锅炉低温省煤器改造系统设计与应用

杨恒宇

（神华国能焦作电厂有限公司，河南焦作，454351）

锅炉低温省煤器改造系统设计与应用

杨恒宇

（神华国能焦作电厂有限公司，河南焦作，454351）

低温省煤器系统的改造优化可提高锅炉运行效率与节省煤炭用量。采用理论分析，结合相关案例，对技术要点、关键问题和控制措施等改造方案进行了分析研究。改造后，低温省煤器入口水温控制在70℃以上，出口排烟温度控制在95℃以上，烟气压差控制在200～300 Pa。实践表明：加强对低温省煤器的入口水温和出口烟气温度的控制，管控好烟气压差等相关指标，全面进行系统监测，锅炉低温省煤器改造优化方案可行。

锅炉；低温省煤器；烟气温度；烟气压差；自动控制

引言

根据我国《火电厂大气污染物排放标准》（2011年版），对锅炉烟气排放做出了具体要求——锅炉烟尘排放量不得大于30 mg/Nm3，部分地区烟尘排放量不得大于20 mg/Nm3。为了达到该标准，对现行系统进行了优化和改造，从而得到低温省煤器和低温电除尘的结合机组。鉴于此，本文主要分析改造系统的设计要点和具体方法。

1 改造技术方案概述

低温省煤器改造的目标，主要包括以下几个方面：（1）降低排烟温度，提高热利用率；（2）提高除尘效率，降低SO2排放浓度；（3）减少脱硫耗水量；（4）解决低温腐蚀和积灰的问题。这些目标的确立主要是依据锅炉低温省煤器的系统结构而决定的，如图1所示。

图1 锅炉低温省煤器系统结构图

依据目标要求，改造技术方案如下：首先，在众多低温省煤器布置方式中，选择在电除尘前布置低温省煤器的形式；低温省煤器吸收排烟热量时，采用凝结水降低排烟温度；在降低排烟温度的同时，低温省煤器温度升高所增加的热量可以代替低压加热器的部分能量，应用于汽轮机低压加热器系统中。其次，为了降低能耗，在发电量一定时可利用回收的热量对凝结水进行加热。同时由于排烟温度的降低，脱硫工艺水的消耗量也相应减少，从而进一步提高了机组系统的节能性[1]。

低温省煤器改造技术方案有效降低烟尘浓度的原理如下：在一定的设计条件下，低温省煤器出口烟温度控制在85～95℃范围，温度值可以通过特定组件进行有效调节，在降低烟气温度的同时，粉尘比电阻也随之减少，进而减小烟气的流动速度和电除尘器的烟尘浓度[2]。

2 关键问题和控制措施

为了满足机组的运行需求，在改造设计过程中首先要加强对低温省煤器自身温度的有效控制，同时还要选择出适应性强的进出口水温和流量，保证设备选择的合理性。其次，低温省煤器设备本身能级较低且传热系数不大，因此在优化改造过程中，要对其回水温度和位置等要素进行重点设计，从而提高低温省煤器与热力系统的耦合程度，并在其基础上实现对机组的节能设计。下面对各个设计和控制要点展开分析。

2.1 入口水温度控制

控制低温省煤器入口水温度是避免水侧低温段发生腐蚀的最有效方法，同时也可以使管束最低温度处于68～78℃。低温省煤器入口水温度要控制在大于或等于70℃的范围内，其方法主要包括不同温度水混合和再循环泵两种，其中不同温度水混合的方式在操作过程中较为简单，其应用较为广泛[3]。

机组运行的稳定性和安全性与低温省煤器在热力系统的取水方式密切相关，不管是选择较低的进口水温还是较高的进水温度，都会影响到机组性能：当选择较低的进口水温时，虽然可以提高低温省煤器的换热效率，但会使管壁腐蚀速率增加；当采取较高的进水温度时则相反。

在连接低温省煤器和热力系统时，一般会采用串联或并联两种方式。当控制方式为纯低温省煤器模式时，采用和相近温度的省煤器进行并联的方法，通过控制进入换热器的水量，控制换热器出口的排烟温度；当低温省煤器模式与暖风器模式结合使用时，低温省煤器的第1、2级供加热凝结水，第3级供加热暖风器内水，控制方式为切换第3级换热器的进出水阀，暖风器回路吸收热量，通过调节其循环泵的转速或控制管道阀门的开度，依靠调节流入的凝结水量来控制最终的排烟温度[4]。

2.2 出口烟气温度控制

在控制和调节低温省煤气出口烟气温度时，要通过调节其中的凝结水流量来完成。设计方案中，低温省煤器出口烟温度为85～95℃，采用凝结水流量调节时可以通过在凝结水管道上设置调节阀或设置升压泵两种方式。应用较为广泛的350 MW机组为了控制低温省煤器出口烟气温度，在主凝结水管道上串联了一个流量调节阀，采用自动控制的方式，通过调节凝结水流量，将低温省煤器出口烟气温度控制在95℃以上，可以加强对低温省煤器腐蚀速率的有效控制，如图2所示[5]。

图2 出口烟气温度控制

2.3 烟气压差控制

与宽敞的工作环境相比，低温省煤器的工作环境局限于电除尘和空气预热器间，再加上焊接高效换热管导致低温省煤器工作环境的灰尘较多，环境较为恶劣。低温省煤器在灰尘的影响下会出现一系列问题，例如运行阻力的增加，烟气流速的增大以及漏泄发生概率的增加等，均会严重的影响到机组正常运行。鉴于此，加强对低温省煤器烟气压差的控制是十分必要的。

