王智敏，鄭非

（1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司,北京100038；2.大唐國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司,北京100033）

生活垃圾焚燒循環(huán)流化床鍋爐空預(yù)器設(shè)置方式與熱力系統(tǒng)選擇技術(shù)探討

王智敏1，鄭非2

（1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司,北京100038；2.大唐國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司,北京100033）

本文以實(shí)際工程為例，通過(guò)循環(huán)流化床鍋爐外置式空預(yù)器疏水至大氣式除氧器系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算得出，在不同工況下，為了避免除氧器發(fā)生自生沸騰，需考慮預(yù)留空預(yù)器疏水?dāng)U容器后疏水至疏水箱的管路；為了保證除氧器熱力平衡，建議外置式空氣預(yù)熱器時(shí)，宜提高除氧器壓力，可為以后設(shè)計(jì)提供理論計(jì)算上的參考。

循環(huán)流化床；空預(yù)器設(shè)置；除氧器自生沸騰

0 引言

垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)中，與循環(huán)流化床鍋爐配套熱力系統(tǒng)中常規(guī)選用大氣式（設(shè)計(jì)壓力0.02MPa）除氧器，及避免爐子低溫腐蝕的煙氣加熱的預(yù)熱器。隨著循環(huán)流化床新技術(shù)開(kāi)發(fā)，有的焚燒系統(tǒng)采用外置式蒸汽-空氣預(yù)熱器加熱焚燒爐所需一、二次風(fēng)，來(lái)滿(mǎn)足焚燒爐穩(wěn)定燃燒，這必然帶來(lái)蒸汽空氣空預(yù)器產(chǎn)生的大量疏水回收利用問(wèn)題。在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，循環(huán)流化床垃圾焚燒項(xiàng)目中空預(yù)器的設(shè)置形式直接關(guān)系到除氧器型式和相應(yīng)熱力系統(tǒng)的選擇[1]。

1 除氧器熱力系統(tǒng)選擇

1.1 除氧器工作壓力選擇

熱力除氧器將汽輪機(jī)組所產(chǎn)生的凝結(jié)水、化學(xué)補(bǔ)充水及其它的疏水匯集起來(lái)，加熱水并除去其中的氧氣，以防止熱力系統(tǒng)的管道、設(shè)備氧腐蝕，因此在熱力系統(tǒng)中起重要作用。

除氧器的工作壓力決定了除氧器中水的飽和溫度，除氧器壓力越低，出水飽和溫度越低，加熱水到飽和溫度所需熱量也越少。反之，亦然。此外，除氧器的壓力溫度變化情況對(duì)除氧效果的影響很大。因?yàn)樗疅崛葺^大，導(dǎo)致除氧器內(nèi)的水溫變化較慢，而內(nèi)部壓力的變化較快，除氧器內(nèi)的壓力不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致除氧器內(nèi)水偶爾未完全達(dá)到飽和狀態(tài)，從而導(dǎo)致除氧效果變差。

1.2 除氧器負(fù)荷影響效果

每一個(gè)除氧器都有一定熱負(fù)荷強(qiáng)度，負(fù)荷不均對(duì)除氧不利。當(dāng)除氧器進(jìn)水負(fù)荷減小時(shí)，淋水盤(pán)上的水位偏低，進(jìn)水匯集不成水流而成水滴狀落下，加熱進(jìn)水的蒸汽量也較少，流動(dòng)速度較慢，除氧頭內(nèi)部析出來(lái)的氣體，不能隨蒸汽排出除氧器外，則除氧的效果變差。當(dāng)除氧器負(fù)荷超過(guò)額定負(fù)荷時(shí)，進(jìn)水量增多，需要消耗的蒸汽量增加，除氧頭內(nèi)的蒸汽流速會(huì)隨之提高，則出水的溶氧率增加。而且由于進(jìn)水量加大到超過(guò)水盤(pán)擋水板時(shí)便會(huì)產(chǎn)生水柱般溢流，蒸汽的通路受阻，影響水均勻加熱，即可以使除氧效果變差，也會(huì)引起除氧器振動(dòng)。

1.3 除氧器自生沸騰

除氧器的自生沸騰是指當(dāng)有過(guò)量的熱疏水進(jìn)入除氧器時(shí)，其蒸發(fā)的蒸汽量已能滿(mǎn)足或超過(guò)除氧器的用汽需要，甚至產(chǎn)生倒送汽現(xiàn)象，而使除氧器內(nèi)的給水不需要回?zé)岢槠訜峋彤a(chǎn)生沸騰的現(xiàn)象。此種現(xiàn)象打亂了除氧器內(nèi)熱力除氧時(shí)的汽水流動(dòng)規(guī)律，造成除氧效果差，其不良后果是破壞除氧器內(nèi)的汽水逆向流動(dòng)，除氧效果惡化。影響給水泵的安全運(yùn)行。

