霍林河电厂烟气余热利用系统优化设计的研究

李 洋，梁金柁，杨学敏，肖增弘

（1．沈阳工程学院研究生部，沈阳110136；2．沈阳工程学院能源与动力工程学院，沈阳110136；3．天津冶金集团轧三钢铁有限公司，天津301606）

霍林河电厂烟气余热利用系统优化设计的研究

李 洋1，梁金柁2，杨学敏3，肖增弘2

（1．沈阳工程学院研究生部，沈阳110136；2．沈阳工程学院能源与动力工程学院，沈阳110136；3．天津冶金集团轧三钢铁有限公司，天津301606）

锅炉尾部烟道加装低压省煤器，可回收锅炉烟气的余热，加热给水回热加热系统中的主凝结水，提高锅炉给水温度。低压省煤器连接方式有多种，针对霍林河电厂1＃机组设计了6种连接方式，并利用等效热降原理对这6种连接方式进行了热经济性对比，分析结果表明将低压省煤器与6＃低加并联连接的方式节能效果最为明显。

排烟余热；低压省煤器；连接方式；等效热降

0 引言

火电厂生产成本中燃煤成本所占比重最大，为节约生产成本，锅炉采用了掺烧价格较便宜的劣质褐煤，但由于褐煤发热量低、含水量大，致使锅炉的排烟温度随之升高，排烟热损失增大，锅炉效率降低。为了充分回收锅炉排烟的余热，提高能源利用率，该厂计划在锅炉尾部烟道内加装低压受热面，以充分利用排烟余热。经过多方论证，决定在锅炉尾部烟道加装一换热器，利用烟气热量加热管内的水，然后再将此水引入汽轮机回热抽汽系统。此热量的引入可使汽轮机的回热抽汽量减少，更多的蒸汽返回汽轮机中继续做功，增加了汽轮机的出力，电厂热效率得以提高。此低压省煤器的水侧连接系统有多种方式，不同的连接方式获得经济效益不同，为此应对多种方式进行热经济性分析，从而确定最佳连接方式，为该厂低压省煤器连接方式的设计选型提供理论依据。

1 机组设计参数及低压省煤器连接方式

1．1 机组设计参数

霍林河电厂1＃机组锅炉为哈锅引进型亚临界压力、一次中间再热、单炉膛、强制循环汽包锅炉，型号为HG－2080／17．5－YM。锅炉整体Π型布置，全钢构架悬吊紧身全封闭结构，锅炉炉膛燃烧方式为正压直吹四角切圆燃烧。汽轮机为哈尔滨汽轮机厂设计生产的亚临界压力、中间再热、直接空冷纯凝汽式汽轮机，型号为NZK600－16．7／538／538，汽轮机设有7级回热抽汽（3台高压加热器，3台低压加热器和1台除氧器），汽轮机的回热加热系统（低压部分）如图1所示。

图1 汽轮机的回热加热系统图（低压部分）

原有燃料混合劣质褐煤后燃料的低位发热量明显降低，而全水分却增加许多，从而造成了锅炉在同样的负荷下烟气量增加，锅炉排烟温度升高。东北电科院在对1＃机组锅炉进行综合升级改造前进行热力性能试验，在BMCR工况下锅炉的排烟温度为158℃，比设计值高了近25℃。掺烧褐煤后锅炉在不同工况下排烟温度见表1所示。汽轮机在THA工况下回热加热系统主要参数见表2所示。

1．2 低压省煤器的连接方式

低压省煤器与汽轮机回热系统的连接方式有两类，分别为串联连接和并联连接，图2为低压省煤器的连接方式图。其中图2（a）为并联连接，即从某x级加热器入口引出部分凝结水使其在低压省煤器中吸热然后返回m级加热器的入口，与另一部分经过m－1级加热器的主凝结水汇合，之后一起进入m级加热器。图2（b）为串联连接，即从某j－1级加热器出口引出全部的凝结水使其在低压省煤器中吸热，然后重新返回j级加热器入口。

