侯致福，楊玉環(huán)，高建強(qiáng)

(1.山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，山西朔州036800;2.華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北保定071003)

0 引言

循環(huán)流化床(CFB)機(jī)組因具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)好、SO2及NOX排放量低等優(yōu)勢(shì)，目前在我國(guó)得到了廣泛利用［1－3］。由于流化床鍋爐往往燃用高灰分劣質(zhì)燃料，因此排渣熱損失較大，若能將排渣熱量回收利用，則可以大大提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。冷渣器作為CFB 機(jī)組特有設(shè)備，其排渣的余熱利用是節(jié)能增效的熱點(diǎn)之一［4，5］，因此采用合理的余熱利用系統(tǒng)方案［6，7］是節(jié)能增效的關(guān)鍵。

本文以山西平朔煤矸石電廠300 MW CFB 空冷機(jī)組采用的冷渣器余熱利用系統(tǒng)方案為例，并在此基礎(chǔ)上提出不同的余熱利用系統(tǒng)方案，對(duì)各方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，提出了最優(yōu)的冷渣器余熱利用方案。

1 機(jī)組概況及原始數(shù)據(jù)

1.1 機(jī)組概況

該電廠鍋爐型號(hào)是SG－1060/17.5－ M802，其型式是亞臨界中間再熱、單汽包自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、循環(huán)流化床鍋爐，由單爐膛、4 臺(tái)高溫絕熱式旋風(fēng)分離器、4 臺(tái)U 型返料器、4 臺(tái)外置式換熱器、尾部對(duì)流煙道等組成;汽輪機(jī)型號(hào)是NZK300－16.7/538/538，型式是亞臨界、單軸、雙缸雙排汽、中間再熱、直接空冷凝汽式汽輪機(jī);發(fā)電機(jī)型號(hào)是QFSN－300－2，冷卻方式為水－氫－氫型。

該電廠每臺(tái)爐下部安裝了兩臺(tái)風(fēng)水冷渣器及兩臺(tái)滾筒冷渣器，將低渣由約850～900 ℃冷卻到150 ℃以下，冷卻后的底渣依次經(jīng)過(guò)輸渣機(jī)、斗提機(jī)、粗細(xì)分離后進(jìn)入渣倉(cāng)。

1.2 原始數(shù)據(jù)

冷渣器余熱利用系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析所需的原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所示。排渣量的大小對(duì)冷渣器余熱利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性有很大影響，因此每個(gè)負(fù)荷下選擇2 個(gè)工況，工況1 表示排渣量小的情況，工況2表示排渣量大的情況。

表1 機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)Tab.1 The operating data of unit

2 冷渣器余熱利用方案及分析

2.1 冷渣器余熱利用方案

(1)方案1

如圖1所示，部分凝結(jié)水從汽封冷卻器出口引至冷渣器，在冷渣器吸收熱量后返回到6 號(hào)低壓加熱器入口，冷渣器與7 號(hào)低壓加熱器并聯(lián)。方案1 為廠內(nèi)現(xiàn)采用方案。

(2)方案2

如圖2所示，部分凝結(jié)水從汽封冷卻器出口引至冷渣器，在冷渣器吸收熱量后返回到5 號(hào)低壓加熱器入口，冷渣器與6、7 號(hào)低壓加熱器并聯(lián)布置。

圖1 冷渣器與7#低壓加熱器并聯(lián)Fig.1 Slag cooler and No.7 low pressure heaters arranged in parallel

圖2 冷渣器與6、7#低壓加熱器并聯(lián)Fig.2 Slag cooler and No.6，No.7 low pressure heaters arranged in parallel

(3)方案3

如圖3所示，部分凝結(jié)水從汽封冷卻器出口引至冷渣器，在冷渣器吸收熱量后返回到7 號(hào)低壓加熱器入口，冷渣器與7 號(hào)低壓加熱器串聯(lián)布置。

圖3 冷渣器與7#低壓加熱器串聯(lián)Fig.3 Slag cooler and No.7 low pressure heaters arranged in series

2.2 各方案經(jīng)濟(jì)性分析

依據(jù)不同工況THA 低加設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖4所示。

圖4 不同工況THA 低加設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)Fig.4 THA design data of low pressure heater under different working conditions

采用等效焓降法得到各工況下的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表2所示。

表2 依據(jù)THA 數(shù)據(jù)得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Tab.2 Basic data calculated on the basis of THA design data

根據(jù)等效焓降的理論對(duì)3 個(gè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。冷渣器余熱利用系統(tǒng)屬于內(nèi)部熱水帶熱量進(jìn)出系統(tǒng)，引起做功變化的計(jì)算公式如下［8］:因此可以得出3 個(gè)方案做功變化的計(jì)算公式如下所示，計(jì)算結(jié)果分別見(jiàn)表3、表4、表5。

式中:ΔH1、ΔH2、ΔH3分別為各方案做功的增加量，kJ/kg;af為冷渣器冷卻水份額，%;hf為冷渣器出口水焓，kJ/kg;分別為汽封冷卻器、7 號(hào)低加、6 號(hào)低加出口工質(zhì)焓，kJ/kg;τ1、τ2分別為7 號(hào)低加、6 號(hào)低加的工質(zhì)焓升，kJ/kg;η1、η2、η3分別為7 號(hào)低加、6 號(hào)低加、5 號(hào)低加的抽汽效率，%。

