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1、第2 9 卷，总第1 6 9 期2 0 1 1 年9 月，第5 期节能技术E N E R G YC O N S E R V A，r I O NT E C H N O L O G YV 0 1 2 9，S u m N o 1 6 9S e p 2 0 1 1，N o 5基于等效焓降法的低压省煤器系统经济性分析张红方1，王勇2。田松峰1，房林铁1(1 华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，河北保定0 7 1 0 0 3；2 天津大唐国际盘山发电有限责任公司设备部，天津3 0 1 9 0 7)摘要：降低排烟温度对于节能降耗、提高锅炉的安全可靠性具有重要的实际意义，低压省煤器系统在降低排
2、烟温度和提高机组热经济性中具有现实可行性。结合某电厂3 3 0M W 的发电机组，对低压省煤器热经济性原理和等效焓降法在低压省煤器中的应用进行分析，在保证机组经济安全运行和最优经济性下，理论分析低压省煤器的分水流量、进水温度和引出口位置的影响，并提出三种设计方案。根据等效焓降法对设计方案进行热经济性分析计算，结果表明设计方案一的节能效果优于其他两种设计方案。关键词：低压省煤器；热经济性；等效焓降法；节能降耗中图分类号：T K 2 2 3 3+3 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2 6 3 3 9(2 0 1 1)0 5 0 4 5 7 0 5E c o n o m i cA n a l
3、y s i so fL o wP r e s s u r eE c o n o m i z e rS y s t e mB a s e dO nT h eE q u i v a l e n tE n t h a l p yD r o pM e t h o dZ H A N GH o n g f a n g，W A N GY o n 9 2，T I A NS o n g f e n g，F A N GL i n t i e(1 N o r t h C h i n aE l e c t r i cP o w e rU n i v e r s i t y，M O E 童K e yL a bo fC
4、o n d i t i o nM o n i t o r i n ga n dC o n t r o lo fP o w e rP l a n tE q u i p m e n t，B a o d i n g0 710 0 3，C h i n a；2 C h i n aD a t a n gI n t e r n a t i o n a lC o r p o r a t i o nP a n s h a nP o w e rP l a n tL t d，T i a n j i n3 0 1 9 0 7，C h i n a)A b s t r a c t：R e d u c i n ge x h
5、 a u s tg a st e m p e r a t u r eh a si m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o re n e r g yc o n s u m p t i o n，s a f e t ya n dr e l i a b i h t yo ft h eb o i l e r L o wp r e s s u r ee c o n o m i z e rs y s t e mh a st h ep r a c t i c a lf e a s i b i l i t yf o rr e d u
6、c i n ge x h a u s tt e m p e r a t u r ea n di m p r o v i n gu n i th e a te c o n o m y I nt h ec a s eo f3 3 0M Wp o w e rp l a n t，t h et h e r-r e a le c o n o m i cp r i n c i p l eo fl o w-p r e s s u r ee c o n o m i z e rh e a t i n gs y s t e ma n da p p l i c a t i o no fe q u i v a l e
