某电厂加装LPES低压省煤器的经济性分析

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(1.河南省节能监察局，河南 郑州 450008；2.郑州市郑东新区热电有限公司，河南 郑州 454164；3.三门峡市新天节能服务有限公司，河南 三门峡 472000；4.灵宝兴华化工有限责任公司，河南 灵宝 472500)

某电厂加装LPES低压省煤器的经济性分析

邵珺1，任永胜2，杨小波3，伍革卫4

(1.河南省节能监察局，河南 郑州 450008；2.郑州市郑东新区热电有限公司，河南 郑州 454164；3.三门峡市新天节能服务有限公司，河南 三门峡 472000；4.灵宝兴华化工有限责任公司，河南 灵宝 472500)

为了降低某电厂锅炉尾部烟道温度，减少排烟损失，提高锅炉效率从而达到节能的目的，通过在锅炉尾部烟道加装LPES低压省煤器，利用烟气余热加热凝结水这一措施来论证加装该设备后的经济性。实践结果表明，通过对低压省煤器系统建立数学模型、模型计算、实际测算并与其它电厂LPES低压省煤器相比较，得出加装低压省煤器对降低锅炉排烟温度，加热凝结水具有明显的效果。加装LPES低压省煤器后，锅炉排烟热损失下降明显，整个热力系统节能效果显著。

低压省煤器;烟气余热;模型;排烟损失;节能效果

0 引言

“十二五”期间煤炭在能源生产和消费总量中的比重大约为75%，仍然占据着主导地位[1]，而电力企业作为煤炭的直接消耗者，如何在转供能源的同时有效降低成本、节约能源，已经成为各发电企业生存的根本。在电厂中，锅炉排烟温度高的问题一直是个难题，因为锅炉排烟热损失[12]是锅炉各项热损失中最大的一项，一般约为5%～12%，占锅炉热损失的60%～70%[2]。而影响排烟热损失的主要因素就是排烟温度。降低锅炉的排烟温度可以从尾部烟道，也就是锅炉的尾部受热面方面来考虑。省煤器与空气预热器布置在锅炉烟道的最后，进入这两种受热面的烟气温度也最低，所以统称它们为尾部受热面或低温受热面[11-12]。现如今降低锅炉的排烟温度主要方法就是在尾部烟道增加新的受热面(加装低压省煤器)，降低排烟热损失。在我国，低压省煤器的研究和应用越来越受重视，研究已经发展到了优化设计阶段，最早研究低压省煤器的人员为西安交通大学的林万超教授[10]，随后长春工程学院的季鹏伟和山东大学的黄新元教授又对低压省煤器的优化设计和运作进行了深入研究，逐渐为低压省煤器技术推广排除了障碍。本文通过对某电厂锅炉尾部烟道加装低压省煤器(LPES)的经济性进行论证，建立低压省煤器系统数学模型、模型计算、实际测算，在减少排烟损失、加热凝结水，加强锅炉余热利用等方面进行技术应用并加以实施，同时与其它电厂LPES低压省煤器经济性进行比较，得出加装该装置具有明显的节能效果，为发电企业节能降耗工作提供参考。

1 数学模型

1.1 现有电厂锅炉型号及存在问题

该电厂锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的超高压参数循环流化床锅炉，采用自然循环汽包炉，单炉膛一次再热、平衡通风、半露天岛式布置、全锅炉钢架、固态排渣，锅炉型号为HG-440/13.7-L.YM5，该锅炉在运行期间，主要经济技术指标基本能达到设计运行要求。但是，随着运行时间增加，锅炉尾部排烟温度比设计温度高出20℃，为了有效降低烟气排烟温度，降低生产能耗指标，遂加装了LPES低压省煤器，在降低排烟温度的同时预测安装LPES系统的节能效果。

