侯致福，楊玉環(huán)，高建強

(1.山西平朔煤矸石發(fā)電有限責任公司，山西朔州036800;2.華北電力大學能源動力與機械工程學院，河北保定071003)

0 引言

循環(huán)流化床(CFB)機組因具有燃料適應性廣、燃燒效率高、負荷調節(jié)好、SO2及NOX排放量低等優(yōu)勢，目前在我國得到了廣泛利用［1－3］。由于流化床鍋爐往往燃用高灰分劣質燃料，因此排渣熱損失較大，若能將排渣熱量回收利用，則可以大大提高機組的經(jīng)濟性。冷渣器作為CFB 機組特有設備，其排渣的余熱利用是節(jié)能增效的熱點之一［4，5］，因此采用合理的余熱利用系統(tǒng)方案［6，7］是節(jié)能增效的關鍵。

本文以山西平朔煤矸石電廠300 MW CFB 空冷機組采用的冷渣器余熱利用系統(tǒng)方案為例，并在此基礎上提出不同的余熱利用系統(tǒng)方案，對各方案進行經(jīng)濟性分析，提出了最優(yōu)的冷渣器余熱利用方案。

1 機組概況及原始數(shù)據(jù)

1.1 機組概況

該電廠鍋爐型號是SG－1060/17.5－ M802，其型式是亞臨界中間再熱、單汽包自然循環(huán)、平衡通風、循環(huán)流化床鍋爐，由單爐膛、4 臺高溫絕熱式旋風分離器、4 臺U 型返料器、4 臺外置式換熱器、尾部對流煙道等組成;汽輪機型號是NZK300－16.7/538/538，型式是亞臨界、單軸、雙缸雙排汽、中間再熱、直接空冷凝汽式汽輪機;發(fā)電機型號是QFSN－300－2，冷卻方式為水－氫－氫型。

該電廠每臺爐下部安裝了兩臺風水冷渣器及兩臺滾筒冷渣器，將低渣由約850～900 ℃冷卻到150 ℃以下，冷卻后的底渣依次經(jīng)過輸渣機、斗提機、粗細分離后進入渣倉。

1.2 原始數(shù)據(jù)

冷渣器余熱利用系統(tǒng)經(jīng)濟性分析所需的原始數(shù)據(jù)見表1所示。排渣量的大小對冷渣器余熱利用系統(tǒng)的經(jīng)濟性有很大影響，因此每個負荷下選擇2 個工況，工況1 表示排渣量小的情況，工況2表示排渣量大的情況。

表1 機組運行數(shù)據(jù)Tab.1 The operating data of unit

2 冷渣器余熱利用方案及分析

2.1 冷渣器余熱利用方案

(1)方案1

如圖1所示，部分凝結水從汽封冷卻器出口引至冷渣器，在冷渣器吸收熱量后返回到6 號低壓加熱器入口，冷渣器與7 號低壓加熱器并聯(lián)。方案1 為廠內現(xiàn)采用方案。

(2)方案2

如圖2所示，部分凝結水從汽封冷卻器出口引至冷渣器，在冷渣器吸收熱量后返回到5 號低壓加熱器入口，冷渣器與6、7 號低壓加熱器并聯(lián)布置。

圖1 冷渣器與7#低壓加熱器并聯(lián)Fig.1 Slag cooler and No.7 low pressure heaters arranged in parallel

圖2 冷渣器與6、7#低壓加熱器并聯(lián)Fig.2 Slag cooler and No.6，No.7 low pressure heaters arranged in parallel

(3)方案3

如圖3所示，部分凝結水從汽封冷卻器出口引至冷渣器，在冷渣器吸收熱量后返回到7 號低壓加熱器入口，冷渣器與7 號低壓加熱器串聯(lián)布置。

圖3 冷渣器與7#低壓加熱器串聯(lián)Fig.3 Slag cooler and No.7 low pressure heaters arranged in series

2.2 各方案經(jīng)濟性分析

依據(jù)不同工況THA 低加設計數(shù)據(jù)，見圖4所示。

圖4 不同工況THA 低加設計數(shù)據(jù)Fig.4 THA design data of low pressure heater under different working conditions

采用等效焓降法得到各工況下的基礎數(shù)據(jù)，見表2所示。

表2 依據(jù)THA 數(shù)據(jù)得到的基礎數(shù)據(jù)Tab.2 Basic data calculated on the basis of THA design data