7、n te n t h a l p yd r o pm e t h o di nl o w p r e s s u r ee c o n o m i z e ra r ea n a l y s e d U n d e rt h ep r i n c i p l eo fe n s u r i n ge c o n o m i cs e c u r i t yo p e r a t i o na n do p t i m a le c o n o m y，t h ef l o wo fw a t e ra l l o c a t i o n，t h ei n l e tw a t e rt e m
8、 p e r a t u r ea n dc i t a t i o ne x-p e r tp o s i t i o no ft h el o wp r e s s u r ee c o n o m i z e ra r et h e o r e t i c a l l ya n a l y s e d，a n dt h r e ed e s i g n sa r ep r o p o s e d A c c o r d i n gt ot h ee q u i v a l e n te n t h a l p yd r o pm e t h o d，t h et h e r m a le
9、 c o n o m yo ft h ed e s i g n sa r ec a l c u l a t e d，a n dt h er e s u l t ss h o wt h a tt h ef i r s td e s i g ni sb e t t e rt h a nt h eo t h e rt w o K e yw o r d s：l o wp r e s s u r ee c o n o m i z e r；t h e r m a le c o n o m i cp r i n c i p l e；e q u i v a l e n te n t h a l p yd r
10、o pm e t h o d；e n-e r g yc o n s u m p t i o n收稿日期2 0 1 l 0 4 2 0修订稿日期2 0 1 l 0 6 一0 8作者简介：张红方(1 9 8 6 一)，女，硕士，研究方向为电站热力设备状态监测与控制。4 5 7 万方数据0 引言在电厂中，锅炉的排烟余热问题一直是困扰着人们的一个难题。排烟温度严重超温不仅影响电厂的热经济性，而且影响空气预热器的安全运行。为了利用排烟余热，节约能源，提高电厂的经济性，可在锅炉尾部设计安装低压省煤器。国内某电厂3 3 0M W 机组排烟温度在1 4 5，超出设计值，使锅炉效率严重下降，为此对其增装省煤器系
11、统以降低排烟温度，提高电厂的经济性。西安交通大学的林万超教授对低压省煤器系统的热经济性利用等效焓降理论进行了深入的分析。东北电力大学的周振起等利用锅炉排烟余热实现节能的方法，以电厂中机组增装低压省煤器为例，利用等效焓降原理进行热经济性分析，计算出其节能效果心J。自1 9 8 4 年以来，国内的很多电厂投入使用了低压省煤器系统，如山东龙口电厂、长春第二热电有限责任公司、河南省开封火电厂等等。这些电厂投入使用低压省煤器系统以后，排烟温度普遍降低2 0 3 0，极大地降低了标准煤耗，达到了节能的效果引。本文根据该电厂的实际运行情况，对低压省煤器的热经济性原理以及等效焓降法在低压省煤器中的应用进行理论
12、分析，提出三种设计方案，运用等效焓降法对提出的三种设计方案进行优化分析和计算，并比较节能的效果。1低压省煤器热经济性原理分析低压省煤器系统独立于主给水系统之外，利用排烟余热加热汽轮机温度较低的部分凝结水，替代汽轮机的某段抽汽，抽汽被排挤回汽轮机继续膨胀做功。使用低压省煤器后，进入凝汽器的冷凝分量增加，凝结水温度升高，因而增加了排汽热损失，降低了循环效率H。J。机组经济性是否提高成为关键。实际上，增设低压省煤器后，大量烟气余热进入回热系统，这是在没有增加锅炉燃料量的前提下，获得的额外热量，必以一定的效率转变为电功。这个新增功量要远大于汽机真空微降所引起的功量损失，所以机组经济性无例外都是提高的J