1.2 低温省煤器的布置方式

根据现场设备的布置情况，经过论证寻找有效的布置方式。最终方案如下：在机侧轴封加热器出口引出一部分凝结水，经增压泵升压后，进入锅炉尾部烟道LPES低压省煤器吸收热量，回水进入6#低压加热器前的凝结水中。本次LPES系统改造中，在原有省煤器后又增加相同结构的受热面，两个系统相互独立，预防新加装LPES低压省煤器磨损泄漏后能够得到有效隔离。

1.3 建立模型[2]

1.3.1 对热力系统经济性正向影响

通过加装低压省煤器加热凝结水，使得原本排烟损失的热量能够被新加装热力系统利用，对凝结水系统工况是有益的，同时提高锅炉给水温度；再者，回热抽汽能够在汽轮机中做功，转化为电能,提高汽轮机的经济性。

1.3.2 对热力系统经济性负向影响

(1)系统中新加装增压泵，消耗一部分电能；

(2)尾部烟道增加受热面后，沿程阻力增加，造成引风机电耗增加。

1.4 数据采集与修正

1.4.1 数据采集

在系统改造前，进行相关数据采集。主要对加装LPES低压省煤器前的参数记录、整理，防止加装后引风机电流等数据无法采集。

1.4.2 数据修正[3]

(1)修正了计算被排挤蒸汽做功时，在热耗值已经考虑到汽轮机效率的情况下，又重复代入缸效，造成结果偏低的误差;

(2)修正了将低压省煤器的管排空隙处空间也带入低压省煤器的实际体积中，增大了尾部烟道阻力这一误差;

(3)修正了在汽轮机排汽没有干度在线监测数据的情况下，直接查表求焓值造成排汽焓过大的误差。

2 理论计算

2.1 排挤回热蒸汽做功

在新系统试运过程中，通过采集现场数据，并由实际运行数据求平均值，如表1。

表1

名称参数1参数2低压省煤器进口参数p1=1．25MPaT1=41℃低压省煤器出口参数p2=1．58MPaT2=72℃6#抽汽参数pj6=-0．01MPaTj6=107℃排汽参数Tp=42℃

由p1、T1查水的热力性质图得：h1≈168.5 kJ/kg；

由p2、T2查水的热力性质图得：h2≈302.65 kJ/kg；

由pj6、Tj6查焓值软件得：hj6≈2 669.72 kJ/kg；

排汽焓 (干度不能在线监测)：hp≈2 210 kJ/kg；

排挤的回热蒸汽所发出的电能

PZ=W/q0

(1)

排挤的回热蒸汽做功

W=m(hj6-hp)

(2)

被排挤蒸汽量

m=Q/hj6Q=m1(h2-h1)

(3)

凝结水在低压省煤器中吸热

Q=m1(h2-h1)

(4)

将式(2)、式(3)、式(4)带入式(1)并整理得

Pz=[m1(h2-h1)/hj6] ×[(hj6-hp)]/q0

=[90 000×(302.65-168.5)/ 2669.72]

×[(2669.72-2210)]/8102.8=256.58 kW·h

2.2 增压泵电耗

(5)

(此处η为增压泵电机实际效率)，

则式(5)可变换为

P=X×U×I

(6)

将铭牌参数代入式(6)可得

X=P额/ (U额×I额)

(7)

将式(7)带入式(5)可得

P=U实×I实×(P额/ (U额×I额)=380×50×[37 000/(380×70)] =26.41 kW·h

以上U实、I实为增压泵实际电压、电流，为就地测量值。

2.3 引风机电耗增量

2.3.1 流阻的计算

Δp=(ξ×ν×ν×ρ)/2[4]

(8)

式中 Δp——流阻/Pa;

ξ——阻力系数;

ν——烟气流速;

ρ——烟气密度。

根据经验公式推导

Δp=(0.5z2×ν×ν×ρ)/2

其中z2为纵向管排数，ρ在标况下查表得ρ0=1.34,ρ在尾部烟道时=[(273+20)/(273+130)]×1.34=0.97，

则Δp=(0.5×37×5×5×0.97)/2

=206.13 Pa。

加装低压省煤器后，增加烟气流阻大约206 Pa，此阻力仅占全部烟道阻力的5%左右，在设计时，引风机压头余量均按20%考虑，因此增加低压省煤器不会影响锅炉正常出力，而且引风机仍会有足够的压头余量[5]。

