600MW锅炉热一次风自适应调温节能改造

600MW锅炉热一次风自适应调温节能改造
王梁新;许超
【摘要】针对在磨煤机入口掺入冷一次风进行风温的调整,造成通过空气预热器的一次风量减少,导致锅炉排烟温度上升,锅炉效率下降的问题,通过一次风自适应调温改造,避免向制粉系统掺入冷风,吸收热一次风余热回到回热系统,提高机组循环效率,年效益210万元.
【期刊名称】《吉林电力》
【年(卷),期】2017(045)005
【总页数】4页(P15-17,23)
【关键词】热一次风;掺冷风治理;调温改造
【作者】王梁新;许超
【作者单位】华电国际邹县发电厂,山东邹城 273522;华电国际邹县发电厂,山东邹城 273522
【正文语种】中文
【中图分类】TK223.26
随着电力工业的发展，节能减排、提高机组的安全运行及经济效益，已成为发电企业重要任务之一。

锅炉制粉系统是火电厂重要生产设备，为避免制粉系统发生自燃及爆炸等危及设备安全事故的发生，制粉系统所需干燥剂温度往往低于热一次风温度，常规的方法是在磨煤机入口掺入冷一次风进行风温的调整，会造成通过空气预
热器的一次风量减少，导致锅炉排烟温度上升，锅炉效率下降，因此要进行一次风自适应调温改造，避免向制粉系统掺入冷风，吸收热一次风余热回到回热系统，
提高机组循环效率。

1 机组概况
某厂三期工程安装2台600 MW汽轮发电机组，锅炉型号FWEC-2020/1810-1 。

锅炉为亚临界、中间一次再热、自然循环、平衡通风、单炉膛、悬吊式、燃煤汽包炉，设计燃用兖州矿区烟煤。

制粉系统采用正压直吹式，设有2台50%容量的一
次风机，提供一次热、冷风输送煤粉。

喷燃器共24只，采用油枪与煤粉燃烧器一体的旋流筒体式结构，共分3层前后墙对冲布置。

制粉系统共配有6台双进双出、单电机驱动钢球磨。

汽轮机型号为DH-600-40-T，为亚临界、中间再热、单轴三缸四排汽、冲动凝汽式，设计额定功率为600 MW，最大连续出力658 MW。

汽轮机采用高中压缸合缸结构，低压缸为双流反向布置。

锅炉一次风和制粉系统流程：2台双级动叶可调轴流一次风机，将环境空气直接送入2台三分仓，在空气预热器的一次风仓格中加热至305 ℃(原设计)，分别送入
钢球磨煤机的一次风入口端，作为磨煤机的干燥剂，并将磨制的煤粉送入炉膛；一次风机出口压力冷风、旁路预热器出风，分别进入磨煤机入口冷风管道，细粉和一次风则通过磨煤机两端的4根一次风管，分别进入该磨煤机所对应的4台燃烧器，送入炉膛进行燃烧。

一次风机为2台入口动叶可调轴流式，型号为PAF18-13.3-2，设计参数见表1，表中TB为风机考核工况，BMCR为锅炉最大连续出力工况。

表1 风机设计参数参数工况TBBMCR风量/(m3·s-1)98．6885．81风压升高
/Pa1950016183介质密度/(kg·m-3)1．21．2风机效率/%84．6388．00风机
转速/(r·min-1)14901490轴功率/kW21451503
2 问题分析
锅炉设计煤种煤质资料见表2。

额定负荷下锅炉设计效率92.55%，设计排烟温度
135 ℃(修正后)。

表2 煤质分析成分项目原设计煤运行煤收到基全水分/%89收到基灰分
/%28．7434．43干燥无灰基挥发分/%41．5242．13收到基碳质量分数
/%51．2944．97收到基氢质量分数/%3．343．01收到基氧质量分数
/%7．357．32收到基氮质量分数/%0．870．76收到基硫质量分数
/%0．410．51收到基低位发热量/(kJ·kg-1)1738317638
锅炉排烟温度高(5号炉在额定负荷下排烟温度150 ℃以上)造成锅炉效率低。

为了适应煤种水分多变在大多数情况下空气预热器出口热一次风温度比磨煤机入口干燥介质温度高。

传统中速磨直吹式制粉系统通过冷、热一次风运行控制。

系统流程：2台双级动叶可调轴流一次风机，将环境空气直接送入2台三分仓空气预热器的一次风仓格中并加热至305 ℃(原设计)，将加热后的环境空气分别送入钢球磨煤机的一次风入口端，作为磨煤机的干燥剂，并将磨制的煤粉送入炉膛；一次风机出口压力冷风、旁路预热器排风、分别进入磨煤机入口冷风管道，细粉和一次风则通过磨煤机2端的4根一次风管，分别进入该磨煤机所对应的4台燃烧器，送入炉膛进行燃烧。

实际运行中根据煤种水分的不同，磨煤机入口风温为150～200 ℃，与预热器出口一次风温相比有100～150 ℃的温降。

此时，需要通过掺混大量的冷一次风来降低入口干燥介质的温度，因此有一部分冷一次风绕旁路空气预热器使锅炉排烟温度升高。

从运行参数上看，锅炉在满负荷时，冷风门开度在50%以上，磨煤机入口风温在220 ℃左右，经计算可得掺入冷风量占总一次风量的50%以上，引起排烟温度上升10 ℃左右。

3 掺冷风治理方案
3.1 技术路线
利用汽轮机的小部分凝结水作为冷却介质，把去制粉系统的热一次风温度从预热器出口温度降低到与磨煤机进口混合风的温度相同，避免向制粉系统掺入冷风使预热
器增加风量、排烟温度降低。

