1100t／h超临界直流炉尾部烟道节能项目技术改造

刘 洁 杨继明

（1.华能东方电厂，海南 东方572600；2.长沙理工大学能源与动力工程学院，湖南 长沙410077）

1 工程概况

华能东方电厂建设4台350MW超临界燃煤火电机组，一期工程建设2×350MW超临界燃煤发电机组。该工程由华能海南发电股份有限公司投资建设，锅炉、汽机、发电机均由哈尔滨电气集团提供。锅炉为一次中间再热、变压运行、单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、∏型、露天布置，型号为 HG－1100／25.4－YM1。炉膛断面尺寸为15.287m 宽、13.217m深，水平烟道深度为4.747m，尾部前烟道深度为5.06m，尾部后烟道深度为5.98m，水冷壁下集箱标高为6.5m，顶棚管标高为59.0m。省煤器为H型鳍片管省煤器，传热效率高，受热面管组布置紧凑。空预器由哈尔滨锅炉厂提供，每台锅炉配2台哈尔滨锅炉厂生产的29－VI（T）－1950－SMR型三分仓容克式空气预热器。#1机组于2009年6月20日通过168h试运行，在投运后发现锅炉排烟温度一直明显高于设计值，为降低排烟温度，对#1锅炉省煤器和空预器进行了改造。

2 改造依据

#1锅炉投运以来，排烟温度明显高于设计值，经考核试验，结果表明：BRL负荷下，修正后排烟温度高于设计值25℃以上（图1）。分析排烟温度高的原因主要有3点：（1）煤质，但煤质属不可控因素；（2）炉膛、炉底漏风和制粉系统冷风掺入量；（3）受热面沾污，受热面布置不合理。

图1 #1炉投运后排烟温度月度平均值与设计值对比变化趋势

2009年9月，我厂邀请热工研究院在燃用设计煤种条件下对#1锅炉进行性能考核试验。BRL工况下空气预热器进出口风烟温度与设计值对比如表1所示。

基于表1分析，锅炉额定出力时，空气预热器进口烟气温度为367.7℃，与设计烟气温度368.0℃基本相同，而修正后的排烟温度比设计值高了20.75℃，但空气预热器出口一次风温度较设计值低了28.4℃，二次风温度较设计值低了24.15℃，这说明空气预热器吸热量不足，导致其出口一、二次风温度严重偏低，这是排烟温度高于设计值的主要原因。

表1 BRL工况空气预热器进出口风烟温度与设计值对比 单位：℃

3 改造方案

降低#1锅炉排烟温度的主要有效途径有如下3种：（1）改造空预器；（2）改造省煤器；（3）同时改造省煤器和空预器。

3.1 改造空预器

在保持原预热器型号不变的情况下对预热器进行改造，更换热端传热元件及元件盒。措施为：将预热器热端传热元件盒由1 000mm高度更换为1 100mm高，同时将板型由原来的DU3改为FNC，可降低排烟温度约5℃，改造效果不明显。改造后的空预器热力计算及改造前后的温度对比如表2所示。

表2 改造后的空预器热力计算及改造前后的温度对比表

3.2 改造省煤器

利用省煤器区域现有空间，最大限度增加受热面，增加2圈管子（即加8根管子，重量增加约102t），共130排，改造前省煤器换热面积为9 860m2，改造后省煤器换热面积为1 490m2，增加50%，使进入预热器的烟温降低约20℃，排烟温度相应下降6.7℃，改造效果不明显（表3）。

表3 改造省煤器后的主要参数热力计算汇总表

3.3 同时改造省煤器和空预器

3.3.1 省煤器改造

利用省煤器区域现有空间，最大限度增加受热面，即加2圈管排（增加8根管子，重量增加约102t），改造后省煤器换热面积为14 790m2，增加50%。

3.3.1.1 增加省煤器管排对热力参数变化的影响（同表3）

增加省煤器后，在上述6种工况下热力计算值变化：省煤器出口水温平均增加约5～6℃，工质最大阻力增加9kPa，烟气侧最大阻力增加0.08kPa，对于省煤器出口水温、工质最大阻力、烟气侧最大阻力3个重要参数的影响极小。改造后省煤器出口烟气温度下降约28℃。

3.3.1.2 增加省煤器管排对省煤器结构的影响

东方电厂#1锅炉省煤器组布置在尾部后烟道内低温过热器下部。为降低锅炉排烟温度，采取在现有省煤器的基础上，利用省煤器下部蛇形管与下部集箱的空间，最大限度增加受热面，即加2圈管子共130排，增加省煤器前后结构如图2所示。

锅炉省煤器改造后，增加102t重量，因此需对省煤器的吊杆、吊点进行加固。修改前后吊杆材料、吊点载荷如表4所示。

3.3.2 空预器改造

在保持原预热器型号不变的情况下对预热器进行改造，更换热端传热元件及元件盒。措施为：将预热器热端传热元件盒由1 000mm高度更换为1 100mm高，同时将板型由原来的DU3改为FNC，并采取封堵措施，可降低排烟温度约11.7℃。

