葉羅，吳俊東，陳顯

(國家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

大型火電機(jī)組鍋爐的排煙熱損失是鍋爐系統(tǒng)可用能損失之一，同時也是鍋爐自身各項(xiàng)能量損失中最大的一項(xiàng)。采用低溫省煤器系統(tǒng)降低排煙溫度，有效利用煙氣余熱，大幅提高電廠經(jīng)濟(jì)性，是提高機(jī)組效率的主要途徑之一[1]。

目前,部分機(jī)組低溫省煤器系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中由于種種原因沒能發(fā)揮其應(yīng)有的價值,甚至對鍋爐的安全運(yùn)行造成了一定影響。 針對這些問題，需根據(jù)實(shí)際情況，綜合分析和優(yōu)化,達(dá)到節(jié)能增效的目的。本文主要對某電廠低溫省煤器運(yùn)行中存在的堵灰、磨損及腐蝕問題進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施。

1 系統(tǒng)概述

某電廠2×1 000 MW超超臨界二次再熱直流鍋爐為2 710 t/h超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛塔式布置、四角切向燃燒、平衡通風(fēng)。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為神華煤，以滿世混煤(內(nèi)蒙古滿世煤炭集團(tuán)股份有限公司產(chǎn)煤)、東北煤作為校核煤種。煙氣脫硫采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝。

該電廠每臺機(jī)組設(shè)有一套低溫省煤器，分兩級布置，一級低溫省煤器安裝于電除塵之前、空預(yù)器之后的煙道中，二級低溫省煤器安裝于引風(fēng)機(jī)出口(如圖1所示)。凝結(jié)水由#8低溫加熱器進(jìn)口引出，經(jīng)過兩級加熱后回#8低溫加熱器進(jìn)口。二級低溫省煤器的水側(cè)進(jìn)、出口與汽輪機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)連接(如圖2所示)。在一、二級低溫省煤器進(jìn)、出口母管間均設(shè)有流量為100%的旁路，根據(jù)出口煙氣溫度來調(diào)節(jié)低溫省煤器入口的流量，保障煙氣溫度在設(shè)備允許范圍內(nèi)。

2 原設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 排煙溫度及凝結(jié)水的影響

該工程兩級低溫省煤器，利用流經(jīng)其中的煙氣加熱汽機(jī)側(cè)#9低溫加熱器出口凝結(jié)水，使凝結(jié)水溫度由81 ℃升至95 ℃左右，然后回到#8低溫加熱器進(jìn)口，一方面減少#6，#7，#8低溫加熱器的抽汽，另一方面充分降低了鍋爐排煙損失，兩級低溫省煤器降低排煙溫度20～25 ℃。以額定工況下凈熱耗7 259 kJ/(kW·h)計(jì)算，機(jī)組的熱耗下降約0.5%，可下降發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗1.285 g/(kW·h)。各負(fù)荷段低溫省煤器換熱情況見表1。

圖1 低溫省煤器煙氣側(cè)Fig.1 Gas-side low temperature economizer

圖2 低溫省煤器水側(cè)Fig.2 Water-side low temperature economizer

2.2 對輔機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性影響

一級低溫省煤器設(shè)置在電除塵器前，煙氣溫度下降10 ℃，估算流經(jīng)引風(fēng)機(jī)煙氣體積流量下降約2%，有利于風(fēng)機(jī)電耗降低。但由于兩級低溫省煤器設(shè)置，煙氣系統(tǒng)阻力也隨之增加，以設(shè)計(jì)值最大阻力0.60 kPa計(jì)算，總體而言，風(fēng)機(jī)電耗增加。據(jù)計(jì)算，設(shè)計(jì)煤種條件下每臺引風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷下增加用電負(fù)荷300～400 kW。采用二級低溫省煤器后，在滿負(fù)荷下凝結(jié)水水側(cè)整體壓降約0.15～0.20 MPa，凝結(jié)水泵的功率增加200～250 W。綜合引風(fēng)機(jī)和凝結(jié)水泵增加電耗，原廠用電率為3.8%，采用二級低溫省煤器技術(shù)廠用電率約為3.9%，增加0.1百分點(diǎn)。

2.3 對除塵系統(tǒng)及脫硫系統(tǒng)的影響

電除塵器的收塵效率與飛灰比電阻有一定關(guān)系，而飛灰電阻率又與進(jìn)口煙氣溫度成指數(shù)函數(shù)關(guān)系，煙氣溫度升高10～150 ℃靜電除塵效率下降0.04%～0.06%[2]。煙氣經(jīng)一級低溫省煤器后，溫度下降10～15 ℃，電除塵器除塵效率可提高0.05百分點(diǎn)。

由于吸收塔煙氣進(jìn)口溫度的降低，吸收塔內(nèi)水量的蒸發(fā)同比減少。以該廠為例，兩級低溫省煤器的設(shè)置，使吸收塔煙氣進(jìn)口溫度控制在85～105 ℃，每年可降低脫硫水耗30～40 t。

表1 各負(fù)荷段低溫省煤器換熱情況Tab.1 Heat transfer of low temperature economizer in each load section