在煤质、负荷变化(如煤中水分降低)时，通过调节热一次风冷却装置的传热功率，改变热一次风温的降低幅度，保证磨煤机出口温度在设定范围，降低排烟温度，提高机组效率。

由于热一次风冷却装置降低排烟温度有限，另设置低温省煤器把多余的烟气余热回收。

3.2 具体措施
3.2.1 热力系统简介
一次风冷却器系统(PALD)及调节风门安装于锅炉空气预热器出口热一次风道内，并在冷却器风道出、入口风道并联设置旁路风道，旁路风道内设置调节门，通过调节旁路、主路风道内调节门进行传热功率的调整，原则性热力系统见图1。

图1 原则性热力系统
系统运行时，冷却器冷却介质选用回热系统凝结水，取水点取自轴封加热器入口及6号低压加热器入口，回水回5号低压加热器出口。

热一次风冷却器系统在回水管上设置调节风门调节系统流量，从而保证回水温度达到设定值。

3.2.2 一次风冷却器系统参数
锅炉各运行工况下一次风冷却器热风及凝结水相关参数见表3，表中BRL为锅炉额定出力工况，THA为汽轮机性能验收工况。

3.2.3 热风道安装图
PALD采用立式布置、沿风道左右分成2组，每组3个管箱。

给水从后向前与空气呈逆向流动。

传热元件采用H翅片管束。

基管材质20G，翅片材质Q195。

风道截面尺寸为4 000 mm×3 400 mm，前后总长度1 200 mm。

表3 锅炉运行工况下一次风冷却器热风及凝结水相关参数一次风冷却器设计参数工况BMCRBRLTHA水侧系统凝结水进口温度/℃103100100系统凝结水出口温度/℃162158158凝结水进口流量/(t·h-1)858180凝结水进口压力
/MPa2．52．52．5水侧阻力/MPa0．090．090．09风侧系统进风温度
/℃328327325系统出风温度/(℃)230230230进风量/(t·h-1)230225220进风压
力/kPa101010风侧阻力/Pa310300300
3.2.4 设备调节
PALD设计了旁路风道和旁路风调节装置，调整管间平均风速，降低空气阻力和磨损。

通过改变旁路风门的开度来调整传热功率。

调节信号为热风母管风温、磨煤机入口混合风温，被调量为二者温差。

通过改变PALD的进水流量来维持设定的回
水温度，以保证高的热经济性和防止给水管道的汽化水击。

通过以上调节，可适应煤质、负荷、季节变化对磨煤机进口干燥剂温度、掺冷风率、及排烟温度的控制要求。

3.3 注意事项
a．磨煤机的进口温度随煤中水分变化而变化，水分高时温度低，水分低时温度高。

温度越低节能量越多。

为兼顾节能量和最大传热功率的平衡，本次设计选取磨煤机进口温度230 ℃作为设计值。

b．热一次风中携带极少量灰颗粒，由于风速较高，应考虑对PALD受热面的磨损问题，降低平均风速，风速从原热风母管内的约35 m/s降低到装置平均11 m/s
左右，同时翅片材质不用传统的铝片而选用低碳钢。

旁路风道的调节挡板也提供了一种控制手段，当开启调节挡板开度至某一数值时，主风道内空气流量、风速降低，磨损减轻。

c．热一次风中携带极少量细微灰尘，需要考虑积灰的可能性。

冲刷介质为空气，
不存在静电的吸附沉积作用；高的空气流速在运行中对受热面进行自清灰。

最后，将翅片的方向设计为垂直地面，可避免灰粒自重引起的自然沉积。

d．由于控制装置风速不高，且体积很大，PALD本体的空气压降不超过300 Pa，厂用电耗电率约增加1.05%。

经计算，空气预热器增加流量引起的送风机耗电增加，与引风机由于烟气温度降低引起耗电减少正负相抵。

e．为防止管路水的汽化水击，接入汽轮机凝结水时，取用了水温42 ℃的8号及
6号低压加热器入口水。

用给水流量控制水的温升不超过60 ℃，即回水温度不超过160 ℃，因此，管路系统回水保持有较大的欠焓，可以有效防止汽化水击。

4 效益与分析
本系统投运后，干燥介质温度通过制粉系统的热平衡计算与实际运行情况比较吻合。

由此可见，安装一次风冷却器的节能潜力巨大。

节能潜力与燃用煤种的收到基水分密切相关：实际燃用煤种的水分越低则节能潜力越大。

本系统投运后可降低排烟温度10 ℃左右，扣除汽轮机冷源损失和辅机电耗，按常态负荷450 MW计算，可
节省标准煤耗近1.0 g/(kW·h)，年节标煤3 600 t，投资回收年限不超过2年，年效益210万元。

该工程静态总投资为450万元。

回收年限为2.1年。

效益与回收
期计算见表4。

表4 效益与回收期计算项目数值效益计算负荷(全年平均)/MW450供电煤耗降
低/[g·(kW·h)-1]1．0全年发电量/[108kW·h]30年节标煤量/t3000标准煤价
/(104元·t-1)0．07年效益/(104元)210总投资/(104元)450
5 结束语
安装一次风冷却器虽然会增加部分系统阻力，
但是不会影响制粉系统的干燥能力。

在制粉系统控制方式上仍然保留原有冷、热风门快速响应的特点，因此对制粉系统的运行影响不大，但是却具有巨大的节能潜力。

由于一次风冷却器安装在空气预热器出口的热一次风道内，周围工作介质是含少量灰尘的热空气，与低温省煤器相比几乎不存在腐蚀、磨损问题。

5号炉热一次风自适应调温节能改造可降低排烟温度10 ℃左右，具有一定的节能效果。