因此在設(shè)計(jì)除氧器熱力系統(tǒng)時(shí)，大量疏水進(jìn)入大氣式除氧器的情況下，需要對(duì)除氧器進(jìn)行熱力平衡計(jì)算，以保證除氧器不發(fā)生自生沸騰。

2 除氧器熱平衡計(jì)算

下面以實(shí)際工程的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例（大氣式熱力除氧器）進(jìn)行分析計(jì)算。

本項(xiàng)目鍋爐采用鍋爐廠(chǎng)新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的循環(huán)流化床垃圾鍋爐，給水溫度104℃，其一次風(fēng)和二次風(fēng)空氣預(yù)熱器為外置式蒸汽－空氣預(yù)熱器，分段加熱，高壓段蒸汽取自鍋爐汽包飽和汽，低壓段蒸汽取自汽機(jī)一段抽汽。為了節(jié)約能源，一、二次風(fēng)空氣預(yù)熱器的高壓和低壓蒸汽疏水應(yīng)進(jìn)行回收利用。

2.1 設(shè)想的熱力系統(tǒng)圖

2.2不同工況除氧器熱平衡計(jì)算

2.2.13 爐2機(jī)額定工況

2.2.1.1 原始數(shù)據(jù)

（1）鍋爐和汽輪機(jī)型式

鍋爐型式：UG-560-55/5.3/485-F循環(huán)流化床鍋爐

汽輪機(jī)型式：N20-4.9凝汽式汽輪機(jī)（發(fā)電機(jī)25MW）

（2）鍋爐技術(shù)數(shù)據(jù)

鍋爐臺(tái)數(shù)：3臺(tái)

每臺(tái)鍋爐出口額定蒸發(fā)量：Dgl＝55t/h

鍋爐總蒸發(fā)量：D＝165t/h

鍋爐出口蒸汽參數(shù)：

表1 鍋爐出口蒸汽參數(shù)

（3）汽輪機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)

汽輪機(jī)額定功率：

N＝20MW汽輪發(fā)電機(jī)組：2套

汽輪機(jī)初、終參數(shù)：

表2 汽輪機(jī)初、終參數(shù)

汽輪機(jī)回?zé)岢槠麉?shù)（一、二段抽汽）：

表3 汽輪機(jī)回?zé)岢槠麉?shù)

（4）除氧器技術(shù)數(shù)據(jù)

除氧器運(yùn)行壓力：0.02MPa，除氧器出水溫度：104.2℃

除氧器出力：120t/h

（5）計(jì)算中選用的數(shù)據(jù)

鍋爐排污量：Dnp=0.015D，全廠(chǎng)汽水損失：Dqs=0. 03D

各種效率：

除氧器效率：ηcy=0.97，管道散熱損失系數(shù)：η=0.97

擴(kuò)容器的蒸汽干度：0.97

2.2.1.2 計(jì)算

（1）連續(xù)排污擴(kuò)容器排污水量

平衡方程式：

計(jì)算所需參數(shù)：

表4 計(jì)算所需參數(shù)

計(jì)算結(jié)果：

3臺(tái)鍋爐連續(xù)排污量為：

代入數(shù)據(jù)，連續(xù)排污擴(kuò)容器汽化量為：

排污水量為：

（2）系統(tǒng)補(bǔ)充水量（指進(jìn)除氧器的水量）

（3）空預(yù)器疏水?dāng)U容器的汽化量和疏水量

平衡方程式：

計(jì)算所需參數(shù)：

表5 計(jì)算所需參數(shù)

表6 與空預(yù)器疏水?dāng)U容器有關(guān)的參數(shù)

計(jì)算結(jié)果：

得出空預(yù)器疏水?dāng)U容器產(chǎn)汽量：

空預(yù)器疏水?dāng)U容器疏水量：

（4）鍋爐蒸發(fā)量及給水量

鍋爐有用蒸發(fā)量（按全部滿(mǎn)負(fù)荷計(jì)）：

鍋爐給水量：

（5）除氧器平衡

平衡方程式：

計(jì)算所需參數(shù)：

表7 空氣預(yù)熱器低壓蒸汽參數(shù)

表8 空氣預(yù)熱器低壓疏水參數(shù)

