，，

(福建華電可門發(fā)電有限公司，福州 350500)

0 引言

近年來，煤電機(jī)組超低排放改造在全國范圍逐步推廣，其中低低溫省煤器+高效靜電除塵器的技術(shù)改造路線兼顧環(huán)保與節(jié)能，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。低低溫省煤器不但可以回收排煙余熱提高汽輪機(jī)的做功量，減少供電煤耗，同時(shí)還可以降低排煙溫度減少煙氣體積，從而降低引風(fēng)機(jī)電耗。由于大部分電廠的低低溫省煤器改造與調(diào)試都由環(huán)保建設(shè)單位總承包，故在調(diào)試階段忽略了低低溫省煤器回收熱量在汽輪機(jī)方面的節(jié)能運(yùn)行優(yōu)化，未能充分挖掘節(jié)能潛力，這是本文將要分析解決的問題。

1 機(jī)組概況

某電廠#4機(jī)組是上海電器集團(tuán)生產(chǎn)的600 MW超臨界機(jī)組，2016年環(huán)保技術(shù)改造安裝了雙路取水、雙路回水低低溫省煤器(如圖1所示)，沿?zé)煔饬飨虿贾迷诳諝忸A(yù)熱器后電除塵器前，沿凝結(jié)水流向，取水點(diǎn)分別在#7低壓加熱器(以下簡稱低加)出口及#8低加進(jìn)口，共同調(diào)節(jié)取水溫度在70 ℃，工程結(jié)束后回水長期切投在#6低加進(jìn)口。筆者注意到，變工況運(yùn)行時(shí)，低低溫省煤器回水溫度與#6低加進(jìn)出口溫度差并不完全符合能量的梯級(jí)利用原則，故對此問題展開了專題分析。本文基于性能試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)用等效焓降法，對低低溫省煤器回水切投#6低加進(jìn)口與#6低加出口兩種運(yùn)行方式進(jìn)行了變負(fù)荷的局部定量分析，對變負(fù)荷下的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行節(jié)煤量的計(jì)算，繪制變負(fù)荷下不同回水切投方式的節(jié)煤量曲線，進(jìn)而得出低低溫省煤器的最佳回水切投方式。

2 低低溫省煤器節(jié)能原理及計(jì)算

2.1 低低溫省煤器熱經(jīng)濟(jì)性原理分析

低低溫省煤器獨(dú)立于主凝結(jié)水系統(tǒng)之外，利用鍋爐排煙余熱加熱低溫凝結(jié)水，替代低加抽汽。被替代的低加抽汽排擠回汽輪機(jī)后繼續(xù)膨脹做功，做功增加的同時(shí)，進(jìn)入凝汽器的排汽量也增加，排汽損失增大，因此，綜合分析機(jī)組經(jīng)濟(jì)性是否提高成為評價(jià)低低溫省煤器經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。實(shí)際上，低低溫省煤器吸收大量的煙氣余熱進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)，這是在鍋爐沒增加燃料量的前提下獲得的，必定以一定效率轉(zhuǎn)換成電功，這個(gè)新增的功遠(yuǎn)大于汽機(jī)真空度微降引起的效率損失，所以機(jī)組效率無一例外都是提高的。具體計(jì)算驗(yàn)證過程如下。

圖1 低低溫省煤器熱力示意Fig.1 Low-low temperature thermal schematic

2.2 低低溫省煤器節(jié)煤量計(jì)算

采用等效焓降法進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性分析[1]。將低低溫省煤器回收的排煙余熱作為純熱量輸入系統(tǒng)，而鍋爐產(chǎn)生1 kg新汽的能耗不變。在這個(gè)前提下，熱力系統(tǒng)所有減少抽汽所增發(fā)的功，都將使汽輪機(jī)的效率提高。

將1 kg汽輪機(jī)新汽的全部做功量稱為新汽的等效焓降(h)，所有減少抽汽所增發(fā)的功(Δhz)稱為等效焓降增量，是低低溫省煤器回收熱量排擠低加抽汽和凝結(jié)水減少后所帶來的做功增量的總和。其中包括#8低加入口抽出凝結(jié)水后#7，#8低加抽汽減少增發(fā)的功(Δh7/8)，還包括低低溫省煤器回水切投#6低加入口時(shí)，純熱量輸入排擠#6低加抽汽增發(fā)的功(Δh6r)，以及低低溫省煤器回水切投#6低加出口時(shí)，#6低加抽汽減少增發(fā)的功(Δh6c)以及純熱量輸入排擠#5低加抽汽增發(fā)的功(Δh5)。以某電廠為例，計(jì)算600 MW負(fù)荷工況下，雙路回水低低溫省煤器回水切投#6低加進(jìn)口的運(yùn)行參數(shù)。