3 運(yùn)行中存在的問題

3.1 低溫省煤器投入率低

排除設(shè)備故障以及入爐硫分影響，低溫省煤器投入率主要受兩個因素的影響，一個是負(fù)荷，二是環(huán)境溫度。

(1)負(fù)荷因素。近幾年，全國統(tǒng)調(diào)常規(guī)燃煤機(jī)組平均年利用小時數(shù)都在4 000以內(nèi)，負(fù)荷率偏低。為保障排煙溫度在酸露點(diǎn)之上，只能逐步開啟低溫省煤器旁路，提高排煙溫度，避免尾部煙道或煙囪發(fā)生腐蝕。

(2)環(huán)境溫度因素。在環(huán)境溫度<10 ℃條件下，空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度基本在115～125 ℃。若投入低溫省煤器運(yùn)行，將使煙氣溫度低于設(shè)備承受范圍。綜合全年來看，一、四季度晚上都需對低溫省煤器進(jìn)口流量進(jìn)行旁路分流，甚至全部隔離。

3.2 低溫省煤器積灰、磨損嚴(yán)重

該廠低溫省煤器采用翅片管式換熱器，鍋爐在正常運(yùn)行過程中會造成翅片間積灰情況。雖然低溫省煤器區(qū)設(shè)置有蒸汽吹灰器，但在實(shí)際運(yùn)行中由于疏水不暢，蒸汽帶水情況時有發(fā)生，加劇了積灰程度，嚴(yán)重時會造成堵灰，使低溫省煤器阻力增加，換熱能力降低。同時，積灰或堵灰的發(fā)生，將會導(dǎo)致局部省煤器受熱面形成煙氣走廊，煙氣流速增加，加劇受熱面磨損[3]。

3.3 低溫省煤器腐蝕嚴(yán)重

受機(jī)組負(fù)荷率偏低的影響，低溫省煤器入口煙氣溫度長期處于較低水平。煙氣溫度低于酸露點(diǎn)溫度，造成低溫省煤器發(fā)生低溫腐蝕。同時，由于積灰的存在，加劇了低溫腐蝕的程度，導(dǎo)致受熱面泄露。從現(xiàn)場運(yùn)行情況看，低溫省煤器多次發(fā)生泄露，均與低溫腐蝕有關(guān)。

4 改進(jìn)措施

鑒于目前機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況，考慮鍋爐運(yùn)行煤質(zhì)、負(fù)荷、年利用小時數(shù)等多種因素，提出改造方案如下。

(1)改造原則。在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，盡可能少地改動設(shè)備和系統(tǒng)，降低投資。核算系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，確保改進(jìn)后的機(jī)組可靠性、經(jīng)濟(jì)性均有提高。

(2)考慮到一級低溫省煤器設(shè)備可靠性和利用率低的特點(diǎn)，將一級低溫省煤器進(jìn)行整體拆除，僅保留二級低溫省煤器,同時完善相應(yīng)的煙風(fēng)系統(tǒng)。拆除一級低溫省煤器凝結(jié)水系統(tǒng)，凝結(jié)水經(jīng)二級省煤器后直接進(jìn)入#8低溫加熱器。對原有煙囪進(jìn)行防腐改造，采用手糊玻璃鋼防腐技術(shù)，提高煙囪的抗腐蝕能力。

(3)設(shè)計(jì)校核條件:煤質(zhì)采用鍋爐常用低硫煤和高硫煤分別校核，見表2。其他計(jì)算數(shù)據(jù)來源于改造前性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)。經(jīng)核算，額定負(fù)荷時低溫省煤器出口煙氣溫度為105 ℃，50%額定負(fù)荷時低溫省煤器出口煙氣溫度為85 ℃，滿足機(jī)組日常運(yùn)行的要求。

5 改造效果及分析

選取980 MW，總煤量接近的工況對比，對比參數(shù)見表3。

表2 燃料分析Tab.2 Fuel Analysis

表3 一級低溫省煤器拆除前、后運(yùn)行數(shù)據(jù)Tab.3 Operation data before and after the removal of the first-stage low temperature economizer

由表3可以看出，在拆除一級低溫省煤器后，單臺引風(fēng)機(jī)電耗下降250 kW，凝結(jié)水泵電耗下降180 kW，總電耗下降680 kW，以年利用小時數(shù)4 200計(jì)算，節(jié)約成本共114萬元。

改造后，二級低溫省煤器后煙氣溫度升高3 ℃，影響鍋爐效率約0.15百分點(diǎn)，考慮到由于一級省煤器推出的影響，折算供電煤耗下降約0.5 g/(kW·h)。每年將增加成本136.5萬元。

脫硫吸收塔入口溫度上升3 ℃，補(bǔ)水量稍有增加，但新水的補(bǔ)充也有利于保證石膏的品質(zhì)，總體而言對成本無明顯影響。

綜上所述，一級低溫省煤器算上維護(hù)檢修費(fèi)用50.0萬元/年(不包含因停爐造成的電量損失)，在拆除后每年帶來的收益約27.5萬元。

6 結(jié)束語

低溫省煤器具有降低煙溫，節(jié)約能耗的優(yōu)勢，近年來在各電廠的普遍應(yīng)用。但在應(yīng)用過程中，低溫省煤器的可靠性仍存在較大的限制，甚至造成機(jī)組利用率的降低，給機(jī)組帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，各廠在煙氣余熱利用中，需結(jié)合實(shí)際，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，做好低溫省煤器的設(shè)備選型，做好運(yùn)行優(yōu)化和防護(hù)措施，以保障煙氣余熱利用設(shè)備的可靠性，充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，真正起到節(jié)能減耗、提高效益的作用。