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        鍋爐啟動排汽回收技術(shù)構(gòu)建和應(yīng)用

        2020-06-08 10:54:32李森林
        關(guān)鍵詞:減壓器熱電廠噪音

        李森林

        (上海金聯(lián)熱電有限公司,上海 201506)

        引言

        熱電廠的運營負荷與用戶使用蒸汽量的多少密切相關(guān),事實是白天供熱量多,晚上供熱量少;冬季供熱量多,夏季供熱量少,這使得熱電廠鍋爐在一年內(nèi)發(fā)生多次開啟和停運。

        熱電廠由于受到容量、投資和管道布置等多方面因素的影響,多會采用單母管制系統(tǒng)[1]136-139,為滿足發(fā)電機組的蒸汽參數(shù)要求,該系統(tǒng)會造成鍋爐在每次升停爐過程中存在大量的蒸汽浪費、產(chǎn)生嚴重的噪音污染。噪音污染在工業(yè)領(lǐng)域中危害較大,特別是在鍋爐使用企業(yè),不僅會損害員工身心健康,還會對周邊居民生活環(huán)境造成嚴重影響[2]。鍋爐排汽噪音是低頻噪音,治理困難,為此很多鍋爐使用企業(yè)不得不采取高成本的降噪措施[3]。

        本文以某熱電廠為研究對象,開展項目調(diào)研與分析,以鍋爐啟動排汽回收為切入點,通過設(shè)備選型解決排汽浪費和噪音污染問題,并對節(jié)能降噪效果和經(jīng)濟性進行評估。

        1 項目調(diào)研與分析

        某熱電廠有3臺CFB循環(huán)流化床鍋爐。鍋爐參數(shù)為:額定流量130 t/h,額定壓力9.8 MPa,額定溫度535+5-10℃。主蒸汽管道采用單母管制系統(tǒng),由主蒸汽母管將蒸汽分配給3臺純背壓機發(fā)電組和4臺減溫減壓器。主要運行方式為:鍋爐的主蒸汽管道(9.8 MPa、535+5-10℃)經(jīng)過純背壓機組或者減溫減壓器后向熱網(wǎng)用戶提供0.98 MPa、280℃的過熱蒸汽。鍋爐根據(jù)供熱量需求而采取相應(yīng)的鍋爐啟停方式,每次鍋爐啟動升爐時,為了使蒸汽達到并入母管的要求和發(fā)電機組進汽參數(shù)的要求,通過啟動排汽管向空排出蒸汽[4],隨著升爐時間的推移,鍋爐蒸汽溫度、壓力等參數(shù)都會增加(如圖1所示),不但浪費了大量的蒸汽,還會產(chǎn)生噪音[5],此過程一般會持續(xù)3~5 h[6]。

        1.1 蒸汽浪費問題

        鍋爐啟動時,蒸汽的壓力達9.5 MPa、額定溫度達500℃才能夠并入主蒸汽母管[6]。根據(jù)圖1所示的鍋爐升爐曲線和現(xiàn)場實際升爐統(tǒng)計,每次鍋爐啟動會造成約100 t鹽水及其熱值的浪費。

        1.2 升爐排汽噪音問題

        該熱電廠鍋爐啟動過程中需要通過啟動排汽管道向空排放大量蒸汽,而蒸汽壓力、溫度和流量會逐漸升高。雖然在啟動排汽管道的末端裝設(shè)有新型小孔噴注型消音器[5],但仍然經(jīng)常有附近居民反映噪音很大。該熱電廠在2#鍋爐、3#鍋爐升爐過程中詳細進行了廠界噪音的測量,如圖2所示。結(jié)果表明,噪音值超過國家標準晝間不超過65 dB、夜間不超過55 dB的要求[7]。

        總之,必須從節(jié)約能源和降低噪音兩方面,對鍋爐升爐過程產(chǎn)生的啟動排汽進行回收利用,以實質(zhì)性地解決問題。

        圖1 鍋爐蒸汽溫度、壓力隨著時間的變化

        圖2 不同蒸汽壓力、流量下的噪音測量值

        2 設(shè)備選型

        進一步實地調(diào)查和分析該熱電廠的汽水系統(tǒng),如圖3所示。

        該熱電廠供熱參數(shù)見第1章。此外,蒸汽流量為0~60 t/h。

        2.1 減溫減壓器選型

        選擇一臺原有的減溫減壓器,作為鍋爐啟動排汽回收論證依據(jù)。以啟動排汽最高參數(shù)計算出減溫減壓器的參數(shù)。

        已知條件:新蒸汽流量60 t/h,壓力9.8 MPa,溫度525℃;減溫水壓力14.5 MPa,溫度158℃,由鍋爐給水;雙減后,蒸汽壓力0.98 MPa,溫度280℃。物質(zhì)平衡式和熱平衡式[1]199-205為

        其中,Dzq—新蒸汽流量,kg/h;Dps—減溫水流量,kg/h;Djwy—雙減后蒸汽量,kg/h;—未蒸發(fā)減溫水所占份額(0.3~0.35);h0—新蒸汽焓,kJ/kg;hjwy—雙減后蒸汽焓,kJ/kg;hps—減溫水焓,kJ/kg;h′jwy—雙減后飽和水焓,kJ/kg。

