考虑多种因素的低温省煤器投运性能分析

徐世明，刘新国，梅乐生

（华能营口热电有限责任公司，辽宁营口115003）

考虑多种因素的低温省煤器投运性能分析

徐世明，刘新国，梅乐生

（华能营口热电有限责任公司，辽宁营口115003）

以某330 MW机组增加了低温省煤器系统为例，对电厂低温省煤器的运行效果进行评价，分析结果表明，投运低温省煤器后，发电煤耗率平均下降2.232 g/kW·h，降低了锅炉的排烟温度，但增大了烟气排放阻力。低温省煤器投运后，提高了电除尘器的效率。运行中，还需控制排烟温度，否则将造成电除尘器的积灰板结。

省煤器；低温；经济性；因素；运行；烟气；阻力；除尘器

0 概 述

国内电站锅炉的排烟温度，普遍存在偏高的问题。排烟温度过高，不仅降低了电厂的热经济性，还影响了除尘器的稳定运行。因此，降低排烟温度，对于节能环保具有重要的实际意义。改造或增设低温省煤器，是现阶段燃煤电厂为节能减排采取的较为普遍的措施之一。低温省煤器是通过降低锅炉的排烟温度，回收了烟气中的余热，达到节能减排的目的。

低温省煤器也被称为低压省煤器，目前，已有很多学者对其展开相关研究，林万超[1]等开展了关于低压省煤器方面的早期研究，并通过等效热降法，对低压省煤器系统的热经济性进行了深入的分析。张炳文[2，3]等对新型低温省煤器在电站锅炉上的应用做了很多的研究。宋景慧[4]等从优化设计的角度对低温省煤器进行了分析。李斌[5]等对低温省煤器设计及其动态特性仿真进行了研究。黄新元[6]等从设计与调试的角度对低温省煤器进行了介绍。目前，从对低温省煤器的总体研究来看，主要集中在低温省煤器的热经济性理论分析、材料及系统的优化设计、仿真分析等方面，但在工程实际应用方面，对低温省煤器投运后的性能分析，则较少涉及。鉴于此，现对低温省煤器在某火电厂投运后的热经济性进行评价，对烟气的流动阻力、电除尘运行状态、运行时需注意事项及冬季优化运行等问题进行分析。

1 机组系统

以典型国产330 MW热电联产机组为例，锅炉型号为1100/17.5-HM35型亚临界燃煤锅炉，采用一次中间再热、平衡通风、四角切圆燃烧、固态排渣、全封闭布置、全钢架悬吊结构。每台锅炉配套2台双室四电场干式、卧式、板式静电除尘器。汽轮机为C260/N330 -16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、两缸、两排汽、双抽供热式机组，加热器配置为典型的3台高压加热器、4台低压加热器和1台除氧器。

在除尘器入口烟道中，布置了低温省煤器，安装在尾部烟道，位于锅炉空预器的后面，在电除尘器之前。为降低锅炉排烟温度，利用锅炉的排烟余热，加热凝结水，以提高凝结水的温度。系统布置，如图1所示，低温省煤器于2015年5月改造完毕，2015年6月投入运行。

2 低温省煤器投运热经济性计算

根据低温省煤器投运后的效果统计，锅炉排烟温度从140℃左右下降至100℃左右，平均烟温下降约40℃。

2.1 节能评价

基于等效热降原理，评价低温省煤器投运后对机组热经济性影响，主要应从几个方面进行考虑，其一为加热凝结水引起机组等效热降变化；其二为维持低温省煤器系统运行的烟气换热器冷却水泵运行耗功折算机组等效热降变化；其三为引风机多耗功折算机组等效热降变化；其四为低温省煤器系统运行费用折算机组等效热降变化。

由图1可知，由于机组改造后，加装了低温省煤器，凝结水被分流至凝结水换热器（简称板换），连接管路中无流量表，只有压力、温度测点，所以，需要计算确定凝结水分流至板式换热器的分水流量，根据质量守恒原理与能量守恒原理，列方程组为：

式（1）中：Df1为1号低压加热器入口至板换分水流量，t/h；Dfs2为1号低压加热器出口至板换分水流量，t/h；Dns为2号低压加热器入口凝结水流量，t/h；Dn为凝结水总流量，t/h；hfs1为1号加热器入口至板换的分水焓，kJ/kg；hfs2为1号加热器出口至板换的分水焓，kJ/kg；h′fs为板换凝结水侧进口母管凝结水焓，kJ/kg；hfs为板换凝结水侧出口母管凝结水焓，kJ/kg；hns为2号低压加热器出口凝结水焓，kJ/kg；h3r为3号低压加热器进口凝结水焓，kJ/kg。

