锅炉暖风器系统与热风再循环系统对比分析

1 机组热效率方面的对比分析
由于机组煤耗主要涉及锅炉 、汽轮机 ,所以要 分析对锅炉效率和汽轮机内效率的综合影响 ;另 外由于机组的电功率和热功率主要取决于电网和 热网要求 ,所以本文分析假定机组的发电功率和 供热功率固定不变 ,简单计算锅炉燃煤量的变化 , 以燃煤量的变化代替机组热效率的变化 。
锅炉热风再循环系统的流程是 :从锅炉空气 预热器空气出口引出部分热风 ,加入到送风机入 口 ,与冷空气混合 ,使混合后的空气温度达到锅炉 进风温度要求后再进入锅炉 ,系统见图 2 。 理论上讲 ,锅炉暖风器系统和锅炉热风再循 环系统均能达到通过控制锅炉空气预热器进口风 温来控制锅炉低温腐蚀的目的 ,但由于实现这一
Comparison of Air Heater Systems of Boilers with Hot Air Recirculating Systems
TAN G Zhao2fang1 , L IU J un2zhong2 , L I Xin2ming2 , SUN Yu2zhong2 , WAN G J un2ming2 , DU Zhao2feng3 , CAO Quan2qing3
锅炉效率/ 锅炉燃煤量 :90. 95 %/ 53. 04t/ h ;
空气预热器进风温度/ 出风温度 :
30°C/ 360°C ;
设计考虑最低空气温度 : - 10°C。
本文分析计算采用锅炉暖风器系统和热风再
循环系统分别将冷空气从 - 10°C 加热到 30°C ,满
图 2 锅炉热风再循环系统示意图
对于锅炉而言 ,计算燃煤消耗量的锅炉蒸发 量由 410t/ h 变为 415. 6t/ h ;送入锅炉的热量增加 了汽轮机抽汽带进的热量这一部分 ,综合计算 ,锅 炉燃煤量减少 0. 3 %以上 。上述热量变化详见图 3 ,计算结果列于表 1 。
图 3 暖风器系统使锅炉热量平衡变化示意图
表 1 锅炉燃煤量的改变量计算结果汇总表
2 风温调节范围的比较
锅炉暖风器系统和热风再循环系统的基本功 能是通过控制锅炉空气预热器进风温度来控制锅 炉冷端低温腐蚀 ,重点考虑冬季最低气温和锅炉 调峰负荷运行两个工况 。
对于冬季最低气温 ,例如齐鲁石化热电厂当 地 - 10°C 的工况 ,采用锅炉暖风器系统和热风再 循环系统都能 满 足 将 冷 空 气 从 - 10°C 加 热 到 30°C再进入锅炉空气预热器的要求 。
目的的手段完全不同 ,所以投入成本和产出成本 肯定不同 ,下面从机组热效率 、风温调节范围 、送 风机功率 、系统投资 、系统运行性能等 5 个方面进 行技术经济对比分析 ,分析结果供电厂设计中锅 炉系统选型参考 。
足锅炉进风温度要求所引起的锅炉燃煤量的变 化。 1. 1 热风再循环系统
从图 2 可见 ,热风再循环系统中 ,加热送风机 入口冷风的热量来自锅炉内部 ,与汽轮机无关 ,锅 炉其余参数均按设计参数 ,仅仅冷空气温度取值 - 10°C。从热平衡计算可得 :将 360°C 的热风从
收稿日期 :2003210222 作者简介 :唐兆芳 (1964 - ) ,女 ,江苏电力设计院工程师 ,从事火力发电厂设计工作 。
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锅炉暖风器系统与热风再循环系统对比分析
发电设备( 2004 No. 3)
图 1 锅炉暖风器系统示意图
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锅炉排烟温度/ 给水温度 :147°C/ 215°C ;
项目
热风再循环 蒸汽暖风器
锅炉主蒸汽流量/ t·h - 1
410
锅炉主蒸汽压力/ MPa
9. 8
锅炉主蒸汽温度/ °C
540
环境温度/ °C
- 10
锅炉给水温度/ °C
215
锅炉排烟温度/ °C
147
415. 6 9. 8 540 10 215 147
空气预热器空气流量 / m3·h - 1 (标准状态下)
448 000
400 000
锅炉排烟热损失改变量/ %
0
0
