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燃煤鍋爐煙氣余熱回收與節(jié)能分析

2021-07-20 01:00:56劉婷婷
山西化工 2021年3期
關(guān)鍵詞:翅片管省煤器煙道

劉婷婷

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)云崗礦水暖隊(duì),山西 大同 037017)

引 言

山西大同某發(fā)電站位于山西省大同市云岡區(qū)塔山工業(yè)園區(qū),成立于2015年8月4日,占地190 770 m2。針對(duì)該公司一臺(tái)660 MW超臨界電站鍋爐的特點(diǎn)為其設(shè)計(jì)低溫省煤器,實(shí)現(xiàn)余熱回收與節(jié)能的目的。該電站鍋爐的熱效率比較高,都在90%以上,鍋爐尾部排煙溫度比較低,都在150 ℃左右。

1 技術(shù)要求和技術(shù)規(guī)范

該工程鍋爐是1臺(tái)660 MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的鍋爐設(shè)備,尾部煙氣的流程為:爐膛出口的尾部煙氣-脫硝SCR反應(yīng)器-空氣預(yù)熱器-除塵器-引風(fēng)機(jī)-脫硫吸收塔-煙囪。

低溫余熱回收省煤器將安裝在空氣預(yù)熱器和電除塵器之間的煙道上,共有4個(gè)并列煙道,煙道的截面尺寸為4 800 mm×4 200 mm,可利用的煙道長(zhǎng)度約為10 m。煙道接近地面,呈水平放置。

鍋爐容量和主要參數(shù)為:主蒸汽溫度為571 ℃,最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)為2 070 t/h,最終與汽輪機(jī)的VWO工況相匹配。在不同的發(fā)電負(fù)荷下排煙溫度的變化見(jiàn)表1所示。

表1 不同發(fā)電負(fù)荷下的排煙溫度

省煤器的給水引自凝結(jié)水系統(tǒng),屬于煙氣加熱給水的低溫省煤器。為了防止露點(diǎn)腐蝕,換熱設(shè)備的低溫段采用ND鋼(09 CrCuSb),ND鋼使用量不低于換熱面總質(zhì)量的50%。

每套煙氣余熱回收裝置必須配置有效的檢漏措施;換熱器需要進(jìn)行分組設(shè)計(jì)和制造,當(dāng)其中一組出現(xiàn)泄漏需要維修時(shí),能退出余熱回收裝置,不影響其他分區(qū)的正常運(yùn)行[1-3]。

在每個(gè)煙氣的入口和出口處應(yīng)合理布置適當(dāng)數(shù)量的煙氣溫度測(cè)點(diǎn)、管道泄漏在線監(jiān)測(cè)裝置。水側(cè)應(yīng)合理設(shè)計(jì),以滿足傳熱和阻力的要求。應(yīng)考慮設(shè)置增壓泵并使用變頻調(diào)節(jié)來(lái)控制總流量。

2 技術(shù)數(shù)據(jù)

在鍋爐的煙氣總流量中,有并列4個(gè)進(jìn)入除塵器的排出煙道,在每個(gè)煙道上安裝一臺(tái)低溫省煤器,每臺(tái)省煤器的設(shè)計(jì)條件和結(jié)構(gòu)完全相同[4]。熱平衡計(jì)算的參數(shù)見(jiàn)第175頁(yè)表2所示。

表2 熱平衡計(jì)算參數(shù)表

3 環(huán)形翅片管省煤器設(shè)計(jì)方案

該方案特點(diǎn):煙氣在水平煙道內(nèi)流動(dòng),無(wú)須改變煙道方向。因環(huán)形翅片管排列緊密,換熱系數(shù)高,可使結(jié)構(gòu)緊湊,總質(zhì)量減少,成本較低。程序計(jì)算結(jié)果如下:

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)/單臺(tái)

煙氣流量:785 340 kg/h;煙氣入口溫度:140 ℃;煙氣出口溫度:95 ℃;水流量:308 526.4 kg/h;水入口溫度:70 ℃;水出口溫度:100 ℃;換熱量:10 798.4 kW。

3.2 翅片管規(guī)格

整體軋制環(huán)形翅片管,碳鋼/ND鋼。光管外徑:42 mm;光管內(nèi)徑:32 mm翅片厚度:1.2 mm;翅片節(jié)距:8 mm翅片高度:15 mm;翅化比:6.2。

3.3 傳熱計(jì)算結(jié)果

迎風(fēng)面質(zhì)量流速:4.81 kg/m2·s;最窄面質(zhì)量流速:10.0 kg/m2·s;翅片效率:0.73;翅片管外換熱系數(shù):91.7 W/m2·℃;基管外換熱系數(shù):435.8 W/m2·℃;單管程管子數(shù):114支;管內(nèi)換熱系數(shù):6 127.5 W/m2·℃;傳熱系數(shù):310.8 W/m2·℃;傳熱溫差:28.7 ℃;計(jì)算傳熱面積:1 210.6 m2。