除氧器熱平衡計(jì)算所需參數(shù)見(jiàn)表9。

除氧器熱平衡計(jì)算：

根據(jù)上式，代入上述數(shù)值，迭代計(jì)算得：

Dq=5.04t/h即一臺(tái)除氧器需要加熱蒸汽量為2.52t/h。

表9 除氧器熱平衡計(jì)算所需參數(shù)

2.2.22 爐1機(jī)工況

除氧器熱平衡計(jì)算所需參數(shù)見(jiàn)表10。

兩爐一機(jī)工況，汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)最大功率，汽機(jī)最大功率進(jìn)汽量為99.48t/h，此時(shí)，按照鍋爐額定運(yùn)行空預(yù)器所需蒸汽量計(jì)算，核算除氧器是否能夠完全接受空預(yù)器的疏水。

經(jīng)過(guò)迭代計(jì)算，一臺(tái)除氧器加熱所需蒸汽為1.178 t/h。

由計(jì)算結(jié)果可知，兩爐一機(jī)（汽機(jī)最大負(fù)荷）工況下，除氧器加熱蒸汽需要量約為三爐兩機(jī)額定工況的46.6%。可見(jiàn)，蒸汽需要量大幅下降。另外，當(dāng)汽輪機(jī)抽汽量減少時(shí)，除氧器調(diào)節(jié)閥動(dòng)作很小，會(huì)導(dǎo)致傳熱傳質(zhì)效率低、除氧器性能適應(yīng)性差等問(wèn)題，以上問(wèn)題均會(huì)導(dǎo)致除氧器出水含氧量超標(biāo)，會(huì)使除氧器運(yùn)行不穩(wěn)定。

2.3 中壓除氧器額定工況計(jì)算

當(dāng)除氧器壓力為0.17MPa時(shí)，3爐2機(jī)額定工況下，經(jīng)過(guò)計(jì)算，除氧器加熱給水所需蒸汽量為6.44t/h。小型熱電站實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)中要求，除氧器熱平衡計(jì)算中，為了避免除氧器自生沸騰，則必須使回?zé)岢槠坑休^大的正值。

可見(jiàn)，為了解決大量疏水進(jìn)入至除氧器，易導(dǎo)致除氧效果惡化的問(wèn)題，采取兩種措施：1）空預(yù)器高壓疏水?dāng)U容器后的疏水增加一路去疏水箱的管路系統(tǒng)；2）選用中壓除氧器代替大氣式除氧器，經(jīng)計(jì)算，則除氧器加熱蒸汽需要量為6.44 t/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定工況除氧器所需蒸汽量。

表10 除氧器熱平衡計(jì)算所需參數(shù)

3 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)于采用循環(huán)流化床鍋爐外置式空預(yù)器形式，考慮到實(shí)際運(yùn)行工況的復(fù)雜性，為了保證各種工況下除氧效果則應(yīng)該考慮增加空預(yù)器疏水?dāng)U容器后疏水進(jìn)入疏水箱的管道系統(tǒng)。

（2）采用循環(huán)流化床鍋爐的垃圾焚燒電站，盡量避免選用外置式蒸汽預(yù)熱的空氣預(yù)熱器。如果采用外置式蒸汽預(yù)熱的空氣預(yù)熱器，則宜提高除氧器壓力。

[1]呂俊復(fù)，張建勝，岳光溪.循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行與檢修[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2003.

Discussion of Waste Incineration Circulating Fluidized Bed Boiler Air Pre-heater Style and Technology of Choice Thermodynamic System

WANG Zhi-min1，ZHENG Fei2
（1.China ENFI Engineering Co.，Ltd,Beijing 100038，China；2.Datang International Power Generation Co.，Ltd，Beijing 100033，China）

Based on a practical engineering example,By circulating fluidized bed boiler external air preheater hydrophobic to atmospheric deaerator,heat balance is calculated,under the different conditions,in order to avoid the occurrence of spontaneous boiling deaerator need to consider setting aside the air preheater hydrophobic expansion after hydrophobic to drain tank pipe.In order to ensure deaerator thermodynamic equilibrium,the proposed external air preheater,it is desirable to improve the oxygen pressure,can provide a reference for future theoretical calculations on the design.

fluidization bed；air preheater；spontaneous boiling deaerator

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.04.006

TK229

B

2095-3429（2016）04-0026-05

2016-05-03

修回日期：2016-06-22

王智敏（1970-），女，河北張家口人，碩士研究生，高級(jí)工程師，從事垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)設(shè)計(jì)工作；鄭非（1971-），男，遼寧北鎮(zhèn)人，工程師，從事發(fā)電廠(chǎng)運(yùn)行管理工作。