表1 不同工况下锅炉的排烟温度

表2 汽轮机回热加热系统主要参数

图2 低压省煤器连接系统

2 低压省煤器连接方式优化设计

2．1 不同连接方式的比较

低压省煤器与回热加热器串联连接时，主凝结水全部流经低压省煤器，低压省煤器的热负荷比较高，排烟余热得到充分利用，机组热效率提高较多。但串联方式水的流动阻力增大，需要更换扬程更大的凝结水泵，改造和运行费用增加。

低压省煤器与回热加热器并联连接时，主凝结水的流动阻力较小，不需要更换现有的凝结水泵，设备投资较少，系统可靠性较高。但因流经低压省煤器的凝结水流量减小，在相同的换热面积下换热量较小。改造后可根据锅炉负荷的不同，调整流经低压省煤器的主凝结水量控制锅炉排烟温度。

2．2 低压省煤器入口和出口水温的选择

低压省煤器的进水温度受到汽轮机负荷及锅炉热力防腐因素的限制，根据低压省煤器低温腐蚀的机理和腐蚀与管壁温度的关系可知，为使低压省煤器金属管壁年腐蚀速度小于0．2mm，则低压省煤器的管壁温度t应该在（tld＋25）＜t＜105范围之内，其中tld为烟气中水蒸气露点温度。由表1的煤元素成分得到烟气中水蒸气露点温度为43．02℃，因此，低温省煤器入口水温不应低于68℃。考虑到低压省煤器的换热面积，低压省煤器的出口水温与锅炉的排烟温度不能相差过小，初步确定低压省煤器的出口水温不高于130℃。

2．3 低压省煤器连接方式的确定

低压省煤器以串联或并联连接于汽轮机回热加热系统，在并联方案中分水系数可以根据实际情况确定。分水系数是指引入到低压省煤器中的凝结水量与总凝结水量的比值。根据以上分析，本文确定了6种连接方式。低压省煤器水侧连接具体方式见表3。

表3 低压省煤器的水侧系统连接方式

3 低压省煤器不同连接方式的经济性比较

3．1 低压省煤器利用烟气余热计算

为使计算结果具有代表性，以锅炉最大连续蒸发量工况作为计算工况。经现场试验测试，在BMCR工况下加装低压省煤器后锅炉排烟温度降低到135℃，烟气的焓降低了215kJ／kg，烟气的流量为86．55kg／s，可以利用烟气的余热为18 609kJ／s，将这些热量利用于汽轮机的回热系统中，汽轮机主蒸汽流量为506．21kg／s，因此由式（1）可知单位质量蒸汽得到的热量为36．76kJ／kg。

式中：qd为单位质量蒸汽得到的热量kJ／kg；DH为凝结水流量，kg／s；hd″、hd′为低压省煤器入口、出口水焓值kJ／kg；αH为凝结水的份额；D为新蒸汽质量流量kg／s；

3．2 低压省煤器串联方案的热经济性分析

单位质量工质在低压省煤器吸热量为qd，这一热量被作为一个纯热量利用在No．j能级抽汽中，根据等效热降原理，新蒸汽等效焓降增加值为

式中：ηj为j级低压加热器抽汽效率%；ΔH为新蒸汽等效热降增加值kJ／kg。

加装低压省煤器后使机组热经济性相对提高δηj（%）：

式中H为新蒸汽等效热降值kJ／kg。

3．3 低压省煤器并联方案的热经济性分析

在并联方案中把经过低压省煤器的凝结水量与主凝结水量的比值称为分水系数αD，即：αD＝DD／DH，式中DD为经过低压省煤器加热的凝结水量。因此，经过低压省煤器的凝结水量占主蒸汽流量的份额为βD＝αD×αH。考虑到汽轮机的安全性和经济性，分水系数的设计值不高于0．5，本文分别对分水系数为0．3和0．5两种工况进行分析计算。份额为βD的凝结水从某低压加热器的入口引至低压省煤器，然后从某加热器出口返回回热系统，在这一过程中新蒸汽等效焓降增加值为

