低低溫省煤器經(jīng)濟性計算及應(yīng)用

，，

(福建華電可門發(fā)電有限公司，福州 350500)

0 引言

近年來，煤電機組超低排放改造在全國范圍逐步推廣，其中低低溫省煤器+高效靜電除塵器的技術(shù)改造路線兼顧環(huán)保與節(jié)能，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。低低溫省煤器不但可以回收排煙余熱提高汽輪機的做功量，減少供電煤耗，同時還可以降低排煙溫度減少煙氣體積，從而降低引風(fēng)機電耗。由于大部分電廠的低低溫省煤器改造與調(diào)試都由環(huán)保建設(shè)單位總承包，故在調(diào)試階段忽略了低低溫省煤器回收熱量在汽輪機方面的節(jié)能運行優(yōu)化，未能充分挖掘節(jié)能潛力，這是本文將要分析解決的問題。

1 機組概況

某電廠#4機組是上海電器集團生產(chǎn)的600 MW超臨界機組，2016年環(huán)保技術(shù)改造安裝了雙路取水、雙路回水低低溫省煤器(如圖1所示)，沿?zé)煔饬飨虿贾迷诳諝忸A(yù)熱器后電除塵器前，沿凝結(jié)水流向，取水點分別在#7低壓加熱器(以下簡稱低加)出口及#8低加進口，共同調(diào)節(jié)取水溫度在70 ℃，工程結(jié)束后回水長期切投在#6低加進口。筆者注意到，變工況運行時，低低溫省煤器回水溫度與#6低加進出口溫度差并不完全符合能量的梯級利用原則，故對此問題展開了專題分析。本文基于性能試驗結(jié)果，應(yīng)用等效焓降法，對低低溫省煤器回水切投#6低加進口與#6低加出口兩種運行方式進行了變負荷的局部定量分析，對變負荷下的運行參數(shù)進行節(jié)煤量的計算，繪制變負荷下不同回水切投方式的節(jié)煤量曲線，進而得出低低溫省煤器的最佳回水切投方式。

2 低低溫省煤器節(jié)能原理及計算

2.1 低低溫省煤器熱經(jīng)濟性原理分析

低低溫省煤器獨立于主凝結(jié)水系統(tǒng)之外，利用鍋爐排煙余熱加熱低溫凝結(jié)水，替代低加抽汽。被替代的低加抽汽排擠回汽輪機后繼續(xù)膨脹做功，做功增加的同時，進入凝汽器的排汽量也增加，排汽損失增大，因此，綜合分析機組經(jīng)濟性是否提高成為評價低低溫省煤器經(jīng)濟性的關(guān)鍵。實際上，低低溫省煤器吸收大量的煙氣余熱進入凝結(jié)水系統(tǒng)，這是在鍋爐沒增加燃料量的前提下獲得的，必定以一定效率轉(zhuǎn)換成電功，這個新增的功遠大于汽機真空度微降引起的效率損失，所以機組效率無一例外都是提高的。具體計算驗證過程如下。

圖1 低低溫省煤器熱力示意Fig.1 Low-low temperature thermal schematic

2.2 低低溫省煤器節(jié)煤量計算

采用等效焓降法進行熱經(jīng)濟性分析[1]。將低低溫省煤器回收的排煙余熱作為純熱量輸入系統(tǒng)，而鍋爐產(chǎn)生1 kg新汽的能耗不變。在這個前提下，熱力系統(tǒng)所有減少抽汽所增發(fā)的功，都將使汽輪機的效率提高。

將1 kg汽輪機新汽的全部做功量稱為新汽的等效焓降(h)，所有減少抽汽所增發(fā)的功(Δhz)稱為等效焓降增量，是低低溫省煤器回收熱量排擠低加抽汽和凝結(jié)水減少后所帶來的做功增量的總和。其中包括#8低加入口抽出凝結(jié)水后#7，#8低加抽汽減少增發(fā)的功(Δh7/8)，還包括低低溫省煤器回水切投#6低加入口時，純熱量輸入排擠#6低加抽汽增發(fā)的功(Δh6r)，以及低低溫省煤器回水切投#6低加出口時，#6低加抽汽減少增發(fā)的功(Δh6c)以及純熱量輸入排擠#5低加抽汽增發(fā)的功(Δh5)。以某電廠為例，計算600 MW負荷工況下，雙路回水低低溫省煤器回水切投#6低加進口的運行參數(shù)。