2.2.1 汽輪機(jī)新蒸汽等效焓降

h=3 600/(ηjbd) ，

(1)

式中：d為機(jī)組汽耗，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算為2.982 3 kg/(kW·h)；ηjd為汽輪機(jī)機(jī)電效率，取0.98。計(jì)算得h=1 273.74 kJ/kg。

2.2.2 汽輪機(jī)各級(jí)抽汽效率

ηj=hdj/qj，

(2)

(3)

式中：hj為第j級(jí)低加抽汽比焓；qj為1 kg抽汽在第j級(jí)加熱器的放熱量；hdj為第j級(jí)抽汽等效焓降；hc為排汽比焓；γr為第r級(jí)加熱器1 kg疏水的放熱量；qr為1 kg抽汽在第r級(jí)加熱器的放熱量；hr為第r級(jí)抽汽等效焓降；r為加熱器j后更低壓力抽汽口腳碼。

2.2.3 減少抽汽帶來的等效焓降增量[2]

Δhz=Δh7/8+Δh6+Δh5，

(4)

Δh7/8=β1(τ7η7+τ8η8) ，

(5)

Δh6=β(hd-hw7)η6，

(7)

Δh5=β(hd-hw6)η5，

(8)

式中：Δhz為所有減少抽汽所增發(fā)的功；Δh7/8為#8低加入口抽出凝結(jié)水后#7，#8低加抽汽減少引起的等效焓降增量；Δh6為低低溫省煤器回水切投#6低加入口時(shí)#6低加抽汽減少引起的等效焓降增量；Δh5為低低溫省煤器回水切投#5低加入口時(shí)#5低加抽汽減少引起的等效焓降增量；β1為#8低加入口抽出凝結(jié)水量的分水系數(shù)；β為#7，#8低加出入口抽出凝結(jié)水總量的總分水系數(shù)；ηj(j=5，6，7，8)分別代表#5，#6，#7，#8抽汽效率；τj(j=5，6，7，8)分別代表#5，#6，#7，#8低加1 kg凝結(jié)水的比焓升；hwj(j=d，6，7)分別代表低低溫省煤器和#6，#7低加出口凝結(jié)水比焓；hd為低低溫省煤器出水比焓。

表1 600 MW運(yùn)行工況下回?zé)岢槠匦杂?jì)算結(jié)果Tab.1 Calculation results of regenerative extraction steam characteristics under 600 MW operating conditions

以某600 MW超臨界機(jī)組為例，600 MW運(yùn)行工況下的抽汽效率計(jì)算結(jié)果見表1。

2.2.4 低低溫省煤器投入后熱耗降低值

熱耗降低值Δq按下式計(jì)算。

Δq=Δhz×q/(h+Δhz) ，

(9)

式中：q為汽輪機(jī)熱耗，汽輪機(jī)性能驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)據(jù)為7 837 kJ/(kW·h)。

計(jì)算得低低溫省煤器投#6低加入口時(shí)，熱耗降低50.58 kJ/(kW·h)。

2.2.5 低低溫省煤器投入后排擠抽汽對發(fā)電煤耗的影響

發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗節(jié)省量Δbs按下式計(jì)算。

Δbs=Δq/(ηp×ηb×29 306) ，

(10)

式中：ηp，ηb分別為管道效率和鍋爐效率，取設(shè)計(jì)值ηp=0.990，ηb=0.935。

計(jì)算得Δbs為1.86 g/(kW·h)。

低低省煤器盡管降低了鍋爐排煙溫度，但并未改變鍋爐效率的主要原因是鍋爐排煙損失是按空氣預(yù)熱器出口煙溫計(jì)算的，并不受其下游低低溫省煤器煙氣參數(shù)的影響。

2.2.6 低低溫省煤器投入后汽輪機(jī)真空度變化影響發(fā)電煤耗

對于濕冷汽輪機(jī)，背壓的增量Δpc與冷凝蒸汽增量的關(guān)系可按下式估算[3]。

Δbc=2.4Δpc，

(11)

Δpc=2.059ΔDc/Dc，

(12)

ΔDc=∑Dj-ΔD0，

(13)

式中：Δbc為背壓上升引起的煤耗增量，根據(jù)某汽輪機(jī)廠家提供的背壓-熱耗修正曲線計(jì)算得出，600 MW汽輪機(jī)背壓每上升1 kPa，煤耗上升2.4 g/(kW·h)；Dc為凝汽器冷凝量；ΔD0為投入低低溫省煤器后汽輪機(jī)新汽量減少值，可由Δb計(jì)算得到；∑Dj為各級(jí)抽汽減少抵達(dá)凝汽器的總量。

