600mw汽輪機(jī)低壓省煤器連接方式的經(jīng)濟(jì)性分析

600mw汽輪機(jī)低壓省煤器連接方式的經(jīng)濟(jì)性分析

低壓省煤器主要作用機(jī)理現(xiàn)階段，我國許多電廠采用蒙煤混合燃燒和純蒙碳火，降低了發(fā)電成本。由于褐煤水高，發(fā)熱值低，燃料消耗嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)用煤，如鍋爐排氣溫度高、排放熱損失損失增加、磨損機(jī)數(shù)量不足、噴射口堵塞等。它不僅對(duì)鍋爐的運(yùn)營(yíng)效率有顯著影響，而且對(duì)機(jī)組的運(yùn)營(yíng)安全有重大影響。針對(duì)褐煤摻燒造成鍋爐排煙溫度嚴(yán)重高于設(shè)計(jì)值問題,為了充分吸收鍋爐排煙余熱,常采用加裝低壓省煤器來提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,由于低壓省煤器在汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)中具有諸多連接方式,并且不同連接方式對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性具有不同的影響程度。本研究針對(duì)某電廠褐煤摻燒實(shí)際運(yùn)行狀況,利用等效焓降原理對(duì)低壓省煤器水側(cè)5種連接方式進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性分析,提出600MW燃煤鍋爐低壓省煤器水側(cè)最佳連接方案。1鍋爐、發(fā)電機(jī)組性能試驗(yàn)對(duì)比某電廠600MW發(fā)電機(jī)組鍋爐為HG-1795/26.15-YM4型。該電廠汽輪機(jī)型號(hào)為CCLN600-25/600/600的超超臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、凝汽式汽輪機(jī)。為了分析機(jī)組存在的問題,在機(jī)組大修前,對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)進(jìn)行性能診斷試驗(yàn)。鍋爐側(cè),由于進(jìn)行褐煤摻燒,鍋爐年平均排煙溫度年高達(dá)159℃,排煙熱損失為7.17%,鍋爐效率為91.2%,發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為294.7g/(kW·h)。鍋爐性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。試驗(yàn)時(shí),燃用煤種元素分析、工業(yè)分析結(jié)果如表2所示。通過分析,由于入爐煤種水分的增加引起煙氣量大量增加,煙氣比熱增大,煙氣在對(duì)流受熱面溫降減小,造成排煙溫度高較設(shè)計(jì)值升高30℃,排煙熱損失增加2.42%,鍋爐效率降低2.1%。表3為THA工況下汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)低壓加熱器經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)。2低壓省煤器水側(cè)連接方式的確定通過技術(shù)分析,該電廠擬采用加裝低壓省煤器來降低排煙溫度,提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性,但是低壓省煤器在汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)中的連接方式直接影響到經(jīng)濟(jì)效果及運(yùn)行安全、可靠性,因此低壓省煤器水側(cè)連接方式對(duì)于低壓省煤器優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。分析低壓省煤器的熱經(jīng)濟(jì)性時(shí),可利用等效熱降原理將低壓省煤器在鍋爐尾部煙道吸收的排煙余熱視為余熱利用,這將給定量計(jì)算分析帶來很大的方便。2.1低壓省煤器熱經(jīng)濟(jì)性分析低壓省煤器的串聯(lián)系統(tǒng),如圖1所示。從低壓加熱器No.j-1出口引出全部凝結(jié)水DH,進(jìn)入低壓省煤器系統(tǒng),在低壓省煤器吸收排煙余熱加熱升溫后,全部返回至低壓加熱器No.j入口,從凝結(jié)水系統(tǒng)看,低壓省煤器串聯(lián)在低壓加熱器之間,成為熱力系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。對(duì)于串聯(lián)低壓省煤器系統(tǒng),有熱量Qd利用低壓省煤器回收進(jìn)入汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng),如圖1所示。相對(duì)1kg新蒸汽來說,熱系統(tǒng)得到的低壓省煤器熱量為:qd=QdD=DΗ(h″d-h′d)D=αΗ(h″d-h′d)(1)qd=QdD=DH(h′′d?h′d)D=αH(h′′d?h′d)(1)式中:D—新蒸汽量,kg/s;h′d、h″d—低壓省煤器進(jìn)出口水焓值,kJ/kg;qd為低壓省煤器的單位工質(zhì)熱負(fù)荷,是一個(gè)純熱量,并利用No.j能級(jí),按等效熱降的基本法則,其新蒸汽等效熱降增加:ΔH=qdηj(2)式中:qd—低壓省煤器的單位工質(zhì)熱負(fù)荷,kJ/kg;ηj—j級(jí)低壓加熱器抽汽效率,%;ΔH—新蒸汽等效熱降增加值,kJ/kg。低壓省煤器使機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性相對(duì)提高,則δηj(%):δηj=ΔΗΗ×100(3)δηj=ΔHH×100(3)式中:H—新蒸汽等效熱降值,kJ/kg;從式(3)看出,對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng),低壓省煤器的熱經(jīng)濟(jì)性取決于qd和ηj的大小,qd越大,低壓省煤器的熱負(fù)荷越大,則排煙溫度降低幅度越大,排煙余熱利用程度越高,低壓省煤器的熱經(jīng)濟(jì)性收益越高;ηj越大,排煙余熱利用能級(jí)越高,經(jīng)濟(jì)效益越大。