空预器改造后，空预器转子重量增加，需对空预器支撑轴承承载能力核算如下：

原预热器单台转动部分总重为240 410kg，热端传热元件改造后转动部分总重为：P0＝240 410＋25 000＝265 410kg＝2 601kN。

该预热器配支撑轴承型号为国产294／710E，其静态负荷C0＝74 880kN。

可见更换换热元件后支撑轴承仍有很大余量，非常安全。

4 节能改造后试验情况

本改造工程于2010年3月完工。2010年4月，我厂继续委托西安热工研究院对#1锅炉进行改造后性能考核试验。

表4 修改前后吊杆材料、吊点载荷变化情况

改造后BRL工况下空气预热器进出口风烟温度与改造前对比如表5所示。

表5 BRL工况下空预器进出口风烟温度与改造前对比 单位：℃

由表6可以看出，省煤器改造后其进出口给水温升较小，不影响汽水系统的安全运行。

表6 改造前后省煤器进出口给水温度在不同负荷段的温升

（1）100%额定电负荷，对进风温度、设计空气预热器进口烟气温度和空气预热器漏风率3项进行修正，改造后排烟温度比考核试验时低了12.3℃左右。在有限的空间改造省煤器及空气预热器，试验结果证明：改造已达到预期的计算结果（图3）。

图3 #1炉改造后排烟温度月度平均值与设计值对比变化趋势

（2）空气预热器进出口一次风温差上升15.9℃，由于目前燃用高水分印尼煤较多，一次风温大幅上升对满足制粉系统干燥出力、保证磨煤机出口风粉温度极为有利。

（3）空气预热器进出口二次风温差上升18.5℃，二次风温大幅上升可提高锅炉燃烧稳定及燃尽性能。

（4）由表7可以看出，改造后与改造前试验时锅炉效率结果对比：100%额定电负荷，修正后锅炉效率比考核试验时提高0.72%；75%额定电负荷，修正后锅炉效率比考核试验时提高0.82%；50%额定电负荷，修正后锅炉效率比考核试验时提高1.00%。

表7 改造前、后机组在不同电负荷情况下锅炉效率对比

5 改造后对空预器烟风道性能的影响

在100%额定电负荷工况下，改造前后空预器烟风道压降测试结果如表8所示。

表8 改造前后空预器烟风系统压降测试 单位：Pa

改造前，空气预热器A侧烟气压降实测值为900Pa，空气预热器B侧烟气压降实测值为930Pa，小于设计值1 210Pa。

改造后，空气预热器A侧烟气压降实测值为1 065Pa，空气预热器B侧烟气压降实测值为1 095Pa，均较考核试验时略高，仍小于设计值1 210Pa，改造后空气预热器阻力升高不多，基本不影响风机出力。

6 改造费用、工期、节能、环保效益

降低锅炉排烟温度，主要是增加省煤器管圈、更换空预器热端传热元件两部分，总投资约580万元，其中设备材料270万元、运输费50万元、安装调试及试验费260万元。

增加省煤器管圈、更换空预器热端传热元件的技术改造工作已在2010年#1机组扩大性C修中进行，改造时间为35天。

通过技术改造，降低了排烟温度及煤耗，直接经济效益计算如下：

发电标准煤耗降低值：

式中，T为锅炉排烟温度降低值，T＝12℃；H为锅炉排烟温度每降10℃发电煤耗下降值，H＝1.7g／（10℃）。

年节约标准煤量：

ΔB＝P×t×Δb＝350 000×5 000×2.04×10－6＝3 570t

年经济效益：

S1＝C×ΔB＝750×10－4×3 570＝267.75万元／年

静态投资回收期：

式中，P为机组额定功率，P＝350 000kW；t为机组年利用小时数，t＝5 000h；C 为标煤单价，C＝750元／t；S为项目总投资，S＝580万元。

同时，年减少CO2排放8 200t左右，减少SO2排放80t左右。

7 结语

通过对#1锅炉空预器、省煤器节能改造，有效降低了锅炉排烟温度约12℃，提高了锅炉效率，发电标准煤耗降低2.04g／kW·h，年节约标准煤3 570t，年经济效益为267.75万元，投资回收期2.17年；同时，年减少CO2排放8 200t左右，减少SO2排放80t左右，实现了经济指标和环保指标的双优。

［1］华能海南东方电厂1号锅炉性能考核试验报告

［2］华能东方电厂运行规程

［3］华能东方电厂#1锅炉降低排烟温度技术方案可行性研究报告

［4］哈尔滨锅炉厂有限责任公司设备资料

［5］郑中甫，刘玉海.600MW超临界锅炉受热面改造与效果分析.中国设备工程，2013（9）

［6］周永刚，杨立隆，赵阳，等.锅炉尾部受热面综合改造的试验研究.热力发电，2005（9）

［7］李振强.降低锅炉排烟温度的措施及方法.热力发电，2003（7）

［8］杜承德.锅炉排烟温度高的原因分析及优化处理.华电技术，2012（10）

［9］林海涛.锅炉排烟温度高的原因及改进对策探讨.机电信息，2012（36）