黃新元

(山東大學能源與動力工程學院,山東濟南 250061)

0 引言

山東某電廠#4機組為220MW的純凝式發(fā)電機組,配山東華特環(huán)保公司設(shè)計的濕法脫硫系統(tǒng)。設(shè)計煤種為龍口褐煤,目前實際燃用神華煙煤。改造前存在的主要問題是鍋爐排煙溫度偏高,平均為145℃,夏季高負荷時達到160℃,嚴重影響了機組的發(fā)電煤耗。為此,該電廠于2009年4月設(shè)計、投運了1臺以大幅度降低排煙溫度為主要目的的深度節(jié)能裝置。經(jīng)山東電力研究院測試,該裝置平均可降低排煙溫度60℃以上,發(fā)電標準煤耗降低4.45 g/(kW·h),年節(jié)省標煤近4000t,年節(jié)水15.5萬t,投資回收期僅為2年。

1 系統(tǒng)與布置

深度節(jié)能裝置的冷卻介質(zhì)為汽輪機的凝結(jié)水,其熱系統(tǒng)布置如圖1所示。深度節(jié)能裝置的進口水取自汽輪機的低壓加熱器(以下簡稱低加)回熱系統(tǒng),吸收排煙熱量后,在除氧器前一級的低加出口返回主凝結(jié)水管道。新增設(shè)備、管路的流阻靠低加的級間壓差和一個小升壓泵來克服。

圖1 熱系統(tǒng)簡圖

節(jié)能裝置本體布置于增壓風機之后的脫硫水平煙道內(nèi),該布置不必顧忌低煙溫的結(jié)露傾向?qū)﹄姵龎m和引風機的影響,為采取較低的排煙溫度提供了可能。同時,由于流經(jīng)換熱面管束的灰濃度已非常小,因此,設(shè)計中對管排平均煙速的選取由磨損限制改變?yōu)閴航迪拗?可以把管排平均煙速提到較高的數(shù)值,為大幅度降低排煙溫度提供了有利條件。

深度節(jié)能裝置的煙氣與水呈整體逆向流動,沿水的流向分成3組管箱,第1組傳熱元件為ND鋼,其余為#20鋼。傳熱元件采用抗腐蝕、耐磨損的高溫釬焊鎳基滲層螺旋肋片管,單管箱組裝后外形尺為5720mm×27340mm×1487mm,總跨越長度為5760mm。

深度節(jié)能裝置設(shè)計了調(diào)節(jié)進水溫度和過流水量的結(jié)構(gòu),運行中可根據(jù)煤中硫的質(zhì)量分數(shù)及冬、夏季的不同,合理地改變排煙溫度的降低幅度。

深度節(jié)能裝置的主要設(shè)計參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。

表1 主要設(shè)計參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)

2 設(shè)計說明

2.1 熱系統(tǒng)經(jīng)濟性的影響

深度節(jié)能裝置的熱經(jīng)濟性用等效焓降理論計算[1],該計算已將排擠抽氣的冷源損失和對汽輪機真空的影響考慮在內(nèi),主要計算結(jié)果見表2。由表2可知,深度節(jié)能裝置回收的能量在扣除不可逆損失后,將使1kg汽輪機新汽增發(fā)凈功15.94kJ/kg。

表2 熱經(jīng)濟性計算主要結(jié)果

2.2 關(guān)于煙氣流阻控制

為保證增設(shè)深度節(jié)能裝置后鍋爐最大出力不受影響,此次設(shè)計將新增煙氣流阻限制在650Pa以內(nèi)(100%負荷),該數(shù)值低于改造前#4機組引風機和增壓風機總的壓降余量780Pa。

若按照全年平均負荷(65%)計算,新增煙氣流阻平均僅為249Pa,因此,新增風機電耗實際上是很小的。

2.3 壁溫控制

壁溫控制采用了有限腐蝕原則,最低壁溫在煙氣露點以下的一個控制范圍內(nèi),維持小的腐蝕速度。采取該原則,可最大限度地降低排煙溫度。

設(shè)計上的相應措施是:沿水的流向?qū)⒄麄€裝置分成前后3組,確保第2組、第3組的最低壁溫不低于煙氣露點,而第1組則采用耐腐蝕材料(ND鋼)制作。此外,采用了雙低加并聯(lián)供水方式,使裝置的進水溫度可在55～71℃調(diào)節(jié)(相應最低管子壁溫在58～75℃),以便根據(jù)實際低溫腐蝕的程度及時調(diào)整最低管子壁溫的控制值。