2.3.2 引风机电耗增量

Py=ΔW/K=(Δp×A×L)/K

式中 ΔW——增加受热面后增加的流阻所做的功;

K——实际状态下的修正系数;

A——烟道截面积;

L——布置受热面长度。

Py=(206.125×1.5×3×2)×0.88

=2.32 kW·h

2.4 节能效果

通过建立数学模型和实际运行数据检测，计算得出每小时节约电量数值，即：节约电量=排挤回热蒸汽所发出的电能-增压泵电耗-引风机电耗增量。

每小时节约电量PZ-P-Py=256.58-26.41-2.32=227.85 kW·h；

由结果可以看出，安装LPES低温省煤器后，每小时可以节约227.85 kW·h的电量，平均每个月可以省电164 054.7 kW·h，以0.4元/kW·h计算，每月节约65 621.88元人民币，每年可为企业节约78.75万元[注：此处按一年330天连续运行带经济负荷(非最大负荷或低负荷)估值计算]。

3 结果与讨论

3.1 忽略值问题

目前有些电厂在计算增加低压省煤器的经济性时，只以“排烟温度下降x℃，煤耗下降ng/kW·h”，这一公式简单推导，并没有考虑到降低排烟温度后能量的去向，并且人为忽略了许多能耗的增量。而本次改造在核算时，是利用正向与负向的矢量计算；在对待数值的忽略问题上，严格筛选，比如由于凝结水水量减少，应该对7#低压加热器回热抽汽具备有益的影响，但通过计算得出，被排挤的抽汽量很少，且低压缸第五级与排汽口间焓降不大，所以经过论证对其忽略不计。

3.2 增压泵的设置

其它电厂对新增LPES系统并没有设置增压泵，且又不考虑对凝结泵的影响。而该电厂的增压泵为变频泵，节能效果较好，但在运行中应调整好水量，使整个系统处于节能状态。

3.3 排烟温度

如网络上引用较多的山东龙口热电有限公司，设计排烟温度与该电厂接近，但实际排烟温度接近190℃，基本与该电厂满负荷时相同,见表2。

表2

电厂名称机组容量/MW排烟温度降低量/℃山东龙口热电有限公司1003020045威海电厂12530济宁运河电厂13725

3.4 布置方式

新装LPES系统与机侧每台高加、低加组成相对独立的串、并联系统，在LPES系统出现故障时，能够有效地隔离而不影响机组的正常运行。

3.5 经济效益分析

该电厂低压省煤器主体管材使用原厂内同型号锅炉拆卸下来省煤器管材，增压泵、控制柜、钢架及辅助材料、调节阀及仪表、保温材料、设计安装费等共计198.36万元，该装置安装后，每年可为企业节约费用78.75万元。通过计算可知，该企业2.52年即可回收全部投资。

4 结论与建议

通过加装LPES低压省煤器，使得锅炉热损失下降，整个热力系统节能效益得到改善；该电厂采用螺旋鳍片式低压省煤器，热阻小，换热好，能够达到预期的节能效果。但是，由于目前国内还没有一套完整的理论依据，各个电厂都在摸索当中。通过参考已有的部分文献及相关运行经验并结合该厂实际情况，对于该电厂低压省煤器系统提出几点建议：

(1)合理调整流量，提高回水焓增

关于增压泵。由计算可知，降低增压泵出力，回水温度提高，但水量减小；反之，回水温度下降，水量增大[6]。因此，运行时必须长期调整泵的出力，比较机组在不同工况下的经济性，得出增压泵的最佳流量，在低压省煤器系统试运阶段，需要各厂不断地摸索。而是否设置增压泵，也是一个较为复杂的问题，对于安全性来讲，如果停止增压泵运行，在高负荷时凝结水泵是否会超电流，除氧器水位是否能被满足，这需要在实际运行中进行检验；而且在经济性上，增压泵的运行会使凝结泵的功耗下降。所以，不应直接将增压泵去除，而是由实际生产决定其存在与否。

