电站锅炉低压省煤器节能原理及工程实例

电站锅炉低压省煤器节能原理及工程实例

摘要：在电站锅炉空气预热器后的烟道内增设低压省煤器，是降低排烟温度和供电标准煤耗的有效措施。本文论述了火电厂低压省煤器系统的节能原理、节能量计算、工程应用优势、及若干重要的运行特性。最后给出一个工程应用的实例。

关键词：电厂节能；低压省煤器；排烟温度；标准煤耗

0．前言

目前，国内一些电厂锅炉排烟温度偏高，造成锅炉运行效率降低，机组标准煤耗增加；此外，脱硫系统亦需控制入口烟气温度，低烟温可降低脱硫工艺水蒸发损失。从电厂技术改造角度，有多种方案可达到降低排烟温度的目的，在电厂的热系统中增设低压省煤器即是其中之一。采用低温省煤器可提高机组热效率，节约煤耗，并且节水效果显著，符合国家“节能减排”的政策。

本文是以等效焓降理论为基础，对于低压省煤器系统的工作原理、标准煤节省量的计算、技术经济比较、方案比对论证、以及若干重要的运行特性作出一个全面的总结，最后给出一个工程应用的实例。

1. 低压省煤器系统简介

低压省煤器是利用锅炉排烟余热，节约能源的有效措施之一。低压省煤器装在空预器后尾部烟道内，结构与一般省煤器相仿。

1.1 低温省煤器在热力系统中的连接方式

低温省煤器在热力系统中连接方式是多种多样的，就其本质而言，只有两种连接系统：串联系统和并联系统。

低温省煤器的串联系统，如图1所示。从低压加热器NOj-1出口引出全部凝结水，送入低温省煤器，在低温省煤器中加热升温后，全部返回低压加热器NOj的入口。从凝结水流的系统看，低温省煤器串联于低压加热器之间，成为热力系统的一个组成部分。串联系统的优点是流经低温省煤器的水量最大，在低温省煤器的受热面一定时，锅炉排烟的冷却程度和低温省煤器的热负荷较大，排烟余热利用的程度较高，经济效果较好。其缺点是凝结水流的阻力增加，所需凝结水泵的压头增加，系统对主机系统安全性影响较大。

图1 串联低温省煤器系统

低温省煤器的并联系统，如图2所示。从低压加热器NOj-1出口分流部分凝结水Dd去低温

省煤器，加热升温后返回热系统，在低压加热器NOj＋1的入口处与主凝结水相汇合。从凝结水流系统看，低温省煤器与低压加热器NOj成并联方式，与之并联的低压加热器也可是多个。并联系统的优点是，可以不增加凝结水泵扬程。因为低温省煤器绕过一、两个低压加热器，所减少的水阻力足以补偿低温省煤器及其联接管道所增加的阻力。这对改造旧电厂较为有利，除此以外，还可以方便的实现余热梯级开发利用。缺点是低温省煤器的传热温压比串联系统低，因为分流量小于全流量，即Dd

图2 并联低温省煤器系统

另外对于从热机组，低温省煤器进水可接自热网循环泵出口或热网补充水，经低温省煤器加热后达到需求温度，回到热网系统供热。

1.2 低温省煤器的布置位置

根据烟气系统及烟道布置方式，低温省煤器的安装位置可以有如下三种：

1) 布置在除尘器入口

该布置的优点是：烟气温度高，可最大化吸收烟气余热，降低烟气温度后，烟气流量相应减少，并可以适当减少烟气比电阻，在同等除尘器效率下，可以节约5%的电除尘器的用电量；由于烟气流量减少，引风机轴功率也相应减少，节约厂用电。但由于该处的烟气粉尘浓度很高，飞灰磨损指数较高，烟气流速高，易对低温省煤器的换热元件造成磨损，对运行控制要求较高，若运行中温度较低时会对后烟道、电除尘及引风机造成腐蚀，影响机组安全运行。

2)布置在除尘器出口

经过静电除尘器除尘后，该处的粉尘减少了，减轻了换热器的磨损、积灰和堵灰问题；此外，该位置处于引风机入口前，降低烟气温度和烟气流量，便于降低引风机轴功率，并提高设备的安全性能。缺点是：换热器需布置于高位烟道上，不利于检修和维护，温度控制不好会对引风机造成腐蚀，且一旦出现水侧泄漏，会对引风机造成极大损害。

3)布置在引风机出口

该布置优点是，引风机出口烟道中心较低，换热器可以布置在地面，便于运行维护，且土建部分的改造量较少，可以充分利用引风机5-6℃的压缩温升，避免了高尘区烟气磨损，也不会对引风机的安全运行产生影响。新建电厂低温省煤器布置通常选用该布置方式。

2．低压省煤器节能理论及计算

低温省煤器的经济性需从几方面综合考虑：烟气余热再利用，提高机组热效率从而降低煤耗(或增加发电量)；将烟气温度降低减少脱硫工艺水蒸发损失，达到节水效果；增加低温省煤器增

加了设备投入，且烟气阻力增大导致引风机电耗增加。本文重点对提高热效率方面说明。

一般认为，把烟气余热输入回热系统中会排挤部分抽汽，导致热力循环效率降低；并且，排挤的部分抽汽会增加凝汽器的排汽使汽轮机真空有所降低。事实上，增设低压省煤器后，大量烟气余热进入回热系统，这是在没有增加锅炉燃料量的前提下，获得的额外热量，它以一定的效率转变为电量。这个新增电量要远大于排挤抽汽和汽机真空微降所引起的功量损失，所以机组经济性无例外都是提高的。对供热机组直接接入热网系统，交换热能全部用于供热，热效率更高，且对发电系统不会产生相关影响。

2．1 发电煤耗节省量计算

采用等效热降法进行热经济性分析。将低压省煤器回收的排烟余热作为纯热量输入系统，而锅炉产生1kg新汽的能耗不变。在这个前提下，热系统所有排挤抽汽所增发的功率，都将使汽轮机的效率提高。

相应1kg汽轮机新汽，其全部做功量称新汽等效焓降（记为H），所有排挤抽汽所增发的功量（记为ΔH）称等效焓降增量，计算如下：

H = 3600/（ηjd×d） (kJ/kg)

ΔH=β[（h d2-h4）η5+∑(τj·ηj)] (kJ/kg)

式中 d—机组汽耗率，kg/kwh；

ηjd—汽轮机机电效率；

β—低省流量系数；

h d2—低压省煤器出水比焓，kJ/kg；

h4—除氧器进水比焓，kJ/kg；

τj—所绕过的各低加工质焓升，kJ/kg；

ηj—所绕过的各低加抽汽效率。

热耗率降低δq按下式计算：

δq=ΔH·q/(H+ΔH) (kJ/kwh)

式中 q—机组热耗率，kJ/kwh;

发电标煤耗节省量δb s按下式计算：

δb s=δq/(ηp·ηb·29300) (kg/kwh)

式中ηp、ηb——锅炉效率、管道效率；

以已投运的某200MW火电机组低压省煤器系统为例进行节能量计算，结果列于表1。由表1可见，低压省煤器降低排烟温度28℃，可节省标准煤3.05g/kwh。

表1 某国产200MW机组低压省煤器主要指标计算结果

这里指出，低压省煤器尽管降低了排烟温度，但并未改变锅炉效率。锅炉的排烟温度仍然定义于空气预热器出口。

2．2 汽轮机真空影响计算