文_王騫 于鵬杰 史月濤

1 華電國際鄒縣發(fā)電廠 2 山東大學(xué)能源與動力工程學(xué)院

燃煤發(fā)電是我國電力生產(chǎn)的主要形式。但燃煤電站鍋爐普遍存在排煙溫度高，排煙損失大，換熱布置不合理，低溫段煙氣余熱利用與汽輪機回?zé)嵯到y(tǒng)參數(shù)匹配不協(xié)調(diào)等問題，若充分利用這部分余熱，可以進一步提高電廠熱效率。其中，煙氣余熱利用是提高火電廠熱效率有效方式之一。目前，燃煤電站煙氣余熱利用最直接的方式是增加尾部換熱設(shè)備。常規(guī)余熱利用方式空預(yù)器出口布置低溫省煤器加熱凝結(jié)水，但其節(jié)能效果有限；在空氣預(yù)熱器旁路煙道中設(shè)置低溫省煤器能夠高效利用煙氣余熱，但旁路煙道系統(tǒng)會影響煙氣的分流從而影響空氣預(yù)熱器換熱，導(dǎo)致一系列運行問題；新型余熱利用將換熱器分級布置，以實現(xiàn)能量的梯級利用。

深度降煙溫余熱利用系統(tǒng)能夠有效利用鍋爐出口高溫?zé)煔獾臒崃?，以高、低能級形式加熱汽輪機凝結(jié)水和鍋爐送風(fēng)，有效梯級利用能源，降低熱電廠的熱耗，提高能源利用率。本文為了測定深度降煙溫系統(tǒng)投運后的綜合節(jié)能效果，節(jié)能減排、提高機組效率，將煙道尾部換熱器分級布置，對某電廠3號機組進行深度降煙溫系統(tǒng)性能試驗。并通過商業(yè)仿真軟件EBSILON建立模型，將模型進行變工況流程模擬，得到的模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進一步比較分析，以得到不同工況深度降煙溫系統(tǒng)的最佳取水溫度和最佳取水量，為現(xiàn)場運行提供指導(dǎo)。

1 機組概況

某電廠3號機組為335MW燃煤機組，鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG-1025/17.44-M844亞臨界壓力中間一次再熱控制循環(huán)汽包爐，單爐膛π型露天布置，高強度螺栓全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，爐前布置三臺沈陽水泵廠引進德國KSB技術(shù)制造的低壓頭鍋爐循環(huán)泵，爐后尾部布置二臺三分倉容克式空氣預(yù)熱器，直徑為10.3m，轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式一、二次風(fēng)分隔布置，一次風(fēng)分隔角度為50°。

汽輪機組為C320-16.7/0.8/538/538型亞臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、抽汽凝汽式汽輪機，背壓為5.39kPa，機組設(shè)有八段抽汽分別供給三臺高壓加熱器、一臺除氧器和四臺低壓加熱器。機組配套的凝汽器為N-17000-2型，單殼體、對分雙流程表面式凝汽器, 最大循環(huán)水流量為34176 t/h。

2 深度降煙溫余熱利用裝置

深度降煙溫余熱利用裝置是利用鍋爐尾部煙氣余熱加熱凝結(jié)水和鍋爐送風(fēng)。深度降煙溫余熱利用系統(tǒng)在設(shè)計THA工況下大大降低脫硫塔進口煙溫，能級提升裝置高能級段布置在電除塵器前水平煙道內(nèi)，低能級段布置在脫硫塔入口煙道內(nèi)，冷端保護裝置布置在一、二次風(fēng)機出口風(fēng)道內(nèi)。高、低能級熱力系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 高、低能級熱力系統(tǒng)

高能級段與主凝結(jié)水系統(tǒng)成并聯(lián)布置，入口管道設(shè)計有增壓泵，其進口水取自8號低加入口和7號低加出口，經(jīng)高能級段吸收煙氣余熱后，返回至5號低加入口。

低能級段與主凝結(jié)水系統(tǒng)成并聯(lián)布置，入口管道設(shè)計有增壓泵，其進口水取自8號低加入口和7號低加出口，經(jīng)低能級段吸收煙氣余熱后，進入冷端保護裝置，加熱鍋爐送風(fēng)，回水至8號低加入口。冷端保護裝置出口回水支管設(shè)計有調(diào)節(jié)閥用于自動調(diào)節(jié)各風(fēng)道風(fēng)溫偏差。低能級段進口水溫通過8號低加入口調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)。

3 試驗及建模

某電廠3號335MW機組煙氣余熱利用優(yōu)化試驗完成了3號機組深度降煙溫系統(tǒng)在不同負荷工況下的對比試驗。試驗標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)如下：

①GB/T 8117.1-2008 汽輪機熱力性能驗收試驗規(guī)程第1部分：方法A 大型凝汽式汽輪機高準(zhǔn)確度試驗。②水和水蒸汽性質(zhì)計算采用國際公式化委員會1967年工業(yè)用IFC水和水蒸汽狀態(tài)方程。③設(shè)計、制造技術(shù)文件、資料，以及相關(guān)的合同文件。