每 kg 燃煤带入锅炉的热量 / kJ ·k G- 1
21688
21688 + 405
锅炉效率改变量/ %
0
1. 6
锅炉燃煤改变量/ %
0
- 0. 3
从图 3 可见 ,从汽轮机抽汽 8t/ h 加热冷空气 带入锅炉的热量为 20 000 000kJ / h ;维持汽轮机 发电功率和供热功率不变需要增加的 5. 6t/ h 锅 炉供汽带出锅炉的热量为 15 500 000kJ / h ,带入 大于带出 ,使得锅炉效率提高 ,锅炉燃煤消耗量减 少。
发电设备( 2004 No. 3)
锅炉暖风器系统与热风再循环系统对比分析
锅炉暖风器系统与热风再循环系统对比分析
唐兆芳1 , 刘俊忠2 , 李新明2 , 孙玉忠2 , 王军明2 , 杜兆丰3 , 曹全庆3 (1. 江苏电力设计院 ,南京 210000 ; 2. 齐鲁石化热电厂 ,山东 临淄 255000 ; 3. 上海发电设备成套设计研究所 ,上海 200240)
通过对比分析计算 ,可以得出下面结论 :采用
暖风器系统同热风再循环系统相比 ,在达到同样 锅炉空气预热器进风温度的要求下 ,机组热效率 有所提高 ,锅炉燃煤量有所下降 ,节能的原因在于 抽汽回热使机组热效率有了提高 ,这一点可以同 提高锅炉给水温度来提高机组循环热效率的措施 类比 。
从计算结果来看 ,节煤量不大 ,原因在于用于 计算的机组没有蒸汽再热循环 ,同时抽汽参数偏 高 ,对 于 300MW 再 热 机 组 , 若 抽 汽 压 力 为 0. 3MPa 压力等级 ,则同样上述煤种 ,锅炉燃煤量的 改变量将在 0. 5 %以上 。
锅炉供汽压力/ 供汽温度 :9. 8M Pa/ 540°C ;
根据煤种资料 ,在锅炉 410t/ h 负荷 、炉膛出
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发电设备( 2004 No. 3)
锅炉暖风器系统与热风再循环系统对比分析
口过 量 空 气 系 数 1. 25 工 况 , 锅 炉 进 风 量 应 为 400 ,000m3/ h (标准状态下) ;从 - 10°C 加热到 30° C ,需要抽汽流量为 8t/ h ,汽轮机由于抽汽增加 8t/ h 、维持发电功率和供热功率不变要求增加的 主蒸汽流量为 5. 6t/ h 。
作为对比分析计算 ,下面将热风再循环方式 作为比较基础 ,令其他各参数改变量为零 ,分析计 算暖风器方式引起的锅炉燃煤量的变化 。 1. 2 暖风器系统
从图 1 可见 ,暖风器系统中 ,加热冷风的热量 来自汽轮机抽汽 ,与汽轮机有关 。由于分析的基 础是 :电网要求的机组发电负荷不变 ;热网要求的 机组供热负荷不变 ;所以对汽轮机的影响可以归 结为汽轮机进汽流量的变化 。对于齐鲁石化热电
而暖风器系统的蒸汽与电厂辅助蒸汽管道相 通 ,不论是机组低负荷运行工况 、还是启动工况 , 都能满足锅炉空气预热器进风温度的要求 。
可见 ,暖风器系统的风温调节能满足锅炉各 种工况要求 ,而热风再循环系统仅仅能满足冬季 低温工况 ,不能满足锅炉调峰负荷运行和启动工 况对进风温度的要求 。
Keywords : boiler ; air heater ; hot air recirculation
对于燃煤锅炉和燃油锅炉 ,尾部受热面低温 腐蚀有轻有重 、但不可避免 ,如果再综合考虑冬 、 夏季气温变化和锅炉调峰负荷运行等因素 ,有效 控制低温腐蚀和提高机组运行经济性就成了电厂 锅炉系统设计中应该考虑的问题 。
(1. Jiangsu Power Design Instit ute , Nanjing 210000 , China ; 2. Qilu Pet rochemical’s Cogeneration Power Plant , Linzi 255000 , China ; 3. Shanghai Power Equip ment Research Instit ute , Shanghai 200240 , China)