2.2.1 汽輪機新蒸汽等效焓降

h=3 600/(ηjbd) ，

(1)

式中：d為機組汽耗，根據(jù)運行參數(shù)計算為2.982 3 kg/(kW·h)；ηjd為汽輪機機電效率，取0.98。計算得h=1 273.74 kJ/kg。

2.2.2 汽輪機各級抽汽效率

ηj=hdj/qj，

(2)

(3)

式中：hj為第j級低加抽汽比焓；qj為1 kg抽汽在第j級加熱器的放熱量；hdj為第j級抽汽等效焓降；hc為排汽比焓；γr為第r級加熱器1 kg疏水的放熱量；qr為1 kg抽汽在第r級加熱器的放熱量；hr為第r級抽汽等效焓降；r為加熱器j后更低壓力抽汽口腳碼。

2.2.3 減少抽汽帶來的等效焓降增量[2]

Δhz=Δh7/8+Δh6+Δh5，

(4)

Δh7/8=β1(τ7η7+τ8η8) ，

(5)

Δh6=β(hd-hw7)η6，

(7)

Δh5=β(hd-hw6)η5，

(8)

式中：Δhz為所有減少抽汽所增發(fā)的功；Δh7/8為#8低加入口抽出凝結(jié)水后#7，#8低加抽汽減少引起的等效焓降增量；Δh6為低低溫省煤器回水切投#6低加入口時#6低加抽汽減少引起的等效焓降增量；Δh5為低低溫省煤器回水切投#5低加入口時#5低加抽汽減少引起的等效焓降增量；β1為#8低加入口抽出凝結(jié)水量的分水系數(shù)；β為#7，#8低加出入口抽出凝結(jié)水總量的總分水系數(shù)；ηj(j=5，6，7，8)分別代表#5，#6，#7，#8抽汽效率；τj(j=5，6，7，8)分別代表#5，#6，#7，#8低加1 kg凝結(jié)水的比焓升；hwj(j=d，6，7)分別代表低低溫省煤器和#6，#7低加出口凝結(jié)水比焓；hd為低低溫省煤器出水比焓。

表1 600 MW運行工況下回?zé)岢槠匦杂嬎憬Y(jié)果Tab.1 Calculation results of regenerative extraction steam characteristics under 600 MW operating conditions

以某600 MW超臨界機組為例，600 MW運行工況下的抽汽效率計算結(jié)果見表1。

2.2.4 低低溫省煤器投入后熱耗降低值

熱耗降低值Δq按下式計算。

Δq=Δhz×q/(h+Δhz) ，

(9)

式中：q為汽輪機熱耗，汽輪機性能驗收試驗數(shù)據(jù)為7 837 kJ/(kW·h)。

計算得低低溫省煤器投#6低加入口時，熱耗降低50.58 kJ/(kW·h)。

2.2.5 低低溫省煤器投入后排擠抽汽對發(fā)電煤耗的影響

發(fā)電標準煤耗節(jié)省量Δbs按下式計算。

Δbs=Δq/(ηp×ηb×29 306) ，

(10)

式中：ηp，ηb分別為管道效率和鍋爐效率，取設(shè)計值ηp=0.990，ηb=0.935。

計算得Δbs為1.86 g/(kW·h)。

低低省煤器盡管降低了鍋爐排煙溫度，但并未改變鍋爐效率的主要原因是鍋爐排煙損失是按空氣預(yù)熱器出口煙溫計算的，并不受其下游低低溫省煤器煙氣參數(shù)的影響。

2.2.6 低低溫省煤器投入后汽輪機真空度變化影響發(fā)電煤耗

對于濕冷汽輪機，背壓的增量Δpc與冷凝蒸汽增量的關(guān)系可按下式估算[3]。

Δbc=2.4Δpc，

(11)

Δpc=2.059ΔDc/Dc，

(12)

ΔDc=∑Dj-ΔD0，

(13)

式中：Δbc為背壓上升引起的煤耗增量，根據(jù)某汽輪機廠家提供的背壓-熱耗修正曲線計算得出，600 MW汽輪機背壓每上升1 kPa，煤耗上升2.4 g/(kW·h)；Dc為凝汽器冷凝量；ΔD0為投入低低溫省煤器后汽輪機新汽量減少值，可由Δb計算得到；∑Dj為各級抽汽減少抵達凝汽器的總量。