表3 方案1 計(jì)算結(jié)果Tab.3 The results of the first scheme

表4 方案2 計(jì)算結(jié)果Tab.4 The results of the second scheme

表5 方案3 計(jì)算結(jié)果Tab.5 The results of the third scheme

2.3 結(jié)果分析

圖5 給出了3 個(gè)方案各工況下，冷渣器余熱利用后發(fā)電標(biāo)煤耗降低量，可以看出6 個(gè)不同工況下，方案3 的節(jié)能效果最好，只有在75%負(fù)荷下工況1 及50%負(fù)荷下工況1 下煤耗出現(xiàn)了微量增加;方案2 最差，6 個(gè)工況下煤耗均增加，且增加幅度較大;方案1 居中，在100% 負(fù)荷下工況2 及75%負(fù)荷下工況2 下煤耗有降低，其余均增加，但增加幅度較方案2 小。

圖5 不同方案不同負(fù)荷不同工況煤耗降低量Fig.5 The reduction of coal consumption on the different schemes and different loads and different working conditions

圖6 不同方案下不同負(fù)荷煤耗降低量Fig.6 The reduction of coal consumption on the different schemes and different loads

圖6(a)示出了3 個(gè)方案下不同負(fù)荷工況1 煤耗降低量;圖6(b)示出了3 個(gè)方案下不同負(fù)荷工況2 煤耗降低量。從圖中可以看出方案1 及方案2 隨著負(fù)荷的降低，發(fā)電煤耗的降低量減小明顯，負(fù)荷越低節(jié)能效果越差，方案3 發(fā)電煤耗的降低量隨負(fù)荷降低沒(méi)有明顯減小。因此，方案3 節(jié)能的優(yōu)越性在中低負(fù)荷體現(xiàn)的更加顯著。

圖7(a)示出3 個(gè)方案中100%負(fù)荷下工況1與工況2 煤耗降低量，圖7(b)示出3 個(gè)方案中75%負(fù)荷下工況1 與工況2 煤耗降低量，圖7(c)示出3 個(gè)方案中50%負(fù)荷下工況1 與工況2 煤耗降低量。從圖中可以看出3 個(gè)方案中相同負(fù)荷條件下，工況2 的煤耗降低量都較工況1 大，節(jié)能效果更明顯。這說(shuō)明在冷卻水量基本不變的情況下，排渣量越小，冷渣器余熱利用系統(tǒng)的節(jié)能效果越差。這是由于排渣量小時(shí)，冷卻水在冷渣器出口的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于下級(jí)加熱器入口應(yīng)達(dá)到的溫度，造成下級(jí)加熱器超出力運(yùn)行，增大了高品質(zhì)蒸汽的抽汽量，致使整體的循環(huán)效率下降。

圖7 不同方案相同負(fù)荷工況1 與工況2 煤耗降低量Fig.7 The reduction of coal consumption on the different schemes and different working conditions

因此，在排渣量小時(shí)，可以通過(guò)控制冷卻水的流量來(lái)提高冷渣器冷卻水的出口溫度，減小高品質(zhì)蒸汽的抽汽量，提高整體的循環(huán)效率，使得冷渣器余熱利用系統(tǒng)的節(jié)能效果最大化。

3 結(jié)論

(1)在冷渣器與7 號(hào)低壓加熱器并聯(lián)的余熱利用方案的基礎(chǔ)上，提出了冷渣器與6、7 號(hào)低壓加熱器并聯(lián)布置和冷渣器與7 號(hào)低壓加熱器串聯(lián)布置2 個(gè)新的余熱利用方案。

(2)針對(duì)100%負(fù)荷、75%負(fù)荷、50%負(fù)荷及不同排渣量的運(yùn)行工況，采用等效焓降法對(duì)3 個(gè)方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，得出冷渣器與7 號(hào)低壓加熱器串聯(lián)布置的方案為最佳余熱利用方案。與現(xiàn)有方案相比，100%負(fù)荷時(shí)可以降低標(biāo)煤耗0.12g/kW·h 到0.95g/kW·h，75%負(fù)荷時(shí)可以降低標(biāo)煤耗0.63 g/kW·h 到1.32 g/kW·h，50%負(fù)荷時(shí)可以降低標(biāo)煤耗1.91g/kW·h 到3.15g/kW·h。

(3)分析了排渣量小時(shí)余熱利用效果差的原因，提出通過(guò)控制冷卻水流量的措施來(lái)提高排渣量小時(shí)余熱利用系統(tǒng)的節(jié)能效果。

［1］高建強(qiáng)，馬良玉，王兵樹(shù)，等.450t/h 循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組動(dòng)態(tài)仿真模型研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2004，24 (11):241－245.

［2］李斌，李建鋒，盛建華，等.300MW 級(jí)循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組運(yùn)行分析［J］.中國(guó)電力，2012，45(2):35－39.

［3］李斌，李建鋒，呂俊復(fù)，等.我國(guó)大型循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀［J］.鍋爐技術(shù)，2012，43(1):22－28.

［4］李志剛.整體水冷結(jié)構(gòu)風(fēng)水聯(lián)合冷渣器在循環(huán)流化床鍋爐的應(yīng)用［J］.電站系統(tǒng)工程，2013，29(1):54－56.

［5］劉遠(yuǎn)超，尹洪超，劉建平.循環(huán)流化床鍋爐滾筒式冷渣器冷態(tài)及熱態(tài)特性試驗(yàn)研究［J］.電站系統(tǒng)工程，2006，22 (5):35－36.

［6］黃嘉駟，張愛(ài)軍，魏銅生，等.冷渣器冷卻水回水接入點(diǎn)分析及改進(jìn)方案［J］.熱力發(fā)電，2009，38(3):75－77，80.

［7］李建鋒，呂俊復(fù)，李斌.300MW 循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組冷渣器的能效分析［J］.燃燒科學(xué)與技術(shù)，2011，17 (4):355－362.

［8］林萬(wàn)超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，1994.