3.4 換熱器結(jié)構(gòu)

迎風(fēng)面積:45.325 m2;翅片管長(zhǎng)度:8.75 m,迎風(fēng)面寬度:5.18 m;翅片管橫向管間距:0.09 m;翅片管橫向管排數(shù):57排;翅片管縱向管排數(shù):20排;翅片管總數(shù):1 140支;實(shí)取傳熱面積:1 331.7 m2;煙氣流動(dòng)阻力:884.5 Pa;單排翅片管流動(dòng)阻力:44.2 Pa。

3.5 質(zhì)量和造價(jià)

單支翅片管質(zhì)量:73.298 kg/支;單臺(tái)翅片管總質(zhì)量:83 559.72 kg;單臺(tái)設(shè)備總質(zhì)量(約):133 695 kg/臺(tái)4臺(tái)設(shè)備總質(zhì)量:534.8 t。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 工程投資

換熱器造價(jià)2.0萬(wàn)元/t;4臺(tái)省煤器總質(zhì)量534.8 t;4臺(tái)省煤器造價(jià)1 069.6萬(wàn)元;4臺(tái)設(shè)備售價(jià)1 400萬(wàn)元;現(xiàn)場(chǎng)改造費(fèi)用約100萬(wàn)元;不可預(yù)見(jiàn)費(fèi)用100萬(wàn)元;總投資1 600萬(wàn)元。

4.2 投資效果

總回收熱量Q=43 192 kW;煤的低熱值Qdw=13 840 kJ/kg;鍋爐總熱效率m=0.9 251;每秒節(jié)煤量43 192 kg,每小時(shí)節(jié)煤量12 132 kg;每小時(shí)滿負(fù)荷發(fā)電量66 000 kW·h;1 h內(nèi),每度電節(jié)煤量18.4 g煤炭。因?yàn)槿紵氖呛置海瑹嶂岛艿停怨?jié)煤量較大。

4.3 投資回收期

每天節(jié)煤量291.168 t;設(shè)每噸煤價(jià)為200元,每天收益為58 233.6元。設(shè)每天運(yùn)行成本為3 000元,每天凈收益為5.52萬(wàn)元。

投資回收期=總投資/每天凈收益=1 600萬(wàn)/5.53萬(wàn)/d=289 d說(shuō)明工程總投資不到1年即可回收。

5 省煤器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

省煤器結(jié)構(gòu)如圖1所示,縱向5組管屏,每管屏由2個(gè)管程,4排管組成,每管屏的翅片管總數(shù)為4×57支。

圖1 省煤器的組合結(jié)構(gòu)示意圖

圖中的尺寸大約為:A=0.6 m,B=5.8 m,C=9.2 m。各管屏的翅片管材質(zhì):從煙氣人口:1、2、3管屏為20 g碳鋼,45管屏為ND鋼。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特殊要求:因?yàn)椴捎昧朔煮w式結(jié)構(gòu),省煤器由幾個(gè)獨(dú)立的管屏組成,但在運(yùn)行時(shí)各管屏必須精密地結(jié)合在一起,因而在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)要給予特殊的考量:1) 安裝時(shí),各管屏之間要用易拆卸結(jié)構(gòu)加以固定,管屏之間的安裝間隙要填入耐熱巖棉或其他柔軟的耐熱材料;2) 管屏之間的進(jìn)出水管安排在管箱上部,兩管屏之間的連接水管要采用易拆卸可伸縮結(jié)構(gòu);3) 在管屏之間可以安裝測(cè)溫器或吹灰器;4) 每個(gè)管屏上方應(yīng)設(shè)有吊裝掛鉤,以方便安裝和維修[5-6]。

6 結(jié)論

上述設(shè)計(jì)參數(shù)是在用戶的招標(biāo)文件中提出的,設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn),低溫省煤器的傳熱面積過(guò)大,縱向管排數(shù)過(guò)多,共20排,需要5組管屏,制造成本較高。經(jīng)過(guò)協(xié)商,決定修改設(shè)計(jì)參數(shù):將原來(lái)的煙氣進(jìn)出口溫度:140 ℃~95 ℃修改為140 ℃~105 ℃,水的入口、出口溫度和其他參數(shù)不變。

綜上所述,對(duì)低溫排煙的余熱回收,不宜追求過(guò)高的余熱回收量和過(guò)高的余熱回收效率,否則將使工程的經(jīng)濟(jì)性大幅下降,不利于余熱回收項(xiàng)目的實(shí)行和推廣。

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