根據(jù)等效焓降的理論對3 個方案進行經(jīng)濟性分析。冷渣器余熱利用系統(tǒng)屬于內部熱水帶熱量進出系統(tǒng)，引起做功變化的計算公式如下［8］:因此可以得出3 個方案做功變化的計算公式如下所示，計算結果分別見表3、表4、表5。

式中:ΔH1、ΔH2、ΔH3分別為各方案做功的增加量，kJ/kg;af為冷渣器冷卻水份額，%;hf為冷渣器出口水焓，kJ/kg;分別為汽封冷卻器、7 號低加、6 號低加出口工質焓，kJ/kg;τ1、τ2分別為7 號低加、6 號低加的工質焓升，kJ/kg;η1、η2、η3分別為7 號低加、6 號低加、5 號低加的抽汽效率，%。

表3 方案1 計算結果Tab.3 The results of the first scheme

表4 方案2 計算結果Tab.4 The results of the second scheme

表5 方案3 計算結果Tab.5 The results of the third scheme

2.3 結果分析

圖5 給出了3 個方案各工況下，冷渣器余熱利用后發(fā)電標煤耗降低量，可以看出6 個不同工況下，方案3 的節(jié)能效果最好，只有在75%負荷下工況1 及50%負荷下工況1 下煤耗出現(xiàn)了微量增加;方案2 最差，6 個工況下煤耗均增加，且增加幅度較大;方案1 居中，在100% 負荷下工況2 及75%負荷下工況2 下煤耗有降低，其余均增加，但增加幅度較方案2 小。

圖5 不同方案不同負荷不同工況煤耗降低量Fig.5 The reduction of coal consumption on the different schemes and different loads and different working conditions

圖6 不同方案下不同負荷煤耗降低量Fig.6 The reduction of coal consumption on the different schemes and different loads

圖6(a)示出了3 個方案下不同負荷工況1 煤耗降低量;圖6(b)示出了3 個方案下不同負荷工況2 煤耗降低量。從圖中可以看出方案1 及方案2 隨著負荷的降低，發(fā)電煤耗的降低量減小明顯，負荷越低節(jié)能效果越差，方案3 發(fā)電煤耗的降低量隨負荷降低沒有明顯減小。因此，方案3 節(jié)能的優(yōu)越性在中低負荷體現(xiàn)的更加顯著。

圖7(a)示出3 個方案中100%負荷下工況1與工況2 煤耗降低量，圖7(b)示出3 個方案中75%負荷下工況1 與工況2 煤耗降低量，圖7(c)示出3 個方案中50%負荷下工況1 與工況2 煤耗降低量。從圖中可以看出3 個方案中相同負荷條件下，工況2 的煤耗降低量都較工況1 大，節(jié)能效果更明顯。這說明在冷卻水量基本不變的情況下，排渣量越小，冷渣器余熱利用系統(tǒng)的節(jié)能效果越差。這是由于排渣量小時，冷卻水在冷渣器出口的溫度遠遠小于下級加熱器入口應達到的溫度，造成下級加熱器超出力運行，增大了高品質蒸汽的抽汽量，致使整體的循環(huán)效率下降。

圖7 不同方案相同負荷工況1 與工況2 煤耗降低量Fig.7 The reduction of coal consumption on the different schemes and different working conditions

因此，在排渣量小時，可以通過控制冷卻水的流量來提高冷渣器冷卻水的出口溫度，減小高品質蒸汽的抽汽量，提高整體的循環(huán)效率，使得冷渣器余熱利用系統(tǒng)的節(jié)能效果最大化。

3 結論

(1)在冷渣器與7 號低壓加熱器并聯(lián)的余熱利用方案的基礎上，提出了冷渣器與6、7 號低壓加熱器并聯(lián)布置和冷渣器與7 號低壓加熱器串聯(lián)布置2 個新的余熱利用方案。

(2)針對100%負荷、75%負荷、50%負荷及不同排渣量的運行工況，采用等效焓降法對3 個方案進行了經(jīng)濟性分析，得出冷渣器與7 號低壓加熱器串聯(lián)布置的方案為最佳余熱利用方案。與現(xiàn)有方案相比，100%負荷時可以降低標煤耗0.12g/kW·h 到0.95g/kW·h，75%負荷時可以降低標煤耗0.63 g/kW·h 到1.32 g/kW·h，50%負荷時可以降低標煤耗1.91g/kW·h 到3.15g/kW·h。

(3)分析了排渣量小時余熱利用效果差的原因，提出通過控制冷卻水流量的措施來提高排渣量小時余熱利用系統(tǒng)的節(jié)能效果。

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