一次风机暖风器利用锅炉排烟余热的经济性分析

蔡天水，李春曦

(华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定 0 71003)

一次风机暖风器利用锅炉排烟余热的经济性分析

蔡天水，李春曦

(华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定 0 71003)

有效利用排烟余热是提高运行经济性的措施之一。以某亚临界300 MW燃煤机组锅炉为研究对象，采用等效焓降理论，定量分析了一次风机暖风器利用锅炉排烟余热技术的经济性。研究表明:优化的低压省煤器－暖风器联合换热系统的实际运行效果良好;在机组额定负荷下，锅炉尾部烟温可下降约20℃，发电标准煤耗下降约1.2 g/kW·h，实际年收益可达52万元;随机组负荷的降低，经济性效果更加显著。

燃煤锅炉;排烟余热;低压省煤器;一次风机;暖风器;经济性

0 引言

燃煤锅炉的排烟热损失是各项热损失中的最大项，其直接地反映体现为排烟温度的升高。一般情况下，排烟温度每上升10℃，排烟热损失约增加0.5% ～0.8%［1］。可见，排烟温度升高会严重影响机组运行的经济性。在工程实际中，部分燃煤电站因设备状态不佳、系统结构不合理、运行调整不当，使得排烟温度的实际值往往比设计值要高出20℃左右［2，3］。因此，有必要通过技术改造达到降低排烟温度、减小排烟热损失、提高机组经济性的目的。

为防止因环境温度低造成冷端壁温低于烟气酸露点，引起空预器低温腐蚀，一般在空预器之前设置暖风器［4，5］。暖风器利用辅汽系统来汽 (即汽轮机中压缸第四段抽汽)加热风机入口的空气，就其本质是一种回热过程。抽汽使空气带热进入锅炉，热量在炉膛中被工质利用，减小了抽汽的冷源损失，使机组经济性相应提高，但带热空气的同时导致了炉膛的进风温度上升、排烟温度升高、排烟热损失加大。因此，有必要从解决空预器低温腐蚀与提高机组经济性这两方面对暖风器开展深入研究。

低压省煤器－暖风器联合换热系统预热空气的技改方案［6］尚需改进，且其经济性收益也有待分析。本文优化低压省煤器－暖风器联合换热系统，并采用等效焓降理论计算其带来的经济性效果，以此，为同类机组的改造提供参考。

1 优化的低压省煤器-暖风器联合换热系统

图1 原方案

已有的技改方案如图1所示，在尾部烟道的空预器出口至脱硫塔入口段布置气-水换热器 (低压省煤器)，拆除一次风机入口气-汽式暖风器及其进汽和疏水系统，加装气-水式暖风器，增设膨胀水箱和循环泵，连接以上设备构成低压省煤器-暖风器联合换热系统。系统采用化学除盐水做循环工质，以免管路积盐结垢，影响换热效果。水被低压省煤器加热后送至暖风器中向空气放热，冷却的水再经循环泵重新回到低压省煤器吸热，如此往复循环。低压省煤器设有运行旁路，可通过旁路阀来调节系统换热量。加装的膨胀水箱可为工质的受热膨胀提供空间裕度。

在该方案中，锅炉尚未点火或尾部烟温很低时，低压省煤器-暖风器联合换热系统将无热源供给，暖风器处于无法工作状态，若环境温度低于烟气酸露点，空预器便会产生低温腐蚀现象。此外，从实际运行角度来看，循环回路中的工质难免存在损耗，将膨胀水箱设置到循环回路以外，系统采用完全封闭的循环方式是不确切的，一旦工质流失，系统的换热效果将受到影响，严重时，暖风器对空气预热不足，会使空预器发生低温腐蚀的可能性增加。

针对上述两点做以下优化:

(1)考虑到锅炉冷态启动时，低压省煤器-暖风器联合换热系统不具备投运条件，应采用汽－气式暖风器投入运行，故保留原暖风器及其进汽和疏水管路做为备用。以防点炉初期，空预器低温腐蚀现象的产生。

(2)为使循环工质充足，系统的换热效果得到保证，将膨胀水箱移至循环回路内，既可为工质的受热膨胀提供空间，又可通过它为系统工质进行补充。

改进的技改方案如图2所示。

2 经济性效果分析

假定技术改造前后，同一负荷下，除四抽流量减少外，热力系统内其余各蒸汽参数不变;计算时不考虑管道、阀门等设备的压损及散热损失。

技改后，排挤的抽汽返至汽轮机中对机组经济性的影响，根据等效焓降理论，可视为带热量的蒸汽进入系统使汽轮机做功增加，表现为在相同负荷下，机组发电标准煤耗下降。机组循环吸热量为:

图2 改进方案

式中:h0为主蒸汽焓;αzr为对应于1 kg主蒸汽，再热蒸汽的份额;σ为1 kg再热蒸汽在再热器中的吸热量;hgs为省煤器入口主给水焓。

主蒸汽等效焓降为:

