姜桂榮

（國(guó)華三河發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 三河 065201）

0 概 述

為遏制污染物排放，提高大氣質(zhì)量，國(guó)家環(huán)保部發(fā)布了GB13223－2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)于2012年1月1日起執(zhí)行。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，自2014年7月1日起，燃煤火電鍋爐在非重點(diǎn)地區(qū)，煙塵排放限值為30mg／Nm3，重點(diǎn)地區(qū)煙塵排放限值為20mg／Nm3。在2013年，國(guó)華公司提出了《國(guó)華電力高品質(zhì)綠色發(fā)電計(jì)劃》，規(guī)定機(jī)組煙塵排放限值為5mg／Nm3。為了滿足國(guó)家和國(guó)華電力公司燃煤火電鍋爐煙塵排放限值的要求，需對(duì)現(xiàn)役機(jī)組開展相應(yīng)的技術(shù)改造。采用低溫省煤器＋低溫電除塵機(jī)組，能夠進(jìn)一步降低電除塵器出口的粉塵濃度，一般情況下，能小于20mg／Nm3。結(jié)合某型鍋爐低溫省煤器改進(jìn)后的情況，對(duì)關(guān)鍵的四項(xiàng)熱控技術(shù)問題進(jìn)行了分析，并提出針對(duì)性措施。為同類機(jī)組的低溫省煤器的改造，提供技術(shù)參照。

1 設(shè)備概況

某機(jī)組配備亞臨界控制循環(huán)燃煤汽包鍋爐，一次中間再熱、單爐膛、切圓燃燒、鋼架全懸吊結(jié)構(gòu)、半露天布置、固態(tài)排渣。汽輪機(jī)為亞臨界、一次再熱、凝汽式350MW汽輪機(jī)組?；?zé)嵯到y(tǒng)中設(shè)置有3臺(tái)高壓加熱器，4臺(tái)低壓加熱器。每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)50%容量的靜電除塵器，每臺(tái)除塵器為雙室五電場(chǎng)。原系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電除塵器出口煙氣的含塵量不大于100mg／Nm3，除塵器效率不低于99.88%。

低溫省煤器的技術(shù)方案為：凝結(jié)水在低溫省煤器內(nèi)吸收排煙熱量，降低排煙溫度后，凝結(jié)水自身被加熱，溫度升高后的凝結(jié)水再返回至汽輪機(jī)低壓加熱器系統(tǒng)，代替部分低壓加熱器的作用，如圖1所示。在發(fā)電量不變的情況下，可降低機(jī)組的能耗。同時(shí)，由于進(jìn)入脫硫塔的煙溫下降，還可以節(jié)約脫硫工藝水的消耗量。低溫省煤器加裝在空預(yù)器和電除塵器之間。在設(shè)計(jì)條件下，低溫省煤器出口煙溫為95～105℃，并可調(diào)節(jié)。當(dāng)煙氣溫度降低后，粉塵比電阻降低，使煙氣的流速降低，可提高電除塵器的除塵效率。在電除塵器內(nèi)去除SO3，減輕了下游設(shè)備的腐蝕。煙溫降低后，降低了脫硫系統(tǒng)的水耗，回收的熱量還能用來加熱凝結(jié)水，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

圖1 低溫省煤器煙氣余熱回收系統(tǒng)

低溫省煤器安裝在空預(yù)器出口至電除塵器前的水平煙道上，低溫省煤器的各項(xiàng)參數(shù)，如表1所示。鍋爐的燃用煤質(zhì)，如表2所示。

表1 低溫省煤器設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 2013年度的入爐煤質(zhì)

2 低溫省煤器對(duì)熱工控制系統(tǒng)的要求

2.1 自動(dòng)調(diào)節(jié)性能與設(shè)備要求

低溫省煤器應(yīng)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)性能，且便于控制。當(dāng)?shù)蜏厥∶浩鲗?duì)凝結(jié)水進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)時(shí)，不能影響機(jī)組的可靠運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入低溫省煤器的凝結(jié)水溫度和流量的控制，并能有效降低低溫省煤器的腐蝕。

