锅炉余热利用系统研究

钱柜777娱乐官网

2018-04-02 18:18:15

目前,排烟热损失占到了燃煤电站锅炉热损失总量的29g/kwh。此外,排烟温度还是影响机组运行经济性和安全性的重要因素,锅炉排烟温度上升会造成湿法脱硫减温水量增加,烟气体积流量增大,飞灰比电阻增大,电除尘器效率下降,严重时除尘器滤袋还会出现高温氧化腐蚀。采用低压省煤器回收烟气余热,被认为是一项可降低排烟温度,提高燃煤机组热经济性的有效措施。排烟余热可用来加热回热系统凝结水、一次风、热网水、干燥燃料,还可作为水媒式烟气加热器(mggh)的热源。目前,应用较多的仍是利用排烟余热加热回热系统凝结水,排挤部分回热系统抽汽,返回汽轮机做功,提高机组热经济性。为配合某300mwcfb锅炉机组进行的超低排放改造,在锅炉尾部烟道内布置低压省煤器来降低排烟温度,并对设计方案进行优化以及热经济性分析。 某电厂5-m802,亚临界中间再热、单锅筒自然循环。锅炉采用岛式布置、全钢构架悬吊结构,炉底采用水冷一次风室结构,炉膛采用气密式水冷壁,炉前布置两级破碎制煤系统,燃料由回料腿以及炉膛两侧墙给煤口进入炉膛。锅炉实际运行排烟温度为140℃,为配合电厂进行的超低排放改造,拟在锅炉尾部烟道内布置低压省煤器。考虑燃用煤质以及低温腐蚀等因素,排烟温度降至120℃左右,排烟余热用于加热回热系统凝结水,回热系统如图1所示。锅炉设计燃用煤质数据见表1,回热系统主要参数见表2。 低压省煤器一般布置于锅炉尾部烟道内,水侧与回热系统连接,通过吸收排烟余热加热回热系统凝结水,被排挤的部分抽汽,返回汽轮机中继续做功。增设低压省煤器后,可以保证机组在燃料投入量不变的情况下,提高机组热经济性。 表3为低压省煤器布置方案的优缺点。由表3可知,方案2和方案4在有效利用排烟余热的同时,可提高电除尘效率,减少脱硫减温水量。由于本次改造排烟温度降幅在20℃左右,采用布置方案2较为合理。 低压省煤器与水侧连接方案主要有串联和并联2种。相比于串联系统,并联系统无需增加凝结水泵的压头,采用级间压降即可保证低压省煤器内凝结水流动。因此,低压省煤器系统与回热系统一般采用并联。 低压省煤器受热面可选用光管、螺旋肋片管和h型翅片管。相比于光管,螺旋肋片管和h型翅片管换热面积较大、传热性能较好。对于除尘器之前的换热器,烟气中灰浓度较高,螺旋肋片管易磨损和积灰,采用h型翅片管较好;对于引风机之后的换热器,由于经除尘器后烟气中灰浓度极低,可采用换热效率更高的螺旋肋片管。此外,在相同条件下,顺列管束最大磨损量较错列管束少3~4倍。因此,采用顺列布置可减轻烟气对管束的磨损。 低压省煤器布置在锅炉尾部烟道内,烟温降幅应结合实际排烟温度以及燃用煤中硫分,确定烟气酸露点温度,防止排烟温度过低,腐蚀受热面和除尘器滤袋。由于除尘器前烟气中飞灰浓度较高,易对受热面造成磨损,影响低压省煤器使用寿命。因此,方案设计要遵循以下原则: 1)防腐原则。由于烟气侧对流放热系数远小于水侧,管壁温度与水温接近。若省煤器入口水温偏低,进口管壁温度接近水露点温度,易造成受热面严重低温腐蚀。因此,应根据燃用煤种来确定最低允许壁温并合理控制入口水温,以保证管束最低壁温高于水露点25℃以上,避开严重低温腐蚀区。 2)防磨原则。除尘器前烟气具有飞灰浓度较高、流速较快的特点,由于管壁磨损量与烟气流速以及烟气中飞灰浓度成正比,若低压省煤器布置于除尘器前,应考虑受热面磨损问题,采取防磨措施。 3)强化传热原则。由于省煤器后尾部烟道内剩余空间较为紧凑,为降低排烟温度需适应烟道几何尺寸,必要时应采取强化换热的措施,来提高换热效率。同时,还应考虑烟道阻力增加对引风机出力的影响。 根据锅炉实际运行现状以及设计原则,在低压省煤器的优化设计中应考虑以下约束条件: 1)出水温度约束。出口水温应低于低压省煤器的入口烟温θ\'。此外,出口水温应低于所排挤第i级低加抽汽的出口凝结水温度t″i。因此,低压省煤器出口水温t″d需满足:t″d≤min{θ\',t″i}。 2)烟气流速约束。当烟气流速过大,会增加对低压省煤器管壁的磨损,而烟气流速过小,会造成省煤器管间积灰。应根据低压省煤器管壁的抗磨损以及积灰程度确定烟气流速wy在合理区间内:wminy≤wy≤wmaxy。 