        根據(jù)焓熵表查得:hjwy=3009.59 kJ/kg,h0=3439.88 kJ/kg,hps=675.16 kJ/k g,h′jwy=758.73 kJ/kg。計算得:Dps=16 692.78 kg/h,Djwy=70 850.3 kg/h。該熱電廠有3臺減溫減壓器的流量都大于計算值,且其一次、二次過熱汽壓力、溫度都符合啟動排汽回收利用。

        以1#減溫減壓器為例,進行安全閥論證。根據(jù)啟動排汽特性,論證1#減溫減壓器的安全閥是否可用。通流量公式[8]為

        圖3 主蒸汽管道示意圖

        該熱電廠1#減溫減壓器額定流量為70 t/h,流量調(diào)節(jié)范圍為額定流量的10%~100%,啟動排汽最大蒸汽量為60 t/h。初步確定可以將1#減溫減壓器作為3臺鍋爐升停爐的汽水回收設(shè)備。

        2.2 新增管道選型

        根據(jù)鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量參數(shù),即額定壓力9.8 MPa、最大溫度540℃,初步選擇啟動排汽回收至1#減溫減壓器之間的管道。管道材料選用合金鋼12Cr1MoV[8],選用設(shè)計壓力取10.3 MPa[8]。管道尺寸選擇公式為

        2.3 投資回報周期

        根據(jù)章節(jié)2.1和2.2的研究論證,可以初步得出管道等材料的規(guī)格和數(shù)量。此時,進行以下工作:

        (1)對設(shè)計費用、管道和閥門費用、保溫費用、施工費用、檢測費用進行詢價和評估,需投資約23萬元。

        (2)節(jié)能回收費用根據(jù)鍋爐升爐曲線(即圖1)和該熱電廠歷年運行數(shù)據(jù)計算。平均每次回收蒸汽約95 t,焓值3 178.38 kJ/kg。將回收熱值折算成標煤量M,即

        取標煤價格800元/t,平均每年升停爐13次,則每年回收費用為10.72萬元。忽略資金時間價值的影響,靜態(tài)投資回收期約為2.14年。

        3 應(yīng)用

        3.1 項目實施

        圖4 蒸汽管道示意圖

        根據(jù)該熱電廠實際情況進行了項目設(shè)計和施工。將原1#減溫減壓器與母管進行切割分離,3臺鍋爐的主蒸汽母管在并爐閥前分別引出一路管道至1#減溫減壓器。項目施工完成后的蒸汽管道示意圖如圖4所示。其中,新增了啟動排汽回收管道,管道通徑為φ168 mm×14 mm,設(shè)計壓力為10.3 MPa,設(shè)計溫度為545℃,管道材質(zhì)為12Cr1MoVG,三只閥門采用電動焊接閘閥,型號為Z962Y-P54140V,DN150,截止閥實現(xiàn)遠程DCS操作。

        3.2 項目運行

        改造后鍋爐升爐過程運行流程如下:

        (1)鍋爐升爐時,若啟動排汽參數(shù)低于供熱參數(shù),則打開原有啟動排汽管道,通過原啟動排汽管道的消音器向空排出;

        (2)以任意一臺鍋爐升爐為例,若啟動過程中蒸汽參數(shù)高于供熱參數(shù)0.98 MPa、280℃,則只需要關(guān)閉向空排汽閥和并爐閥,將該鍋爐新增的閥門打開,通過減溫減壓器向用汽單位提供熱能產(chǎn)品。當該鍋爐的主蒸汽參數(shù)滿足并爐要求時,關(guān)閉新增的閥門,打開并爐閥門即可。改造后的噪音測量值如圖5所示。

        3.3 運行注意事項

        圖5 改造后的噪音測量值

        (1)鍋爐啟動過程中,應(yīng)同時對集汽集箱出口到并爐閥之間的主蒸汽管道進行暖管,暖管速度應(yīng)使溫升不超過1~1.5℃/min;

        (2)暖管時,可以用初期的啟動排汽進行,但一定要加強疏水,避免主蒸汽管道振動;

        (3)要嚴密監(jiān)視汽包的壁溫差,使其低于40℃[6],防止汽包受熱不均;

        (4)鍋爐啟動過程中,需要嚴密監(jiān)視水冷壁、過熱器等受熱面的溫度,防止水循環(huán)不良而過熱;

        (5)當啟動鍋爐的壓力比母管壓力低0.2~0.3 MPa、溫度比額定值低25℃左右時[6],可以停止啟動排汽回收,使之并入母管。

        4 結(jié)束語

        本文介紹了一種鍋爐啟動排汽回收技術(shù),通過現(xiàn)場調(diào)研、設(shè)備選型等技術(shù)改造措施,節(jié)約了投資成本,提高了資源利用效率。

        項目實施后,不但減少了水及熱能的浪費,還有效杜絕了噪音擾民的情況,對行業(yè)節(jié)能降噪有一定的參考意義。

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