2.2 設(shè)備故障能夠及時(shí)切除

當(dāng)?shù)蜏厥∶浩靼l(fā)生泄漏等故障時(shí)，能夠及時(shí)將其切除，不得影響機(jī)組的繼續(xù)運(yùn)行，需要設(shè)置監(jiān)視儀表和煙氣溫度等典型工況下設(shè)備的運(yùn)行曲線。

3 低溫省煤器的控制措施

低溫省煤器的管壁溫度應(yīng)可控。合理選取低溫省煤器的進(jìn)水溫度及進(jìn)水流量，避開低溫省煤器金屬壁溫在煙氣高腐蝕速度區(qū)域，滿足機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的防腐要求。低溫省煤器可回收能級(jí)較低、傳熱溫差較小的熱量。因此，需要精確設(shè)計(jì)，優(yōu)化低溫省煤器取水位置和回水位置，控制流量和溫度，保證在多工況下與熱力系統(tǒng)的最佳耦合。爭(zhēng)取在不利的條件下，盡可能取得最大的節(jié)能效果。

3.1 低溫省煤器入口的水溫控制

控制低溫省煤器水側(cè)低溫段腐蝕的主要方法是控制入口水的溫度。控制低溫省煤器入口水溫，使管束的最低壁溫高于水露點(diǎn)25℃（水露點(diǎn)溫度43.78℃），以避開了低溫腐蝕區(qū)。一般控制入口水溫度不低于70℃。

低溫省煤器在熱力系統(tǒng)中的取水方式，直接影響到經(jīng)濟(jì)效果和分析計(jì)算的方法，還關(guān)系到設(shè)備的安全運(yùn)行。如選取較低的進(jìn)口水溫，可增大傳熱溫差，提高換熱效率，但將加劇管壁的腐蝕；如選取較高的進(jìn)水溫度，則將因換熱溫差較小而降低了低溫省煤器的換熱效率。低溫省煤器聯(lián)入熱力系統(tǒng)的方案有多種，就其本質(zhì)而言，聯(lián)入熱力系統(tǒng)的方式可分為串聯(lián)或并聯(lián)。根據(jù)該機(jī)組的實(shí)際工況，在冬季有抽汽供熱的需求，所以選取了并聯(lián)方式。

結(jié)合汽機(jī)THA工況熱平衡圖中各低加入口凝結(jié)水溫度，為了降低傳熱溫差，提升設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)時(shí)，具體的取水方案為：當(dāng)在額定工況下運(yùn)行時(shí)，低溫省煤器水側(cè)從1號(hào)低加入口（純凝工況設(shè)計(jì)溫度33.61℃）和2號(hào)低加出口（純凝工況設(shè)計(jì)溫度85.98℃）取部分凝結(jié)水，混合水的溫度為70℃，且自動(dòng)控制混合水溫度在70℃以上，經(jīng)低溫省煤器加熱后，回3號(hào)低加出口（純凝工況設(shè)計(jì)溫度115℃），同時(shí)兼顧低溫省煤器出口水溫度大于3號(hào)低加出口溫度，排擠更多的上一級(jí)低加抽汽。更主要的是隨著機(jī)組負(fù)荷變化，對(duì)低溫省煤器進(jìn)水溫度兼顧出水溫度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整?；芈氛{(diào)節(jié)器的控制圖，如圖2所示。

圖2 低溫省煤器入口水溫度單回路調(diào)節(jié)器

3.2 低溫省煤器出口煙氣溫度控制

設(shè)計(jì)低溫省煤器入口煙氣溫度為150℃，出口溫度為95℃；鍋爐低溫省煤器的凝結(jié)水流量可調(diào)，如此，即可控制低溫省煤器出口煙溫在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，使煙溫高于95℃（煙氣露點(diǎn)溫度計(jì)算為95.05℃）。為此，采取的設(shè)計(jì)方案是通過凝結(jié)水流量控制低溫省煤器出口煙氣溫度。在3號(hào)低加和4號(hào)低加之間的主凝結(jié)水管道上，新增加串聯(lián)的流量調(diào)節(jié)閥和該調(diào)節(jié)閥的電動(dòng)旁路閥。通過自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制進(jìn)入低溫省煤器的凝結(jié)水流量，保持低溫省煤器出口的煙氣溫度在95℃以上，從而控制低溫省煤器的腐蝕速率。煙氣溫度的控制，如圖3所示。

