低低温省煤器经济性计算及应用

，，

(福建华电可门发电有限公司，福州 350500)

0 引言

近年来，煤电机组超低排放改造在全国范围逐步推广，其中低低温省煤器+高效静电除尘器的技术改造路线兼顾环保与节能，得到了越来越广泛的应用。低低温省煤器不但可以回收排烟余热提高汽轮机的做功量，减少供电煤耗，同时还可以降低排烟温度减少烟气体积，从而降低引风机电耗。由于大部分电厂的低低温省煤器改造与调试都由环保建设单位总承包，故在调试阶段忽略了低低温省煤器回收热量在汽轮机方面的节能运行优化，未能充分挖掘节能潜力，这是本文将要分析解决的问题。

1 机组概况

某电厂#4机组是上海电器集团生产的600 MW超临界机组，2016年环保技术改造安装了双路取水、双路回水低低温省煤器(如图1所示)，沿烟气流向布置在空气预热器后电除尘器前，沿凝结水流向，取水点分别在#7低压加热器(以下简称低加)出口及#8低加进口，共同调节取水温度在70 ℃，工程结束后回水长期切投在#6低加进口。笔者注意到，变工况运行时，低低温省煤器回水温度与#6低加进出口温度差并不完全符合能量的梯级利用原则，故对此问题展开了专题分析。本文基于性能试验结果，应用等效焓降法，对低低温省煤器回水切投#6低加进口与#6低加出口两种运行方式进行了变负荷的局部定量分析，对变负荷下的运行参数进行节煤量的计算，绘制变负荷下不同回水切投方式的节煤量曲线，进而得出低低温省煤器的最佳回水切投方式。

2 低低温省煤器节能原理及计算

2.1 低低温省煤器热经济性原理分析

低低温省煤器独立于主凝结水系统之外，利用锅炉排烟余热加热低温凝结水，替代低加抽汽。被替代的低加抽汽排挤回汽轮机后继续膨胀做功，做功增加的同时，进入凝汽器的排汽量也增加，排汽损失增大，因此，综合分析机组经济性是否提高成为评价低低温省煤器经济性的关键。实际上，低低温省煤器吸收大量的烟气余热进入凝结水系统，这是在锅炉没增加燃料量的前提下获得的，必定以一定效率转换成电功，这个新增的功远大于汽机真空度微降引起的效率损失，所以机组效率无一例外都是提高的。具体计算验证过程如下。

图1 低低温省煤器热力示意Fig.1 Low-low temperature thermal schematic

2.2 低低温省煤器节煤量计算

采用等效焓降法进行热经济性分析[1]。将低低温省煤器回收的排烟余热作为纯热量输入系统，而锅炉产生1 kg新汽的能耗不变。在这个前提下，热力系统所有减少抽汽所增发的功，都将使汽轮机的效率提高。

将1 kg汽轮机新汽的全部做功量称为新汽的等效焓降(h)，所有减少抽汽所增发的功(Δhz)称为等效焓降增量，是低低温省煤器回收热量排挤低加抽汽和凝结水减少后所带来的做功增量的总和。其中包括#8低加入口抽出凝结水后#7，#8低加抽汽减少增发的功(Δh7/8)，还包括低低温省煤器回水切投#6低加入口时，纯热量输入排挤#6低加抽汽增发的功(Δh6r)，以及低低温省煤器回水切投#6低加出口时，#6低加抽汽减少增发的功(Δh6c)以及纯热量输入排挤#5低加抽汽增发的功(Δh5)。以某电厂为例，计算600 MW负荷工况下，双路回水低低温省煤器回水切投#6低加进口的运行参数。

2.2.1 汽轮机新蒸汽等效焓降

h=3 600/(ηjbd) ，

(1)

式中：d为机组汽耗，根据运行参数计算为2.982 3 kg/(kW·h)；ηjd为汽轮机机电效率，取0.98。计算得h=1 273.74 kJ/kg。

2.2.2 汽轮机各级抽汽效率

ηj=hdj/qj，

(2)

(3)

式中：hj为第j级低加抽汽比焓；qj为1 kg抽汽在第j级加热器的放热量；hdj为第j级抽汽等效焓降；hc为排汽比焓；γr为第r级加热器1 kg疏水的放热量；qr为1 kg抽汽在第r级加热器的放热量；hr为第r级抽汽等效焓降；r为加热器j后更低压力抽汽口脚码。

2.2.3 减少抽汽带来的等效焓降增量[2]

Δhz=Δh7/8+Δh6+Δh5，

(4)

Δh7/8=β1(τ7η7+τ8η8) ，

(5)

Δh6=β(hd-hw7)η6，

(7)

Δh5=β(hd-hw6)η5，

(8)

式中：Δhz为所有减少抽汽所增发的功；Δh7/8为#8低加入口抽出凝结水后#7，#8低加抽汽减少引起的等效焓降增量；Δh6为低低温省煤器回水切投#6低加入口时#6低加抽汽减少引起的等效焓降增量；Δh5为低低温省煤器回水切投#5低加入口时#5低加抽汽减少引起的等效焓降增量；β1为#8低加入口抽出凝结水量的分水系数；β为#7，#8低加出入口抽出凝结水总量的总分水系数；ηj(j=5，6，7，8)分别代表#5，#6，#7，#8抽汽效率；τj(j=5，6，7，8)分别代表#5，#6，#7，#8低加1 kg凝结水的比焓升；hwj(j=d，6，7)分别代表低低温省煤器和#6，#7低加出口凝结水比焓；hd为低低温省煤器出水比焓。