关于增加受热面。对于干燥的省煤器的管壁面，确定了低压省煤器设备的联接方式及其参数，在一定烟气流速的冲刷下是不易积灰的，但如果管壁温度低于烟气露点，壁面结露沾附飞灰，容易产生低温腐蚀[7]。为了充分利用排烟余热，较大幅度降低锅炉排烟温度，同时为了使低压省煤器受热面不至于太大，低压省煤器可以设计在低温腐蚀的温度下运行，但要保证腐蚀速度在可以接受的范围之内，根据低温腐蚀的机理和腐蚀与管壁温度的关系，要求金属年腐蚀速度≤0.2 mm，则低压省煤器的管壁温度t应在25℃

(2)改变系统布置方式

合理优化系统结构，在凝结水管路加装调节阀、增加低压省煤器进回水管道，或者采取双级低压省煤器布置，使得运行中对低压省煤器水路工况可调[9]。

[1] 梁维燕.持续调整电源结构大力开发水力发电[J].电网与清洁能源，2011,27(6):1-3.

[2] 谢磊.电站锅炉低压省煤器系统热经济性分析的数学模型[D].济南:山东大学，2007.

[3] 景宇蓉.锅炉余热利用装置低压省煤器的热力分析及优化设计[D].北京:华北电力大学，2012.

[4] 冯俊凯，沈幼庭，杨瑞昌，等.锅炉原理及计算[M].3版.北京：科学出版社，2003.

[5] 史月涛.循环流化床锅炉安装低压省煤器降低排烟温度的实践[C].全国电力行业CFB机组技术交流协作网第八届年会论文集，2011.

[6] 黄新元，平亚明，孙奉仲.火电厂低压省煤器系统的最优水量分配[J].水动力学研究与进展，2003(5).

[7] 崔海鹏.电站锅炉排烟温度高原因及其改进措施[D].北京:华北电力大学，2012.

[8] 陆万鹏，孙奉仲，史月涛.电站锅炉排烟余热能级提升系统分析[J].中国电机工程学报,2012(23).

[9] 温山，阎维平，常建刚，等.双级低压省煤器技术及其经济性分析[J].热力发电，2013(2).

[10] 林万超.火电厂热系统定量分析[M]．西安：西安交通大学出版社，1985.

[11] 荣銮恩，袁镇福，刘志敏，等．电站锅炉原理[M]．北京：中国电力出版社，1997.

[12] 李自怡.火电厂目标成本管理研究[J].电网与清洁能源，2014,20(1):64-67.

AnalysisofLPESLowPressureEconomizerEconomywithaCertainPowerPlant

SHAO Jun1,REN Yong-sheng2,YANG Xiao-bo3,WU Ge-wei4

(1.Henan Energy Conservation Supervision Bureau,Zhengzhou 450008,China;2.Zhengdong New District of Zhengzhou Thermal Power Co., Ltd,Zhengzhou 454164,China;3.Sanmenxia Xintian Energy Service Co. Ltd,Sanmengxia 472000,China;4.Lingbao Xinhua Chemical Co., Ltd,Lingbao 472500,China)

By lowering the temperature of the boiler rear-pass,reducing flue gas loss and improving boiler efficiency to achieve energy conservation,LPES was installed to the boiler rear,making use of this waste heat from boiler’s smog to heat the condensation to demonstrate the economy of the installation. The results show that LPES plays a significant role in reducing flue gas temperature and heating the condensation through extablishing mathematic model,model calculation and comparison with other plants.After installation LPES,heat loss of the flue gas decreased significantly, the entire saving effect is remarkable.

low pressure economizer;flue gas waste heat;model;smoke damage;energy savings

2014-04-24修订稿日期2014-05-28

邵珺(1977～)，男，本科，工程师，主要从事能源节约及相关领域研究。

TM621;TK223.3+3

A

1002-6339 (2014) 04-0373-04