Dj=qVjτj/qj，

(14)

ΔD0=∑Dj(hj-hc)d，

(15)

式中：qVj為低低溫省煤器出水匯入第j級(jí)入口流量；τj為第j級(jí)低加1 kg凝結(jié)水的比焓升[1]。

根據(jù)以上公式計(jì)算得出某國產(chǎn)600 MW機(jī)組投入低低溫省煤器影響真空量度及煤耗，見表2。

2.2.7 低低溫省煤器投入對發(fā)電煤耗總影響量

低低溫省煤器投入后，對發(fā)電煤耗影響量為排擠抽汽帶來的發(fā)電煤耗降低值與背壓下降帶來的發(fā)電煤耗升高值之和。

表2 600 MW機(jī)組投入低低溫省煤器后對真空度及煤耗的影響Tab.2 Effect of the operation of low-low temperature economizer on vacuum degree and coal consumption of 600 MW unit

Δb=Δbs-Δbc=1.63 g/(kW·h) 。

(16)

3 不同運(yùn)行方式下低低溫省煤器節(jié)能量對比

上面算例計(jì)算了此低低溫省煤器在600 MW負(fù)荷工況，回水投#6低加進(jìn)口的節(jié)能量。同樣方法可以計(jì)算其他回水切投方式在不同負(fù)荷下的節(jié)煤量。

通過收集機(jī)組在600，450，300 MW典型負(fù)荷工況下、低低溫省煤器回水分別投#6低加進(jìn)口與出口的運(yùn)行參數(shù)，并進(jìn)行了節(jié)能量計(jì)算及對比，見表3。

表3 不同負(fù)荷、不同回水切換方式下低低溫省煤器節(jié)約煤耗Tab.3 Coal saving of low-low temperature economizer under different loads and different return water switching modes g/(kW·h)

4 低低溫省煤器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的應(yīng)用

本文基于某廠低低溫省煤器運(yùn)行參數(shù)計(jì)算得出了低低溫省煤器的節(jié)能量，找到了低低溫省煤器變工況下的最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。對于同類型低低溫省煤器技改調(diào)試以及改造后機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的優(yōu)化，有較好的參考借鑒意義。另外，根據(jù)多種運(yùn)行工況、多臺(tái)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，還可以得出幾個(gè)有益的推論及應(yīng)用。

(1)低低溫省煤器投入后，在不同負(fù)荷下的節(jié)能量并非一成不變，基本呈現(xiàn)低負(fù)荷段節(jié)能量較高的規(guī)律。

(2)最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式并非一成不變，主要區(qū)別在于回水切投位置。本算例中，在高負(fù)荷下低低溫省煤器回水投#6低加入口更加經(jīng)濟(jì)，在低負(fù)荷下低低溫省煤器回水投#6低加出口更加經(jīng)濟(jì)。低低溫省煤器回水切投方式的不同，對節(jié)能量的影響差別很大，發(fā)電煤耗最大可相差0.4 g/(kW·h)。雙路取水、雙路回水的低低溫省煤器比單路取水、單路回水的低低溫省煤器有著更加靈活的運(yùn)行方式，更加有利于挖掘低低溫省煤器的節(jié)能潛力。

(3)在機(jī)組變負(fù)荷過程中，要保證低低溫省煤器始終在最經(jīng)濟(jì)方式下運(yùn)行，就必須掌握一個(gè)合適的時(shí)機(jī)切投低低溫省煤器回水，參考本文算例，最佳切投低低溫省煤器回水的時(shí)機(jī)是低低溫省煤器出水溫度等于待切投凝結(jié)水溫度，即低低溫省煤器回水溫度要始終大于等于待切投的凝結(jié)水溫度。

(4)低低溫省煤器的節(jié)能效果除了與機(jī)組負(fù)荷率相關(guān)外，還與季節(jié)相關(guān)，即冬季排煙溫度較低，節(jié)能量較小，夏季排煙溫度較高，節(jié)能效果較好。

(5)低低溫省煤器的節(jié)能效果還與設(shè)備健康狀況高度相關(guān)，在機(jī)組超低排放運(yùn)行的大背景下，脫硝下游硫酸銨鹽的沉積將對空氣預(yù)熱器、低低溫省煤器的換熱效果造成極大影響，同時(shí)也影響了低低溫省煤器的經(jīng)濟(jì)性能。筆者在某廠4臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了相同類型的低低溫省煤器改造，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、低低溫省煤器的回水切換時(shí)機(jī)有著明顯的差別。