表1 600 MW运行工况下回热抽汽特性计算结果Tab.1 Calculation results of regenerative extraction steam characteristics under 600 MW operating conditions

以某600 MW超临界机组为例，600 MW运行工况下的抽汽效率计算结果见表1。

2.2.4 低低温省煤器投入后热耗降低值

热耗降低值Δq按下式计算。

Δq=Δhz×q/(h+Δhz) ，

(9)

式中：q为汽轮机热耗，汽轮机性能验收试验数据为7 837 kJ/(kW·h)。

计算得低低温省煤器投#6低加入口时，热耗降低50.58 kJ/(kW·h)。

2.2.5 低低温省煤器投入后排挤抽汽对发电煤耗的影响

发电标准煤耗节省量Δbs按下式计算。

Δbs=Δq/(ηp×ηb×29 306) ，

(10)

式中：ηp，ηb分别为管道效率和锅炉效率，取设计值ηp=0.990，ηb=0.935。

计算得Δbs为1.86 g/(kW·h)。

低低省煤器尽管降低了锅炉排烟温度，但并未改变锅炉效率的主要原因是锅炉排烟损失是按空气预热器出口烟温计算的，并不受其下游低低温省煤器烟气参数的影响。

2.2.6 低低温省煤器投入后汽轮机真空度变化影响发电煤耗

对于湿冷汽轮机，背压的增量Δpc与冷凝蒸汽增量的关系可按下式估算[3]。

Δbc=2.4Δpc，

(11)

Δpc=2.059ΔDc/Dc，

(12)

ΔDc=∑Dj-ΔD0，

(13)

式中：Δbc为背压上升引起的煤耗增量，根据某汽轮机厂家提供的背压-热耗修正曲线计算得出，600 MW汽轮机背压每上升1 kPa，煤耗上升2.4 g/(kW·h)；Dc为凝汽器冷凝量；ΔD0为投入低低温省煤器后汽轮机新汽量减少值，可由Δb计算得到；∑Dj为各级抽汽减少抵达凝汽器的总量。

Dj=qVjτj/qj，

(14)

ΔD0=∑Dj(hj-hc)d，

(15)

式中：qVj为低低温省煤器出水汇入第j级入口流量；τj为第j级低加1 kg凝结水的比焓升[1]。

根据以上公式计算得出某国产600 MW机组投入低低温省煤器影响真空量度及煤耗，见表2。

2.2.7 低低温省煤器投入对发电煤耗总影响量

低低温省煤器投入后，对发电煤耗影响量为排挤抽汽带来的发电煤耗降低值与背压下降带来的发电煤耗升高值之和。

表2 600 MW机组投入低低温省煤器后对真空度及煤耗的影响Tab.2 Effect of the operation of low-low temperature economizer on vacuum degree and coal consumption of 600 MW unit

Δb=Δbs-Δbc=1.63 g/(kW·h) 。

(16)

3 不同运行方式下低低温省煤器节能量对比

上面算例计算了此低低温省煤器在600 MW负荷工况，回水投#6低加进口的节能量。同样方法可以计算其他回水切投方式在不同负荷下的节煤量。

通过收集机组在600，450，300 MW典型负荷工况下、低低温省煤器回水分别投#6低加进口与出口的运行参数，并进行了节能量计算及对比，见表3。

表3 不同负荷、不同回水切换方式下低低温省煤器节约煤耗Tab.3 Coal saving of low-low temperature economizer under different loads and different return water switching modes g/(kW·h)

4 低低温省煤器经济运行方式的应用

本文基于某厂低低温省煤器运行参数计算得出了低低温省煤器的节能量，找到了低低温省煤器变工况下的最经济运行方式。对于同类型低低温省煤器技改调试以及改造后机组经济运行方式的优化，有较好的参考借鉴意义。另外，根据多种运行工况、多台机组运行参数的计算结果，还可以得出几个有益的推论及应用。

(1)低低温省煤器投入后，在不同负荷下的节能量并非一成不变，基本呈现低负荷段节能量较高的规律。

(2)最经济运行方式并非一成不变，主要区别在于回水切投位置。本算例中，在高负荷下低低温省煤器回水投#6低加入口更加经济，在低负荷下低低温省煤器回水投#6低加出口更加经济。低低温省煤器回水切投方式的不同，对节能量的影响差别很大，发电煤耗最大可相差0.4 g/(kW·h)。双路取水、双路回水的低低温省煤器比单路取水、单路回水的低低温省煤器有着更加灵活的运行方式，更加有利于挖掘低低温省煤器的节能潜力。

(3)在机组变负荷过程中，要保证低低温省煤器始终在最经济方式下运行，就必须掌握一个合适的时机切投低低温省煤器回水，参考本文算例，最佳切投低低温省煤器回水的时机是低低温省煤器出水温度等于待切投凝结水温度，即低低温省煤器回水温度要始终大于等于待切投的凝结水温度。

(4)低低温省煤器的节能效果除了与机组负荷率相关外，还与季节相关，即冬季排烟温度较低，节能量较小，夏季排烟温度较高，节能效果较好。

(5)低低温省煤器的节能效果还与设备健康状况高度相关，在机组超低排放运行的大背景下，脱硝下游硫酸铵盐的沉积将对空气预热器、低低温省煤器的换热效果造成极大影响，同时也影响了低低温省煤器的经济性能。笔者在某厂4台机组进行了相同类型的低低温省煤器改造，运行的经济性、低低温省煤器的回水切换时机有着明显的差别。