Dj=qVjτj/qj，

(14)

ΔD0=∑Dj(hj-hc)d，

(15)

式中：qVj為低低溫省煤器出水匯入第j級入口流量；τj為第j級低加1 kg凝結(jié)水的比焓升[1]。

根據(jù)以上公式計算得出某國產(chǎn)600 MW機組投入低低溫省煤器影響真空量度及煤耗，見表2。

2.2.7 低低溫省煤器投入對發(fā)電煤耗總影響量

低低溫省煤器投入后，對發(fā)電煤耗影響量為排擠抽汽帶來的發(fā)電煤耗降低值與背壓下降帶來的發(fā)電煤耗升高值之和。

表2 600 MW機組投入低低溫省煤器后對真空度及煤耗的影響Tab.2 Effect of the operation of low-low temperature economizer on vacuum degree and coal consumption of 600 MW unit

Δb=Δbs-Δbc=1.63 g/(kW·h) 。

(16)

3 不同運行方式下低低溫省煤器節(jié)能量對比

上面算例計算了此低低溫省煤器在600 MW負荷工況，回水投#6低加進口的節(jié)能量。同樣方法可以計算其他回水切投方式在不同負荷下的節(jié)煤量。

通過收集機組在600，450，300 MW典型負荷工況下、低低溫省煤器回水分別投#6低加進口與出口的運行參數(shù)，并進行了節(jié)能量計算及對比，見表3。

表3 不同負荷、不同回水切換方式下低低溫省煤器節(jié)約煤耗Tab.3 Coal saving of low-low temperature economizer under different loads and different return water switching modes g/(kW·h)

4 低低溫省煤器經(jīng)濟運行方式的應(yīng)用

本文基于某廠低低溫省煤器運行參數(shù)計算得出了低低溫省煤器的節(jié)能量，找到了低低溫省煤器變工況下的最經(jīng)濟運行方式。對于同類型低低溫省煤器技改調(diào)試以及改造后機組經(jīng)濟運行方式的優(yōu)化，有較好的參考借鑒意義。另外，根據(jù)多種運行工況、多臺機組運行參數(shù)的計算結(jié)果，還可以得出幾個有益的推論及應(yīng)用。

(1)低低溫省煤器投入后，在不同負荷下的節(jié)能量并非一成不變，基本呈現(xiàn)低負荷段節(jié)能量較高的規(guī)律。

(2)最經(jīng)濟運行方式并非一成不變，主要區(qū)別在于回水切投位置。本算例中，在高負荷下低低溫省煤器回水投#6低加入口更加經(jīng)濟，在低負荷下低低溫省煤器回水投#6低加出口更加經(jīng)濟。低低溫省煤器回水切投方式的不同，對節(jié)能量的影響差別很大，發(fā)電煤耗最大可相差0.4 g/(kW·h)。雙路取水、雙路回水的低低溫省煤器比單路取水、單路回水的低低溫省煤器有著更加靈活的運行方式，更加有利于挖掘低低溫省煤器的節(jié)能潛力。

(3)在機組變負荷過程中，要保證低低溫省煤器始終在最經(jīng)濟方式下運行，就必須掌握一個合適的時機切投低低溫省煤器回水，參考本文算例，最佳切投低低溫省煤器回水的時機是低低溫省煤器出水溫度等于待切投凝結(jié)水溫度，即低低溫省煤器回水溫度要始終大于等于待切投的凝結(jié)水溫度。

(4)低低溫省煤器的節(jié)能效果除了與機組負荷率相關(guān)外，還與季節(jié)相關(guān)，即冬季排煙溫度較低，節(jié)能量較小，夏季排煙溫度較高，節(jié)能效果較好。

(5)低低溫省煤器的節(jié)能效果還與設(shè)備健康狀況高度相關(guān)，在機組超低排放運行的大背景下，脫硝下游硫酸銨鹽的沉積將對空氣預(yù)熱器、低低溫省煤器的換熱效果造成極大影響，同時也影響了低低溫省煤器的經(jīng)濟性能。筆者在某廠4臺機組進行了相同類型的低低溫省煤器改造，運行的經(jīng)濟性、低低溫省煤器的回水切換時機有著明顯的差別。