2.4 受熱面積灰

深度節(jié)能裝置布置于電除塵之后,所以,煙氣中灰的濃度極低。設(shè)計煙速可以取值較高,但該工程受到煙氣流阻的限制,煙速取值較低(8.3m/s),為防止受熱面積灰,設(shè)計了煙氣擋板自吹灰裝置,其原理是將受熱面管箱分成上、下2組煙道,每組的進口處加裝獨立開閉的煙氣擋板。需要清灰時,依次關(guān)閉任一煙氣擋板,則另一煙道煙氣流速增加1倍,利用煙氣動能進行受熱面管束的自清灰。

2.5 對負荷和煤種的適應性

深度節(jié)能裝置有很好的負荷適應性和煤種適應性[2]。夏季工況時,鍋爐排煙溫度升高,可增加裝置的過水流量以進一步降低排煙溫度。冬季工況或煤質(zhì)變化時,可減小裝置的過水流量以適當調(diào)高排煙溫度,避免低溫腐蝕。投運后的調(diào)試結(jié)果表明,通過過水流量的調(diào)節(jié),排煙溫度降低值可在0～70℃之間。

3 運行、試驗與效益分析

3.1 運行情況

該深度節(jié)能裝置于2009年4月25日投運,至今運行正常、穩(wěn)定。高負荷下,排煙溫度降低的幅度維持在55～65℃。自吹灰裝置每班吹灰1次,動作靈活、可靠,吹灰效果明顯,煙氣流阻未超過設(shè)計值。2009年8月16日停爐檢查,第2管組、第3管組所有翅片管和光管均無明顯積灰、腐蝕和磨損。預期腐蝕最快的第1管組,也僅僅是非受熱面的光管彎頭部分產(chǎn)生局部的腐蝕、沾灰,而翅片部分則沒有積灰、腐蝕和磨損,如圖2所示。

圖2 傳熱管束的積灰腐蝕情況

3.2 試驗情況

該電廠委托山東電力研究院于2009年6月中旬進行了深度節(jié)能裝置的性能試驗。主要試驗數(shù)據(jù)見表3,裝置投、切前后的參數(shù)對比如圖3所示。

圖3 試驗曲線(DCS截取)

表3 主要試驗數(shù)據(jù)匯總

試驗表明,深度節(jié)能裝置的投入可降低發(fā)電標準煤耗4.2～4.7g/(kW·h),節(jié)省汽輪機耗汽量8.5～9.0t/h,對汽輪機真空的影響為0.25～0.30 kPa。從圖3可以明顯看到,在實發(fā)電功率維持不變的情況下,隨著深度節(jié)能裝置的投入,過熱蒸汽流量曲線逐步降低,直至穩(wěn)定在一個較低的水平上[3-4]。

3.3 經(jīng)濟效益

投入深度節(jié)能裝置的正效益包括節(jié)煤效益、節(jié)水效益,同時凝結(jié)水泵耗電減少,負效益包括增壓風機和升壓泵耗電量的增加。根據(jù)試驗結(jié)果和電廠年運行時數(shù)計算,年凈節(jié)標煤3950t,年節(jié)水15.55萬t,經(jīng)濟效益為340萬元/年。全部投資僅需2年即可收回。

[1]林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安:西安交大出版社,1994(11):27-29.

[2]黃新元.火電廠熱系統(tǒng)增加低壓省煤器的節(jié)能效果[J].熱力發(fā)電,2008(3):56-58.

[3]黃新元.低壓省煤器系統(tǒng)節(jié)能理論及其在火電廠的應用[J].山東電力技術(shù),2008(2):1-5.

[4]黃新元,邢克勤.大型電站鍋爐節(jié)能降耗的主要途徑[J].華電技術(shù),2009,31(10):1-3.