但是 ,对于锅炉调峰负荷 ,例如 40 %负荷运 行工况 ,此时锅炉排烟温度相应降低 15°C 左右 , 控制低温腐蚀要求锅炉进风温度相应提高 15°C 以上 ,热风再循环率将会相应要求提高 ,锅炉空气 预热器的传热能力实际上无法满足上述风量和风 温的要求 ;又如锅炉启动工况 ,排烟温度更低 ,控 制低温腐蚀要求的空气预热器进风温度更高 ,姚 孟电厂进口 300MW 机组运行规程要求锅炉启动 工况时的空气预热器进风温度为 70°C ,华能大连 发电厂 350MW 机组要求锅炉启动工况时的空气 预热器进风温度为 90°C ,热风再循环系统基本无 法满足上述要求 。
摘 要 :通过对机组热效率 、风温调节范围 、送风机功率 、系统投资 、系统运行性能等方面进行技术经济对 比 ,综合分析了锅炉暖风器系统与热风再循环系统各自的优越性 ,除设备投资以外 ,其他方面锅炉暖风器系统 具有明显优势 ,尤其是机组节煤效益和送风机运行的节电效益最为突出 。 关键词 :锅炉 ;暖风器 ;热风再循环 中图分类号 : T K223. 34 文献标识码 :A 文章编号 :16712086X(2004) 0320130204
目前电厂锅炉系统设计中考虑控制低温腐蚀 和运行经济性的措施主要有 :采用暖风器系统和 采用热风再循环系统两种 。尤其是北方 ,要求暖 风器空气温升较大 ,采用暖风器系统的较多 。
锅炉暖风器系统的流程是 :从汽轮机低压缸
抽汽口 (0. 8M Pa 级或 0. 3M Pa 级抽汽口) 抽汽到 锅炉暖风器加热冷风 ,使冷风温度达到锅炉进风 温度要求后再进入锅炉 ,系统见图 1 。
以齐鲁石化热电厂锅炉设计煤种 (山西混合 贫煤) 为分析煤种 :
应用基碳 :CY = 55 % ; 应用基氢 : HY = 3. 16 % ; 应用基氧 :O Y = 2. 13 % ; 应用基氮 :N Y = 0. 88 % ;
空气预热器出口引到风机入口与 - 10°C 的冷风 混合 ,得到 30°C 的混合温风进入锅炉 ,需要热风 再循环率为 12 %。即 :送风机和锅炉空气预热器 的空气流量增大 12 % ,进入锅炉炉膛的风量和锅 炉排烟的烟气量不变 。
应用基硫 : SY = 1. 8 % ; 应用基水分 : WY = 8. 03 % ; 应用基灰分 :AY = 29 % ; 应用基低位热值 : QDW Y = 21688kJ / k G; 以齐鲁石化热电厂 410t/ h 固态排渣煤粉炉 的设计参数为分析基础 :
厂的高压双抽汽汽轮机组而言 ,锅炉暖风器使用 1k G/ h (0. 8M Pa/ 320°C) 抽汽 ,汽轮机要求进汽流 量增大 0. 7k G/ h (主汽热焓 : 3476kJ / k G; 抽汽热 焓 :3095kJ / k G;抽汽已作功焓降 :381kJ / k G;汽轮 机低压缸排汽热焓 :～2400kJ / k G ,蒸汽在汽轮机 内作功总焓降 :1076kJ / k G) 。
Abstract : By comparing a sets’t hermal efficiency , t he air temperature’s regulatory range , t he forced fan’s power requirement , t he system’s investment and t he system’s operational behavior , t he paper comprehensively analyses t he respective advantages of a boiler’s air heater system and its hot air recirculation system. Except tor t he investment required by t he equipment , boiler air heater systems have t heir noticeable superiority , especially out2 standing are t he merits in respect to coal saving and energy of t he forced air fan.