某电厂深度节能装置的设计、运行与试验

黄新元

(山东大学能源与动力工程学院,山东济南 250061)

0 引言

山东某电厂#4机组为220MW的纯凝式发电机组,配山东华特环保公司设计的湿法脱硫系统。设计煤种为龙口褐煤,目前实际燃用神华烟煤。改造前存在的主要问题是锅炉排烟温度偏高,平均为145℃,夏季高负荷时达到160℃,严重影响了机组的发电煤耗。为此,该电厂于2009年4月设计、投运了1台以大幅度降低排烟温度为主要目的的深度节能装置。经山东电力研究院测试,该装置平均可降低排烟温度60℃以上,发电标准煤耗降低4.45 g/(kW·h),年节省标煤近4000t,年节水15.5万t,投资回收期仅为2年。

1 系统与布置

深度节能装置的冷却介质为汽轮机的凝结水,其热系统布置如图1所示。深度节能装置的进口水取自汽轮机的低压加热器(以下简称低加)回热系统,吸收排烟热量后,在除氧器前一级的低加出口返回主凝结水管道。新增设备、管路的流阻靠低加的级间压差和一个小升压泵来克服。

图1 热系统简图

节能装置本体布置于增压风机之后的脱硫水平烟道内,该布置不必顾忌低烟温的结露倾向对电除尘和引风机的影响,为采取较低的排烟温度提供了可能。同时,由于流经换热面管束的灰浓度已非常小,因此,设计中对管排平均烟速的选取由磨损限制改变为压降限制,可以把管排平均烟速提到较高的数值,为大幅度降低排烟温度提供了有利条件。

深度节能装置的烟气与水呈整体逆向流动,沿水的流向分成3组管箱,第1组传热元件为ND钢,其余为#20钢。传热元件采用抗腐蚀、耐磨损的高温钎焊镍基渗层螺旋肋片管,单管箱组装后外形尺为5720mm×27340mm×1487mm,总跨越长度为5760mm。

深度节能装置设计了调节进水温度和过流水量的结构,运行中可根据煤中硫的质量分数及冬、夏季的不同,合理地改变排烟温度的降低幅度。

深度节能装置的主要设计参数与结构参数见表1。

表1 主要设计参数与结构参数

2 设计说明

2.1 热系统经济性的影响

深度节能装置的热经济性用等效焓降理论计算[1],该计算已将排挤抽气的冷源损失和对汽轮机真空的影响考虑在内,主要计算结果见表2。由表2可知,深度节能装置回收的能量在扣除不可逆损失后,将使1kg汽轮机新汽增发净功15.94kJ/kg。

表2 热经济性计算主要结果

2.2 关于烟气流阻控制

为保证增设深度节能装置后锅炉最大出力不受影响,此次设计将新增烟气流阻限制在650Pa以内(100%负荷),该数值低于改造前#4机组引风机和增压风机总的压降余量780Pa。

若按照全年平均负荷(65%)计算,新增烟气流阻平均仅为249Pa,因此,新增风机电耗实际上是很小的。

2.3 壁温控制

壁温控制采用了有限腐蚀原则,最低壁温在烟气露点以下的一个控制范围内,维持小的腐蚀速度。采取该原则,可最大限度地降低排烟温度。

设计上的相应措施是:沿水的流向将整个装置分成前后3组,确保第2组、第3组的最低壁温不低于烟气露点,而第1组则采用耐腐蚀材料(ND钢)制作。此外,采用了双低加并联供水方式,使装置的进水温度可在55～71℃调节(相应最低管子壁温在58～75℃),以便根据实际低温腐蚀的程度及时调整最低管子壁温的控制值。

2.4 受热面积灰

深度节能装置布置于电除尘之后,所以,烟气中灰的浓度极低。设计烟速可以取值较高,但该工程受到烟气流阻的限制,烟速取值较低(8.3m/s),为防止受热面积灰,设计了烟气挡板自吹灰装置,其原理是将受热面管箱分成上、下2组烟道,每组的进口处加装独立开闭的烟气挡板。需要清灰时,依次关闭任一烟气挡板,则另一烟道烟气流速增加1倍,利用烟气动能进行受热面管束的自清灰。

2.5 对负荷和煤种的适应性

深度节能装置有很好的负荷适应性和煤种适应性[2]。夏季工况时,锅炉排烟温度升高,可增加装置的过水流量以进一步降低排烟温度。冬季工况或煤质变化时,可减小装置的过水流量以适当调高排烟温度,避免低温腐蚀。投运后的调试结果表明,通过过水流量的调节,排烟温度降低值可在0～70℃之间。

3 运行、试验与效益分析

3.1 运行情况

该深度节能装置于2009年4月25日投运,至今运行正常、稳定。高负荷下,排烟温度降低的幅度维持在55～65℃。自吹灰装置每班吹灰1次,动作灵活、可靠,吹灰效果明显,烟气流阻未超过设计值。2009年8月16日停炉检查,第2管组、第3管组所有翅片管和光管均无明显积灰、腐蚀和磨损。预期腐蚀最快的第1管组,也仅仅是非受热面的光管弯头部分产生局部的腐蚀、沾灰,而翅片部分则没有积灰、腐蚀和磨损,如图2所示。

图2 传热管束的积灰腐蚀情况

3.2 试验情况

该电厂委托山东电力研究院于2009年6月中旬进行了深度节能装置的性能试验。主要试验数据见表3,装置投、切前后的参数对比如图3所示。

图3 试验曲线(DCS截取)

表3 主要试验数据汇总

试验表明,深度节能装置的投入可降低发电标准煤耗4.2～4.7g/(kW·h),节省汽轮机耗汽量8.5～9.0t/h,对汽轮机真空的影响为0.25～0.30 kPa。从图3可以明显看到,在实发电功率维持不变的情况下,随着深度节能装置的投入,过热蒸汽流量曲线逐步降低,直至稳定在一个较低的水平上[3-4]。

3.3 经济效益

投入深度节能装置的正效益包括节煤效益、节水效益,同时凝结水泵耗电减少,负效益包括增压风机和升压泵耗电量的增加。根据试验结果和电厂年运行时数计算,年净节标煤3950t,年节水15.55万t,经济效益为340万元/年。全部投资仅需2年即可收回。

[1]林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安:西安交大出版社,1994(11):27-29.

[2]黄新元.火电厂热系统增加低压省煤器的节能效果[J].热力发电,2008(3):56-58.

[3]黄新元.低压省煤器系统节能理论及其在火电厂的应用[J].山东电力技术,2008(2):1-5.

[4]黄新元,邢克勤.大型电站锅炉节能降耗的主要途径[J].华电技术,2009,31(10):1-3.