圖3 低溫省煤器出口煙氣溫度恒定值單回路調(diào)節(jié)器

3.3 低溫省煤器煙氣壓差控制

低溫省煤器連接在空預(yù)器和電除塵之間，工況環(huán)境惡劣，煙氣中的含塵量較大，且采用了H型焊接鰭片的高效換熱管，設(shè)備積灰的可能性較大。積灰后低溫省煤器的阻力增加，局部煙氣的流速增加，增大了對(duì)換熱設(shè)備的沖刷和磨損，增加了設(shè)備泄漏的幾率。同時(shí)，上級(jí)受熱面的吹灰或其他固體顆粒都將沉積在低溫省煤器的鰭片中不易清除，因此需對(duì)低溫省煤器的煙氣差壓進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視，控制煙氣差壓不超過200 Pa。如不能對(duì)煙氣側(cè)差壓進(jìn)行有效控制，可能會(huì)引起機(jī)組降負(fù)荷甚至停機(jī)檢修事故，因此需連續(xù)監(jiān)視，掌握設(shè)備運(yùn)行規(guī)律，確定合理的吹灰周期。

3.4 鍋爐低溫省煤器退出保護(hù)和控制方式

選定設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，須考慮系統(tǒng)及設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性。低溫省煤器應(yīng)有防止腐蝕的壁溫低保護(hù)、泄漏監(jiān)控報(bào)警和溫度報(bào)警裝置，一旦發(fā)生壁溫低、泄漏等故障情況，具備快速處理技術(shù)手段，根據(jù)具體情況，能有效隔離部分或全部系統(tǒng)。

（1）通過對(duì)低溫省煤器凝結(jié)水系統(tǒng)進(jìn)出口管道上的壓力差與正常典型工況進(jìn)行對(duì)比，分析了壓力波動(dòng)情況，且在CRT畫面上，可對(duì)各種工況下凝結(jié)水壓力差與典型運(yùn)行壓力差的曲線進(jìn)行對(duì)比，即能判斷設(shè)備是否發(fā)生泄漏。

（2）監(jiān)視兩側(cè)煙道進(jìn)出口煙氣溫度差的變化，也能在CRT畫面上對(duì)各種工況下煙氣溫度差、兩側(cè)煙道進(jìn)出煙氣溫度差與典型運(yùn)行煙氣溫度差曲線進(jìn)行對(duì)比，可判斷設(shè)備是否發(fā)生泄漏。

（3）當(dāng)?shù)蜏厥∶浩髂Y(jié)水入口溫度低于70℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。當(dāng)出口煙氣溫度低于95℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。低溫省煤器的壁溫低于72.95℃時(shí)，系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作，自動(dòng)切除低溫省煤器。當(dāng)凝結(jié)水流量低于50%負(fù)荷以下，應(yīng)人工切除低溫省煤器。

4 低溫省煤器實(shí)際運(yùn)行改造控制效果

經(jīng)過近1年的運(yùn)行實(shí)踐，低溫省煤器運(yùn)行良好，熱工控制的凝結(jié)水溫度和流量平穩(wěn)，滿足了低溫省煤器的運(yùn)行需要，除塵效果和節(jié)能降耗達(dá)到了預(yù)期效果。

在額定負(fù)荷工況下，電除塵器出口的排放濃度由17.92mg／Nm3，降至11.68mg／Nm3；在75%額定負(fù)荷工況下，電除塵器出口的排放濃度由16.18 mg／Nm3，降至12.43mg／Nm3。

根據(jù)熱力試驗(yàn)，得到低溫省煤器投入后供電煤耗的降低值，在350MW工況下為2.14g／kW·h，在260MW工況下為1.52g／kW·h，在175MW工況下為0.70g／kW·h。

5 結(jié) 語

在低溫省煤器技術(shù)改造中，用熱工控制的方法防止了煙氣對(duì)低溫省煤器的腐蝕。在熱控系統(tǒng)中，解決了低溫省煤器入口水溫度、出口煙氣溫度、煙氣壓差、退出保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)問題。改造后，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)。此類熱控方式，可為類似低溫省煤器的技術(shù)改造提供參考。