图1 低温省煤器的系统布置

定义分水流量Dfs1与主蒸汽流量D0之比，为一级分水系数β1：

定义分水流量Dfs2与主蒸汽流量D0之比，为二级分水系数β2：

定义凝结水总流量Dn与主蒸汽流量D0之比，为凝结水流量系数αn：

应用雅克比迭代法，计算式（1）中的Dns、Dfs1、Dfs2，由式（2）、式（3）、式（4）可得到β1、β2、αn。低温省煤器投运后，加热凝结水引起机组等效热降增加为：

式（5）中：τi为第i个低压加热器的焓升，kJ/kg为第i个低压加热器的效率。

烟气换热器的冷却水泵运行功耗，折算成机组等效热降减少为：

式（6）中：ΔW1为烟气换热器冷却水泵运行时采集的功率，kW；ηm为机械效率；ηg为发电机效率；ξap为厂用电率。

由于低温省煤器的投运，导致烟气流动阻力增大，引风机为保持炉膛具有一定的负压，与低温省煤器投运前相比，在同样工况下，将增加引风机出力，引风机增加的功耗，折算成机组等效热降减少为：

式（7）中：ΔW2为同负荷下低温省煤器投运前后引风机功率的增加值，k W。

低温省煤器投运后，因定期补水、维护检修、折旧等因素，将增加一些费用，统称为低温省煤器系统运行费用，参考文献[7]提供的算法，将低温省煤器系统运行费用，折算成机组等效热降减少为：

式（8）中：C1为低温省煤器系统运行费用，元/小时；k1为电厂的上网电价，元/千瓦时。

低温省煤器投运后，机组的等效热降总增加为：

汽轮机装置效率的相对变化率为：

加装低温省煤器，机组发电煤耗率下降为：

式（11）中：b0为机组发电标准煤耗率，g/k W·h。

低温省煤器投运后，综合考虑了影响机组热经济性的各方面因素，采集了机组在稳定工况下，运行1 h以上的运行数据，应用式（1）～式（11），计算了低温省煤器投运后机组的发电煤耗。机组煤耗的变化，如图2所示。低温省煤器投运后，机组整体的发电煤耗率平均下降2.232 g/k W·h。另外，由图2可知，随着负荷增加，发电煤耗下降值在减小，主要是因为随着机组负荷的增加，2号低压加热器的出口温度增加较快，而经板换的凝结水温度有所减小，这样二者汇合进入3号低压加热器后，减弱了高能级加热器的进汽能力。

图2 低温省煤器投运后发电煤耗的变化

2.2 冬季运行方式

冬季运行时，从热网循环泵的出口母管接一路管道至低温省煤器系统，加热后，由烟气换热器的冷却水泵，将热水输送至热网加热器出口的热网供水母管上，系统的连接形式，如图1所示。经核算，在供暖季节内，单台机的低温省煤器投运后，可提供采暖负荷16.45 MW，采暖面积32.89万m2。从电厂的收益角度分析，以单台机组在一个供暖季的收益为例。低温省煤器系统的采暖运行方式比加热凝结水增加机组做功方式，至少多创造效益385.26万元。根据环保要求，对于集中供热及城市规模扩大造成的供热需求，在机组所处地区，欲再建大型燃煤热电联产机组，以解决采暖供热问题几乎是不可能的。现在，缺热多电是我国北方城市存在的普遍现象。挖掘电厂机组供热的潜力，是目前的主要形势，也是适应今后趋势发展的最佳选择。所以，在冬季，优化低温省煤器的运行方式，可提高机组采暖供热能力。

3 烟气侧压差的监测

低温省煤器在投运初期，不同负荷下低温省煤器的烟气侧压差，如表1所示。从表1可知，随着负荷增大，锅炉的烟气量在增加，锅炉烟道空气预热器出口与电除尘进口之间的烟气阻力也在增大。烟气阻力的增大，使引风机出力也随之增大。表1所示数据，为低温省煤器刚投运时的工况参数。在运行中，利用表1的数据为基准值，分析流通阻力的变化情况。同时，应加强对低温省煤器烟气侧的压差监测。低温省煤器烟气侧的压差比基准值增大时，应及时吹灰和采取其它有效措施。

表1 1号、2号炉的低温省煤器烟气侧压差数据

4 对电除尘器的影响

4.1 对运行参数的影响

在低温省煤器投运前，电除尘器的出口烟尘浓度为40 mg/m3，改造后，对电除尘器运行效果进行了测试。测试结果，如表2所示。在通常的运行负荷下，或采用不同的电除尘器运行方式时，除尘器出口粉尘浓度的平均值均低于投运前。电除尘器出口的烟尘浓度下降约50%。现今，除尘器出口浓度满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的要求，规定的排放限值为30 mg/m3。低温省煤器系统投运后，降低了进入电除尘器的烟气温度。由于除尘器比集尘面积的增大，电除尘器电场风速的降低，提高了电除尘器的效率。例如机组负荷为100%时，因低温省煤器系统的投运，电除尘器的进口烟温下降40℃左右，电除尘器比集尘面积，由改造前78.71 m2/m3/s上升至89.04 m2/m3/s，电除尘器的电场风速，由改造前1.020 m/s下降为0.898 m/s。