試驗結(jié)果如表1所示。因現(xiàn)場條件限制，低能級無法退出，并保持低能級出口煙溫在（85.5±4）℃波動范圍內(nèi)。

表1 3號335MW機組煙氣余熱利用試驗工況匯總表

根據(jù)電廠設(shè)計資料，基于電站模擬軟件EBSILON分別搭建鍋爐和汽輪機模型，分別模擬這兩個模塊在設(shè)計工況下的運行狀態(tài)，運行無誤后調(diào)整個別參數(shù)，最終將模擬結(jié)果與設(shè)計資料進行比對驗證。驗證完成后，將鍋爐與汽輪機模型耦合，運行成功后在鍋爐尾部煙道加入深度降煙溫系統(tǒng)，繼續(xù)調(diào)整參數(shù)，直至運行結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi)。并根據(jù)設(shè)計資料，將模型進行變工況模擬。搭建的系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 深度降煙溫余熱利用系統(tǒng)圖

4 模型模擬運行工況下各參數(shù)影響規(guī)律

分別在模型中模擬240MW、280MW和320MW三個負荷下高能級水溫和水量對系統(tǒng)的影響規(guī)律，前提分別為保證另一個量不變。

將試驗工況及模擬運行工況的熱耗率作為對比指標(biāo)，其指標(biāo)的計算公式如下：

式中q-機組熱耗率，kJ/(kW·h)；Q主汽-主蒸汽熱量，kW；Pe-汽輪機發(fā)電功率，kW。

下面為高能級取水水溫、取水水量的變化規(guī)律。

4.1 高能級取水水溫變化規(guī)律

模型模擬高能級取水水溫影響熱耗率規(guī)律如圖3（含試驗數(shù)據(jù)）所示。水溫從55℃變到80℃，每隔5℃做一次模擬。

圖3 高能級取水溫度影響規(guī)律

高能級取水水溫對熱耗、煤耗的影響如圖所示，模型模擬運行工況值與試驗值較好吻合，240MW時，在試驗取水水量為300t/h、430t/h，以及280MW和320MW在試驗取水水量下，高能級試驗取水水溫對熱耗的影響模擬值與試驗值相對誤差均在2%內(nèi)，驗證了模型的準(zhǔn)確性。

由模擬運行工況可得，這4組取水水溫影響規(guī)律為：隨著取水水溫的不斷升高，熱耗率不斷減小。

試驗工況與模型模擬工況的高能級取水水溫影響規(guī)律一致，高能級取水水量不變的情況下，隨取水溫度升高，不斷降低，并且排擠五段、六段、七段、八段抽汽，減小的抽汽量會在汽輪機中繼續(xù)做功，使得發(fā)電量Pe升高，所以機組熱耗率隨取水溫度升高降低，最優(yōu)點在圖中各工況最低點。

4.2 高能級取水水量變化規(guī)律

240MW、280MW、320MW模型模擬高能級取水水量影響熱耗率規(guī)律如圖4（含試驗數(shù)據(jù)）所示。240MW模型水量從100 t/h變到500 t/h，280MW模型水量從200t/h變到600t/h，320MW模型水量從160t/h變到620t/h，每隔20t/h做一次模擬。

圖4 高能級取水水量影響規(guī)律

高能級取水水量對熱耗的影響如圖所示，模型模擬運行工況值與試驗值較好吻合，240MW取水溫度為55℃、65℃、75℃時，280MW取水溫度為52℃時，以及320MW取水溫度為57℃、66.5℃、75℃時，高能級試驗取水水量對熱耗的影響模擬值與試驗值相對誤差均在2%內(nèi)，驗證了模型的準(zhǔn)確性。

由模擬運行工況可得，這4組取水水量影響規(guī)律為，隨著取水水量的增加，熱耗率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，同一取水溫度下，取水水量存在一個最佳值使得熱耗率最低；并且當(dāng)電廠負荷為240MW時，隨著取水溫度的升高，每個溫度下的最佳取水水量也呈現(xiàn)增加趨勢，最佳取水水量對應(yīng)的熱耗率不斷降低。

試驗工況與模型模擬工況的高能級取水水溫影響規(guī)律一致，高能級取水溫度不變的情況下，隨著取水流量的升高，經(jīng)過與煙氣換熱后的溫度不斷降低，排擠汽輪機低壓缸中六段、七段及八段抽汽，增加五段抽汽，導(dǎo)致原因是隨高能級取水量的增加，先降低后升高，發(fā)電量Pe先升高后降低，因而存在一個取水水量的最佳值使得熱耗率最低。當(dāng)取水水量超過最佳水量后，五段抽汽不斷增加，蒸汽在汽輪機中的做功量不斷減少，使得熱耗率不斷升高。最優(yōu)點在圖中最低點。

5 結(jié)語

3號335MW機組尾部煙道增設(shè)高、低能級后，通過比較分析試驗結(jié)果和模擬運行工況結(jié)果，得出高能級取水水溫、取水水量的變化規(guī)律。當(dāng)取水水量一定時，隨著取水水溫的不斷升高，熱耗率不斷減??；當(dāng)取水水溫一定時，隨著取水水量的增加，熱耗率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，同一取水溫度下，取水水量存在一個最佳值使得熱耗最低。試驗工況下的最優(yōu)點如下：240MW取水水量300t/h、430t/h，280MW取水水量615t/h，320MW取水水量610t/h的最佳取水溫度均為80℃。240MW，取水溫度為55℃、65℃、75℃時，最佳取水流量分別為200t/h、260 t/h、300 t/h；280MW，取水溫度52℃時，最佳水量為260t/h；320MW，取水溫度為57℃、66.5℃、75℃時，最佳水量分別為220 t/h、240 t/h、280 t/h。