3)最大介质焓升约束。当低压省煤器与回热系统并联连接时,为确保省煤器引出点下一级低压加热器的抽气量不出现负值,需保证低压省煤器出口水的焓值h″d与低压省煤器引出点上一级低压加热器出口水的焓值h\'i之和低于引出点下一级低压加热器出口水焓值hi″ 1,即βh″d (1-β)hi″<hi″ 1,其中,β为分水系数。 当考虑低温腐蚀问题时,低压省煤器进出口采用“两点取水,一点回水”的水温调节方式,即由低压加热器引出0℃,表明排烟余热只能用 于加热4~6号低压加热器之间凝结水。因此,提出3个低压省煤器方案进行烟气余热的回收,具体连接方案如图2所示。 方案1:分别从6号低压加热器的进、出口取水汇集后,引入低温省煤器入口,再从低温省煤器出口引至5号低压加热器的出口;方案2:分别从6号低压加热器的进口和5号低压加热器的出口取水汇集后,引入低温省煤器入口,再从低温省煤器出口引至4号低压加热器的进口;方案3:分别从5号低压加热器的进、出口取水汇集后,引入低温省煤器入口,再从低温省煤器出口引至4号低压加热器的进口。 由于低压省煤器与回热系统连接方式直接影响到机组运行的经济性。本文利用等效焓降法对不同连接方式下的经济性进行分析,具体方法是:将低压省煤器吸收的排烟余热作为纯热量引入回热系统,而锅炉产生lkg新汽的能耗不变,在这个前提下,系统所有排挤抽汽所增发的功率都将使汽轮机效率提高。1kg汽轮机新汽,其全部做功量称为新汽等效焓降,记为h。所有排挤抽汽所增发功量称为等效焓降增量,记为Δh,计算公式为 式中,d为机组汽耗率,kg/kwh;ηjd为汽轮机电效率,%;τj为所绕过的各低加工质焓升,kj/kg;ηj为所绕过的各低加抽汽效率,%。热耗率降低Δq按下式计算: 式中,qnet,ar为燃煤低位发热量,kj/kg;ηcp为全厂热效率,%。机组降低煤耗量Δb为 式中,ηg、ηb分别为管道效率和锅炉效率。 在300mw工况下,锅炉排烟温度为140℃,为了保证余热回收装置的安全运行,防止排烟温度过低对低压省煤器受热面的腐蚀,需对烟气酸露点进行计算,我国燃煤锅炉烟气酸露点计算普遍采用1973年前苏联出版的《锅炉机组热力计算标准方法》中的公式。 式中,tp为烟气酸露点温度,℃;tld为烟气水露点温度,℃;α(h2o)为水蒸气体积占烟气体积的百分数,%;αfh为飞灰占总灰量的份额,%;sn和an分别为燃料的折算硫分和灰分,采用如下公式进行计算。 式中,sar、aar为燃料的收到基含硫量、灰分,%。 采用上述式子锅炉烟气酸露点进行计算,计算结果见表4。 上述式子主要是采用苏联出版的《锅炉机组热力计算标准方法》对煤粉锅炉烟气酸露点温度进行计算,但用于循环流化床锅炉酸露点温度计算偏保守,这主要是由于在循环流化床锅炉内,不仅煤本身具有一定的自脱硫效果,并且炉内添加石灰石进行脱硫,将有效减少烟气中so2的浓度以及向so3转化的总量,并且循环流化床锅炉飞灰颗粒孔隙率较高,对so3的吸附作用明显,上述两者共同作用,将使循环流化床锅炉烟气中的so3浓度远低于煤粉锅炉。 为了体现循环流化床锅炉的自脱硫和炉内脱硫效果,有文献将其修正为 式中,ηtl为循环流化床锅炉的计算炉内脱硫效率,%。 表4中酸露点的计算结果表明,采用1973年前苏联出版的《锅炉机组热力计算标准方法》中的计算方法,在bmcr工况下,排烟温度下降至120℃,与计算酸露点温度仍相差将近17℃,可有效保证低压省煤器的安全运行;如采用对循环流化床锅炉烟气酸露点的修正计算方法(表4),在bmcr工况下,排烟温度下降至120℃,与计算酸露点温度相差将近50℃,表明该锅炉仍有进一步降低排烟温度,提高烟气余热利用的空间。因此,锅炉排烟温度由140℃降至120℃,仍高于烟气酸露点,低压省煤器运行也较为安全。 当排烟温度由945t,可有效提高机组的热经济性。 1)针对某电厂排烟温度较高的问题,结合电厂需进行超低排放的实际情况,将排烟温度由140℃降至120℃,回收的烟气余热进入回热系统,从而提高机组经济性。 2)根据低压省煤器系统设计的原则及参数要求,通过优化设计,确定在空气预热器与除尘器之间顺列布置h型鳍片管省煤器,提出3个布置方案,并对方案的热经济性进行分析。