式中:ηi为机组绝对热效率。

排挤的抽汽返至汽轮机中，使主蒸汽做功增加，其增量为:

式中:αf为对应于1 kg主蒸汽，暖风器加热蒸汽进汽的份额;hf为四抽蒸汽焓;hn为汽轮机排汽焓。

汽轮发电组装置效率的相对变化值为:

相应地，机组发电标准煤耗减少为:

式中:bs为对应工况下机组的发电标准煤耗。

对某亚临界300 MW机组的100%，75%，50%负荷工况，技改后的经济性收益进行计算。机组在3个典型负荷工况下的各性能参数如表1所示，采用等效焓降理论所得经济性指标结果如表2所示。

表1 某300 MW机组主要参数

由表1可知:相同负荷下，技改后的锅炉尾部烟温下降约20℃;不同负荷下，尾部烟温下降的程度基本持平。技改后的排烟温度仍可维持在120℃附近，不会造成空预器低温腐蚀现象的产生［7］;而且进入脱硫塔的烟气温度仍高于脱硫绝热平衡温度，不影响脱硫系统的正常运行［8］。综上说明:优化后的低压省煤器-暖风器联合换热系统实际运行效果较为理想。

考虑到低压省煤器-暖风器联合换热系统投运期间，循环泵的配套电机消耗了厂用电，若电机功率按130 kW计算，则循环泵所耗电功折合成标准煤耗为:

式中:Ng为对应工况下机组功率，kW。

由 (6)式可得低压省煤器-暖风器联合换热系统运行期间，实际煤耗下降值见表2。

表2 经济性指标计算结果

表2表明:技术改造后，在额定工况下，机组发电标准煤耗下降约1.2 g/(kW·h)，技改实际收益约209元/h，若每年系统投运期为4个月(2 880 h)，去除可能的停运检修时间，总利用小时数按2 500 h/a计算，收益可达到52.2万元/a。可见，在低压省煤器-暖风器联合换热系统投运期，机组运行经济性上升明显;且随负荷的降低，机组发电标准煤耗进一步下降，经济效益巨大。

3 结论

(1)通过分析，对一次风机暖风器利用锅炉排烟余热技术方案进行了两点改进:保留原暖风器及其附属系统和将膨胀水箱加装在循环回路内。数据显示，优化后的低压省煤器-暖风器联合换热系统的运行效果良好，锅炉尾部排烟温度可降低20℃。

(2)以某亚临界300 MW燃煤机组为例，优化后的低压省煤器-暖风器联合换热系统在机组额定工况下，发电标准煤耗下降约1.2 g/(kW·h)，实际收益约达209元/h，若每年投运期按2 500 h计算，收益可达到52万元，经济性收益十分显著;随机组负荷的下降，发电标准煤耗下降幅度将更大，经济收益将更高。

［1］西安热工研究院．发电企业节能降耗技术［M］．北京:中国电力出版社，2010．

［2］阎维平，董静兰．超临界机组锅炉运行排烟温度偏高原因探讨 ［J］．热力发电，2012，39(8):33-37．

［3］杜艳玲，李斌，李露，等．220MW机组增设低压省煤器的经济性分析 ［J］．电力科学与工程，2012，28(10):53-56．

［4］徐刚，许诚，杨勇平，等．电站锅炉余热深度利用及尾部受热面综合优化 ［J］．中国电机工程学报，2013，33(14):1-8．

［5］庞永梅，庞永祥，白涛，等．暖风器运行对锅炉效率的影响 ［J］．电力科学与工程，2008，24(1):55-57．

［6］白玉．利用低压省煤器—暖风器系统预热冷空气 ［J］．华北电力技术，1994，(11):45-47．

［7］周超，彭晓军，牛利权．北方电厂应用暖风器控制空预器低温腐蚀的分析与研究 ［J］．华北电力技术，2012，(1):46-50．

［8］石岩，梁秀进．300 MW等级机组加装低压省煤器系统节能分析 ［J］．华电技术，2012，34(8):73-76．

Economic Analysis on Exhaust Heat of Boiler Recovered by Air Heaters of Primary Fans

Cai Tianshui，Li Chunxi
(School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China)

Effective utilization of exhaust heat is one of the measures improving operating economy．For a sub-critical 300 MW unit，the equivalent enthalpy drop method is used to investigate the economy of recovering exhaust heat of boiler to the air heaters of primary fans．The results show that the operating performance is remarkable for the optimized exchanger system including low pressure economizer and air heater．In addition，under the rated load，the exhaust gas temperature is reduced by 20℃，the consumption of standard coal is decreased by 1．2 g/(kW·h)，and the actual annual revenue is about 520,000 yuan．And the economic benefit is more significant under the low load condition．

coal-fired boiler;exhaust heat;low pressure economizer;primary fan;air heater;economy

TK115

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2014.04.013

2013－08－19。

河北省自然科学基金资助项目 (E2012502016)。

蔡天水 (1985-)，男，硕士研究生，研究方向为火电厂热力系统节能与优化，E-mail:caitianshui2008@126．com。

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