但是在提高余熱利用能級(jí)ηj的同時(shí),低壓省煤器出口煙氣溫度將會(huì)提高,這樣會(huì)降低排煙余熱利用程度。2.2低壓省煤器等效熱降計(jì)算低壓省煤器的并聯(lián)系統(tǒng),如圖2所示。低壓省煤器并聯(lián)系統(tǒng)從低壓加熱器No.x入口分流部分凝結(jié)水Dd流經(jīng)低壓省煤器,吸收排煙余熱被加熱升溫后返回汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng),在低溫加熱器No.m-1的出口處與主凝結(jié)水相匯合。從凝結(jié)水流系統(tǒng)看,低壓省煤器與No.x至No.m-1低壓加熱器成并聯(lián)方式。對(duì)于并聯(lián)式低壓省煤器系統(tǒng),如圖2所示,低壓省煤器可以并聯(lián)一個(gè)或幾個(gè)低壓加熱器,經(jīng)過低壓省煤器的凝結(jié)水量Dd相對(duì)于1kg新蒸汽的份額為:αd=Dd/D(4)式中,Dd—經(jīng)過低壓省煤器的凝結(jié)水量,kg/s;D—主蒸汽流量,kg/s;依據(jù)等效熱降原理,份額αd的熱水從低壓加熱器No.x入口引出熱系統(tǒng),從低壓加熱器No.m-1的出口進(jìn)入熱系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)獲得的實(shí)際做功收益為:ΔΗ=βd[(hd-hm-1)ηm+m-1∑r=1τrηr](5)式中:βd—分水流量系數(shù),%;hd—低壓省煤器出口凝結(jié)水焓,kJ/kg;hm-1—低壓加熱器No.m-1出口凝結(jié)水焓,kg/kJ;ηm—低壓加熱器No.m抽汽效率,%;m-1∑r=1τrηr—并聯(lián)各級(jí)低壓加熱器的抽汽效率與凝結(jié)水焓升乘積之和,kJ/kg;低壓省煤器將機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性提高相對(duì)量:δηi=ΔΗΗ×100(6)式中,ΔH—新蒸汽等效熱降增加值,kJ/kg;H—新蒸汽等效熱降值,kJ/kg;對(duì)于余熱利用裝置來講,低壓省煤器并聯(lián)系統(tǒng)為典型的梯度開發(fā)、多級(jí)利用系統(tǒng),將排煙余熱分級(jí)利用在ηx~ηm-1之間的各個(gè)能級(jí)上,該系統(tǒng)是一種最佳的利用形式,就系統(tǒng)來說,它充分利用了熱系統(tǒng)擁有多能級(jí)的特點(diǎn),簡(jiǎn)單又自然地實(shí)現(xiàn)了排煙余熱的多級(jí)梯級(jí)開發(fā)利用。3低效率省煤器連接方案的經(jīng)濟(jì)分析3.1串聯(lián)的類型針對(duì)低壓省煤器連接方案的多樣性,擬采取5種連接方案:串聯(lián)在7、8號(hào)低壓加熱器之間、與7號(hào)低壓加熱器并聯(lián)、與6號(hào)低壓加熱器并聯(lián)、與6、7號(hào)低壓加熱器并聯(lián)、與5、6、7號(hào)低壓加熱器并聯(lián)。具體連接方案如表4所示。3.2熱經(jīng)濟(jì)性分析在600MW工況下,鍋爐排煙溫度試驗(yàn)值為160℃,擬定將排煙溫度降至130℃時(shí),單位煙氣焓降為223kJ/kg,燃煤量為345t/h,則煙氣總焓降為21370kJ。根據(jù)熱平衡,低壓省煤器吸收排煙余熱為21370kJ。考慮到汽輪機(jī)低壓加熱器運(yùn)行安全性,低壓省煤器分水流量系數(shù)βd小于等于0.5;同時(shí)考慮到受熱面布置情況,低壓省煤器出口溫度擬定為110℃,防止因傳熱溫差小引起低壓省煤器受熱面積增大,改造成本增加。根據(jù)各個(gè)連接方案吸收排煙余熱相等的前提下,利用等效焓降原理對(duì)表4中5種連接方案進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性定量分析計(jì)算。各方案低壓省煤器參數(shù)如表5所示。各個(gè)連接方式經(jīng)濟(jì)性計(jì)算結(jié)果如表6所示。由表6可以看出,方案2和方案3為機(jī)組效率提高值和煤耗降低量大約相等,但是方案3中低壓省煤器出口水溫高達(dá)117.4℃,低壓省煤器受熱面增大,增加改造成本,故方案3不可行。方案4和方案5隨著分水流量系數(shù)的減小,經(jīng)濟(jì)性增加,但是由于受到低壓省煤器出口水溫的制約,經(jīng)濟(jì)性均低于方案2。故方案2為600MW鍋爐低壓省煤器水側(cè)連接最佳連接方式。3.3煤耗降低算例根據(jù)連接方式優(yōu)化結(jié)果,該電廠進(jìn)行加裝低壓省煤器改造后,對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算,低壓省煤器出口溫度降至130℃,發(fā)電煤耗為292.9g/(kW·h)。與改造前相比,煤耗降低1.8g/(kW·h),實(shí)際改造應(yīng)用結(jié)果與方案2發(fā)電煤耗理論計(jì)算值偏差0.01g/(kW·h);機(jī)組按照年運(yùn)行6000h計(jì)算,年節(jié)省標(biāo)煤量為6480t,大大降低了發(fā)電成本,提高了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。4低壓省煤器與7號(hào)低壓加熱器串聯(lián)方式運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析(1)通過計(jì)算分析,采用加裝低壓省煤器措施來吸收排煙余熱、提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性具有現(xiàn)實(shí)可行性,但是低壓省煤器水側(cè)連接方式的選擇至關(guān)重要;(2)通過對(duì)600MW鍋爐