一般情况下，低温省煤器烟气压差控制在200～300 Pa。为了提高控制的有效性，需要安装烟气压差监测装备，保证监测连续性。低温省煤器烟气压差控制一旦出现问题，机组便可能面临停机检修的风险，因此在监视过程中要确定合理的吹坏周期，掌握气压差的变化规律，从而加强控制的针对性[6]。

2.4 泄露监测设施设置

泄露报警装置一般是指压力变送器，设置部位包括低温省煤器的出口母管、水侧近母管、冷却水分组等重要部位。压力变送器的监测对象（即可能引发泄露的问题）包括烟气侧压差异常、压差变化较大以及压力波动混乱等。其次，为了更好地监测压差波动规律和湿度变化，还要在烟气出口烟道处加设湿度检测仪器。

2.5 退出保护和控制方式

锅炉低温省煤器在出现以下2种情况时会发生自动报警：（1）凝结水入口温度低于70℃；（2）出口烟气温度低于85℃。当出现以下2种问题时，锅炉低温省煤器会进行自动切除省煤操作：（1）低温省煤器管壁温度小于设备某一特定值；（2）凝结水流量低于50%负荷[7]。

3 改造应用

3.1 搪玻璃热管技术引进

搪玻璃热管低温省煤器与一般低温省煤器相比，技术优势主要体现在用热管技术代替了一般的换热技术，其作用设备的安全性和可靠性更强，且可以实现长期连续运行，这主要是因为由热管组成的换热设备是二次间壁换热，热管不会在蒸发段和冷凝段同时被破坏，从而使设备的安全性和可靠性得到有效强化。其次，热管管壁温度具有可调性，因此可以减少为调节温度所实施的各种改造技术，这对于提高锅炉效率具有重要价值。

再者，搪玻璃是一种无机材料，其防腐蚀性能安全可靠，可适应锅炉运行负荷随季节变化而产生的排烟温度变化，同时也可以适应燃烧煤含硫量变化而产生的烟气露点变化。在操作过程中无需调整壁温，且控制操作程序较为简单。

搪玻璃热管低温省煤器可以将排烟温度降低到脱硫塔最佳反应温度，即80℃左右，排烟温度降幅在40℃以上，机组供电标准煤耗率降低2 g/kWh以上，经估算，1台350 MW机组每年可以节约4 000吨左右的煤源。由此可见，搪玻璃热管低温省煤器的应用优势是十分明显的。

3.2 结构改造

在结构改造方面，第一种方案是将凝汽器出口冷凝水引入到低温省煤器，在经过与烟气换热以后，可将冷凝水加热到95℃，再送回到低温省煤器，从而减少用气量，减少对汽轮机的抽气量，从而达到节能目的。这种方案与本文探讨的核心改造方案大致相同。

第二种方案是对于承担供热任务的热电联产电厂，可以将低温省煤器并联到热网中，在供热期间可将供热回水引入到低温省煤器加热，提升了温度的回水再送入热交换站，进一步加热到供水温度送出，从而减少热交换站的用汽。当进入到非供热期间后，可将方案转为第一种。

4 结论

通过分析低温省煤器改造系统设计方案，说明了入口水温度、出口烟气温度、管道烟气压差对低温省煤器性能的影响。低温省煤器的优化改造直接影响到锅炉工作效率和能源利用率，因此为了贯彻节能环保理念，加强对新型低温省煤器的研究和使用力度是十分必要的。

[1]靖长财. 锅炉低温省煤器改造系统设计的对应措施[J]. 神华科技, 2015(5): 49-52.

[2]赫向辉. 大型燃煤锅炉低温烟气余热综合利用及节能分析[D].北京: 华北电力大学, 2015.

[3]张鑫. 锅炉烟气余热利用系统分析与优化研究[D]. 北京: 华北电力大学, 2015.

[4]陆万鹏. 基于电站锅炉排烟余热的机炉烟气回热循环理论与应用研究[D]. 济南: 山东大学, 2012.

[5]刘嘉楷. 空冷机组余热高效利用系统的设计与优化研究[D].北京: 华北电力大学, 2014.

[6]张昌顺. 锅炉烟气余热利用系统流程优化及关键设备实验[D].北京: 华北电力大学, 2014.

[7]王际洲. 燃煤发电机组热力系统机理模型及非设计工况运行特性研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2015.

Design and Application on Transformation System of Low Temperature Economizer for Boilers

YANG Heng-yu
(Jiaozuo Power Plant, Shenhua Guoneng Energy Group Co., Ltd., Jiaozuo, Henan,454351, China)

Transformation and optimization on low temperature economizer system can improve the efficiency of a boiler and save its coal consumptions. In combination with theoretical analysis and case study, research is carried out on specific transformation schemes such as key technological points, core problems and control measures, etc. After such a transformation, its inlet water temperature is controlled at 70℃ above, its outlet exhaust gas temperature is controlled at 95℃ above, and its gas pressure differential is controlled between 200 to 300 Pa. It is deduced from the practice that, the main idea for transformation and optimization on low temperature economizer for boilers is to strengthen the control on inlet water temperature, outlet exhaust gas temperature as well as related indicators such as gas pressure differential, and conduct a systematic comprehensive monitoring.

Boiler; Low Temperature Economizer; Exhaust Gas Temperature; Gas Pressure Differential; Automatic Control

TK221

A

2095-8412 (2016) 06-1195-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.038

杨恒宇(1984-)，男，助理工程师。研究方向：设备检修。