式中：hd为低压省煤器出口凝结水kJ／kg；hm－1为低压加热器No．（m－1）凝结水出口焓kg／kJ；ηm为m级低压加热器效率%。

机组热经济性提高相对量

依据以上所述分析对表3中的6种连接方式分别进行定量计算，各方案的低压省煤器水侧参数见表4所示，6种连接方式的经济性结果见表5。

表4 不同连接方式低压省煤器水侧参数

由表5可以得到在低压省煤器串联方案中方案2的节能效果优于方案1，在并联的各种方案中，方案3的节能效果优于方案4，并且分水系数越小，节能的效果越好。但从表4中得到方案5和方案6的省煤器出口水温度与锅炉排烟温度非常接近，这将使低压省煤器的换热面积增加，改造成本增加，并且还受到省煤器布置空间的限制。虽然串联方案2与并联方案3的节能效果比较接近，但串联方案需要更换扬程更大的凝结水泵，投资增加，并且增加了运行成本，降低了可靠性。综合分析后，可知方案3为最优方案。

表5 低压省煤器各种连接方案的经济性计算结果表

霍林河电厂在对锅炉采用掺烧劣质褐煤的同时，对1＃机组进行了在尾部烟道加装低压省煤器的改造，低压省煤器水侧连接采用与6号低压加热器并联的方式即本文所述的方案3。改造后东北电力科学研究院对1＃机组进行了综合升级改造后的性能试验，结果为低压省煤器投入使机组标准煤耗率降低1．4g／（kw·h），此结果验证了理论分析的正确性。

4 结语

1）对电厂锅炉进行排烟余热利用改造后，排烟温度明显降低，锅炉效率大幅度提高，锅炉排烟余热利用系统的连接方案有多种形式，需通过理论分析的方法来确定最佳的改造方案。

2）通过对低压省煤器6种连接方案的经济性分析，结果表明低压省煤器与6＃低压加热器并联的方案3，能够节约发电标准煤耗1．60g／（kw·h），此方案的节能效果最佳。

3）理论分析结果与实际运行结果相符合。

［1］安恩科，马健越．加装低压省煤器对汽轮机相对内效率的影响［J］．同济大学学报，2010，38（10）：1492－1495．

［2］黄嘉驷，张子建，张素娟．600MW锅炉低压省煤器水侧连接优化选择［J］．热能动力工程，2013，28（4）：62－64．

［3］肖增弘，盛伟，王福中，等．热（汽）耗变换系数在热力系统经济分析中的应用［J］．沈阳工程学院学报，2000（4）：3－5．

［4］周新军，房林铁，张红方．330MW机组增装低压省煤器及经济性分析［J］．节能，2011，28（8）：16－20．

［5］杜祖成，夏永军，徐继成，等．电厂热力系统热经济性指标的实用技术研究［J］．沈阳工程学院学报，2011，7（4）：315－317．

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The Research on Optimization Design to Exhaust Gas Waste Heat Utilization System in Huolinhe Power Plant

LI Yang，etc．
（Graduate department，Shenyang Institute of Engineering，Shenyang110136，China）

Low pressure economizer is installed on the boiler tail flue gas duct，which can recycle the waste heat of boiler flue gas，heat the main condensated water in regenerative feed water heating system，and raise the temperature of feed water．There are many ways of low－pressure economizer connected．This article de－signs 6kinds of connection mode aiming at Huolinhe power plant No．1unit，and contrasts the economy of these connection modes by using the theory of equivalent heat drop．The analysis results show that the parallel connection between low pressure economizer and No．6low energy is most pronounced for saving effect．

exhaust gas waste heat；low pressure economizer；connection mode；equivalent heat drop

TK22

A

1009－8984（2016）02－0064－04

10．3969／j．issn．1009－8984．2016．02．015

2016－04－23

李洋（1986－），男（汉），辽宁绥中，硕士主要研究节能理论与技术。