定论文是否被 收录、阅读和引用，摘要长度一般不超过200～ 300字，英文摘要 100～150words 须与中文摘 要相对应，摘要应回答好以下四方面问题① W hat you w antt odo 直接写出研究目的，可缺 省；②H owyoudi di t 详细陈述过程和法； ③W hatres ul t sdi d youget andw hatconcl u si onscan youdr aw 全面罗列结果和结论 ；④ W hati s ori gi nal in yourpaper通过②和③两方 面内容展示文中创新之处，中英文摘要一律采 用第三人称表述，不使用“本文”、“作者”等作为 主语。 4关键词选词要规范，应尽量从汉语主题 词表中选取，未被词表收录的词如果确有必要 也可作为关键词选用，中英文关键词应一一 对应。 5论文篇幅含图表限7000字以内，技术 报告限4000字；研究简报限3000字，正文含图 表中的量和单位的使用必须符合中华人民共和 国法定计量单位最新标准，文稿中外文字符的大 小写、正斜体、黑白体、上下角标及易混淆的字母 应打印清楚。 6文中图、表应有自明性，且随文出现，图 以6幅为限，图、表名应附相应的英文名，图注只 用英文，插图须符合制图规范。图中文字、符号、 纵横坐标中的标值、标值线必须写清，标目应使 用法定计量单位一般不用中文表示 。文中表 格一律使用“三线表”，表的内容切忌与图中文字 内容重复。 7文稿章节编号采用三级标题顶格排序， 一级标题形如l ，2，3⋯顺序，二级标题形如1．1， 1．2⋯；2．1，2．2⋯顺序，三级标题形如1．1．1，1． 1．2⋯；2．1．1，2．1．2⋯排序，引言不排序。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m