表2 电除尘器效率测试结果

4.2 对积灰的影响

投运3个月后，检查电除尘器时发现，一、二电场极板的积灰板结情况较为严重，经振打，仍无法振落。三、四电场的积灰有所减轻，但极板上覆盖的积灰较为潮湿。现场积灰情况，如图3所示。积灰的主要原因，是由于低温省煤器系统在投运初期，根据制造厂提供的参数，低温省煤器烟气侧的烟温应控制在90℃±2℃。当机组变工况运行时，稍有不慎，烟温就会低于烟气酸露点的温度，造成了积灰板结。为避免严重积灰板结等问题，运行时，需注意几个方面的事项。

图3 电除尘器的积灰状况

（1）系统运行时，由于锅炉的排烟烟温平均下降了40℃，电除尘器存在结垢和堵灰现象。经计算，烟气酸露点温度为87℃。考虑到变工况时的瞬时影响，根据经验，应将经过低温省煤器系统后的烟温，控制在100℃以上，即可避免堵灰现象。

（2）控制了低温省煤器系统后的烟温后，当工况变化时，还要保证低温省煤器系统后的烟温，不会严重偏大，冷却水的压力应大于烟气冷却器后水温的饱和压力，防止水工质经烟气冷却器后被汽化，从而产生严重后果。

（3）低温省煤器的烟气冷却水系统经长期运行后，系统内难免存在杂质，所以要注意滤网的压差变化。压差增大后，需及时清理滤网，并注意烟气换热器冷却水泵进出口的压差在规定范围内。

5 结 语

（1）针对该型机组，建立了计算低温省煤器热经济性的数学模型，评介了投运低温省煤器后的节能效果。经计算，低温省煤器投运后，机组的发电煤耗率平均下降2.232 g/k W·h。

（2）低温省煤器回收了排烟气的余热，可用于加热凝结水，也可用于热网供热。在冬季工况下，低温省煤器系统的最佳运行方式为采暖供热方式。

（3）低温省煤器投运后，增加了烟气阻力。应采取相应措施，防止烟气阻力过大。低温省煤器投运后，电除尘器的入口烟温下降约40℃。电除尘器出口的烟尘浓度下降约50%，提高了除尘效率，但在运行时，如果对烟温控制不当，积灰板结现象将会很严重，应引起注意。

[1]林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安：西安交通大学出版社，1994.

[2]张炳文，杨萍，周振起.新型低温省煤器在电站锅炉上的应用[J].节能，2002（9）：32-33.

[3]潘凤红，张炳文，兰建军.增加辅助设备回收锅炉排烟余热[J].节能，2006（11）：13-15.

[4]宋景慧，阚伟民，许诚.电站锅炉烟气余热利用与空气预热器综合优化[J].动力工程学报，2014，34（2）：140-146.

[5]李斌，党自力.低温省煤器设计及其动态特性分析[J].热力发电，2014，34（2）：140-146.

[6]黄新元，史月涛，孙奉仲.670 t/h锅炉增设低压省煤器降低排烟温度的实践[J].中国电力，2008，41（6）：55-58.

[7]徐世明，邹兵.锅炉排污及除氧器排汽综合利用研究[J].电站辅机，2015，36（2）：19-22.

Considering various factors analysis of the operation of low temperature economizer performance

XU Shi-ming，LIU Xin-guo，MEI Le-sheng
（Huaneng Yingkou Thermoelectric Co.，Ltd，Yingkou 115003，Liaoning，China）

Taking a 330 MW coal-fired power plants and transformation of low temperature economizer system as an example，consider more factors in coal-fired power plant performanceevaluation on the parameter of low temperature economizer.the analysis result shows that after operating low temperature economizer system，the power generation coal consumption rate drops 2.232 g/kW·h in average，the boiler smoke temperature drops but the flue gas resistance increases.The electrostatic precipitator efficiency increases after operating the low temperature economizer.The smoke temperature should be controlled during operation，improper will cause serious dust in the electrostatic precipitators.

economizer；low temperature；economic；factor；operating；flue gas；resistance；precipitator

TK223 63+3

A

1672-0210（2016）02-0036-04

2016-03-10

徐世明（1983-），男，毕业于东北电力大学，工学硕士，从事热力设备的性能分析及运行优化等研究工作。