220MW机组增设低压省煤器的经济性分析

杜艳玲，李 斌，李 露，党自力，尹水娥

(华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定 071003)

0 引言

排烟温度升高是锅炉运行中的常见问题，严重影响锅炉效率，以及烟道尾部的脱硫、除尘等设备安全运行。增设低压省煤器是实现火电厂节能减排、降低排烟温度的重要措施之一[1]。低压省煤器利用锅炉余热，对于提高机组的经济性是显而易见的。关于电站系统增设低压省煤器，有不少学者对其经济性[1]、优化设计[2～3]以及对汽轮机相对内效率的影响[4]进行了较为深入的研究。目前，多个电厂已成功应用低压省煤器实现机组的节能技术改造[5～8]。

现有某电厂200 MW循环流化床机组，锅炉排烟温度设计为142℃，实际运行中由于入炉煤偏离设计煤种较大，导致锅炉排烟温度偏高，年平均达到160℃，严重影响机组经济性;同时，排烟温度过高影响了布袋除尘器运行安全性、除尘效率。综合比较各种改造方案，采取在锅炉尾部增设低温省煤器用于降低烟温，以达到回收锅炉排烟余热，提高机组经济性的目的。

1 增加低压省煤器后的节能过程

1.1 低压省煤器节能原理

低压省煤器，在锅炉侧是受热面，与尾部烟气进行热交换;在汽轮机侧是一个加热器，其通流介质为回热系统的部分或全部的低压凝结水。凝结水通常从某级低压加热器处引出，在低压省煤器内吸收排烟余热后返回热力系统。排烟余热的利用，将排挤汽轮机抽汽，在相同的主蒸汽流量下，汽轮机做功量增加。同时，凝汽流增加，凝汽器冷源损失增大，但由汽机做功量的增加值远大于因凝汽量增加造成的热损失，实际上增设低压省煤器无一例外都可以提高机组的经济性[7]。

1.2 低压省煤器的布置

低压省煤器在汽机回热系统中的布置方式通常有两种:串联式和并联式。串联式中，低压省煤器通过全部的凝结水流量，排烟余热利用程度高，但凝结水阻力大，对凝结水泵的压头有要求。并联式中，只引入部分凝结水在低压省煤器中加热，凝结水阻力小，锅炉余热利用的程度也相对低些。其中并联方式中，为避免低压省煤器入口凝结水温度较低，可引入两股不同位置凝结水混合后再进入低压省煤器，提高进口水温，保障机组运行的安全性。

2 系统改造方案

对于该机组，其回热系统为“两高、四低、一除氧”，且疏水方式也不同于一般机组，具体如图1所示。为降低锅炉排烟温度，现在该机组在空气预热器出口至原电除尘烟气入口的烟道范围内增设了低压省煤器，与低加回热系统并联。为避免低压省煤器进口水温过低，在2号低加前后各引出一路凝结水混合作为进水，回水口设置在3号低加后。低压省煤器采用H型鳍片管顺列管排逆流布置，改造后的回热系统如图1所示。

图1 增设低压省煤器后机组的热力系统图Fig.1 Schematic diagram with the installation of low pressure economizer

3 计算及结果分析

增设低压省煤器对系统经济性的影响，因排烟温度降低程度和回热系统的布置不同而不同。机组低负荷运行时，各低加的出口水温、焓值均降低，但是通过低压省煤器的出口水温度变化不大，可以排挤更多的抽汽回到汽轮机继续做功。因此，在相同的供水量下，机组低负荷运行时增设低压省煤器带来的节能量要高于额定负荷[6]，因此现只需对额定负荷下的经济性进行分析。

令烟温分别降低20℃，25℃，30℃时，为满足低压省煤器在锅炉尾部烟道的布置能够满足预留空间、烟气阻力、凝结水阻力以及换热要求，分别给出了低压省煤器不同流量、温升下的5种工况，具体见表1。

表1 5种不同的设计计算工况Tab.1 Five different design and calculation conditions

由于系统增设了低压省煤器吸收锅炉余热，将直接排挤5号低加的抽汽α5。6号低加的抽汽因其凝结水引入一部分至低压省煤器而减少，汽轮机凝汽流增加，7号低加的凝结水流量增加，因此α7也随之增加。由于该系统各股抽汽相互影响相互关联，回热系统的热力计算相对复杂。关于低压省煤器经济性的计算，本文采用常规方法的并联解法，将回热系统中受低压省煤器影响的几个加热器 (包含相关的抽汽和疏水)分别取为不同的几个子系统，如图1虚线框所示，列能量平衡方程，解方程组可得各抽汽份额，进而计算各经济性指标。其中，4号低加进口水温不变 (焓值保持改造前的hw5)，两个高加和除氧器的进出口水温 (即hw1～hw4)均保持改造前参数不变，故增设低压省煤器对仅回热系统α5～α7三股抽汽及凝汽αc产生影响。不同工况下回热系统各抽汽系数见表2。

表2 不同工况下热力系统各抽汽系数Tab.2 Steam extraction coefficient of thermal system on different conditions

采用定功率计算，令机组在前述的不同工况下均发额定功率，机组的热经济性指标的对比见表3。这里应指出，低压省煤器虽然降低了锅炉排烟温度，但是并改变锅炉效率，即锅炉的排烟热损失始终以空气预热器出口为准[1]。这里排烟热量是作为废热、余热予以利用，效益体现在回热系统中，不能重复计算。

结合表2和表3，容易看出，低压省煤器的增设，只影响末几级的抽汽情况，对前四级没有影响。低压省煤器利用了锅炉余热，排挤了低压抽汽，因此，改造后机组的内功率wi增加，热耗q和汽耗d均降低。机组的绝对内效率有了明显的增高，其相对内效率基本不变和循环热效率也明显增加[4]。增设低压省煤器最直接的效益表现在煤耗方面，在这5种工况下，每生产1 kW·h，当通过低压省煤器的烟温降低20℃时，降低标煤耗约1.86 g;烟温降低25℃时降低标煤耗约2.4 g;降低30℃时，降低标煤耗约2.85 g，经济效益显著。

对比II和III，IV和V这两对工况，可以发现，烟温降低相同幅度，低压省煤器中凝结水相对高温升、小流量的工况可以获得更好的效益。这体现了能级利用的优越，也反映有些问题仅用热力学第一定律解释是不够的，结合热力学第二定律才能更好的说明问题。所以在实际运行中，不应过分追求低压省煤器中通流凝结水量大。

表3 增设低压省煤器前后机组的热经济性指标Tab.3 Thermal efficiency indices of the unit before and after the transformation

4 结论

本文应用常规方法解方程组，将回热系统中受低压省煤器影响的几个加热器分别取为不同的几个子系统，列能量平衡方程组，计算出各抽汽份额，并比较了增设低压省煤器前后不同工况下机组的热经济性指标。结果表明:

(1)增设低压省煤器后，机组热耗q和汽耗d均降低，比内功率wi、绝对内效率ηi增加。

(2)当通过低压省煤器的烟温降低20℃，25℃，30℃时，机组的标煤耗可以降低标煤耗1.86 g，2.4 g，2.85 g，节煤效益显著。

(3)在烟温降低相同幅度时，低压省煤器中凝结水相对高温升、小流量的工况可以获得更好的效益。

相关的计算方法以及低压省煤器的布置可对其他类似机组的改造计算提供参考。