13、。所谓等效焓降法 J，是根据已选定的蒸汽初、终参数和回热参数，并以机组的新蒸汽流量和燃料供热量均系定值为前题，在这样的条件下，热力系统任何影响热经济性的微小变化，只与机组的功率变化有关，不会使各级抽汽流量全部发生变化，而只对某几级的抽汽流量和热量进行定量计算，即可求得4 5 8 整个热力系统变化的经济效果。假如有一股纯热量引入歹级加热器，J 级抽汽减少1k g，这1k g 的抽汽排斥返回汽轮机，它从J 级开始作功到凝汽器，凝结为水后吸收各级抽汽的热量升温回到级，完成一个局部的回热循环，所作的功日，为-级的等效焓降。低压省煤器的连接方式随圳如图l 所示，引水可以跨过一个或多个加热器流经低压省煤器
14、的分水流量为Q。，定义分水流量D。与给水总量D 0 之比为分水系数风。该份额的凝结水在低压省煤器中吸收热量Q d，焓值从h”。上升到h。对于并联系统热量q。不仅排挤第m 级加热器的抽汽，同时还排挤第m 级前所绕过的各级加热器(第z 到m l 级的抽汽)。这两部分排挤抽汽的做功之和则为机组的等效焓降增量m lA H=卢d (h”d h”。)，7。+三r f 叼(1)从上式可见，并联的低压省煤器系统是典型的梯度开发、多级利用的系统，它将排烟余热分级地利用于各个能级上。并联低压省煤器的热负荷计算公式r l0 m IQ d=D“(h”d h”。)+J r i 低压省煤器的单位工质热负荷m lq d=Q
15、 d D o=卢d (h”d h”。)+下i(2)把式(2)代入式(1)，化为m lA H=1 3 d (h”d h”。)+r，J 2；n l l(h”d h”。)叩。+r，7 f=q d(3)(h”d h”。)+三丁，J 2zm l(h”。一h”。)叼。+三J r f 7 f其中r b p=，叼，称为低(h”d h”。)+r j压省煤器热量利用的平均抽汽效率。从公式(3)可以看出，低压省煤器的热经济性和两个参数有关，其经济效益取决于q。和的大小-1 2 。q。愈大，即低压省煤器的热负荷愈大，也就是排烟冷却程度和排烟余热利用的程度愈高，低压省煤器的热经济性就愈大【9 1；，7，越大，即排烟余热
16、利用的能级愈高，其经济性愈大。但是这两个方面是相互矛盾的，也就是说当提高低压省煤器的进水温度时能提高余热利用的能级，这样就提高了，这样有利于提高低压省煤器的经济效益。但是，提高低压省煤器的进水温度，将使低压省煤器的出E l 烟温升高，降低排烟余热利用的程度，也就是降万方数据低了q。，又不利于提高低压省煤器的经济效益。图l 低压省煤器连接方式图F i 9 1 D i a g r a mo ft h ec o n n e c t i o nm o d eo fl o w p r e s s u r ee c o n o m i z e r2低压省煤器参数的影响及设计方案的提出2 1 各参数的影响2
17、 1 1分水流量的影响只考虑低压省煤器的水流量对于经济性的影响，而其它的参数都是不变的。由式(1)可知，等效焓降增量的数值日只与风和h”。的大小有关，成正比的关系。当低压省煤器的水流量增加的时候，阮是增加的，这有利于日的升高；但同时，水流量的增加又使得低压省煤器的出口水的焓值h”。降低，使得A H 下降。如此看来，低压省煤器的水流量的增加产生了两个变量，这两个变量在使A H 的变化趋势上是相互矛盾，这样就形成了A H 先升后降的一种趋势，会有一个使A H 达到最大值的最优水量出现。2 1 2 进水温度的影响低压省煤器的进水温度3 1，也存在一个最佳值的选择问题。此外，还应考虑低压省煤器的热力腐
18、蚀和堵灰问题。当两者不能协调时，则只能优先考虑热力防腐问题。在多数情况下，最佳进水温度远低于热力腐蚀要求的进水温度。因此，低压省煤器的实际进水温度受热力防腐因素所制约。根据低温腐蚀的机理和腐蚀与壁温的关系，使金属年腐蚀速度0 2m m，要求低压省煤器的管壁温度t 应在下述范围之内：t l d+2 5 t 1 0 5。C，其中t l d 为烟气水蒸气露点温度。根据某电厂的设计燃料元素分析和运行燃料元素分析，得设计燃料和运行燃料的烟气水蒸气露点温度分别为4 0 5。C 和4 4 0 2。在本文中的设计方案中，取低压省煤器的进水温度为7 0 或8 5，经计算管壁温度t 均符合I d+2 5 t 1
19、0 5 0 C 的范围。2 1 3引出口位置的影响低压省煤器出口的凝结水可以引入到不同的低压加热器当中，当低压省煤器的引出口的位置不同的时候，等效焓降的增量也是不同的。如式(1)所示，低压省煤器的引出口的位置不同时，相同低压省煤器的水流量下，有两个参数组合会对等效焓降增量的大小有所影响，这两个参数组合是(h”。一h”。)m l 7。和r，叼，。当低压省煤器的引出I：1 位置在高一2，级的低压加热器的人I=I 的时候引，如在N o m 低压加热器的人口时，此时的A H 的计算公式A H=风m l(h”d h”。)叼。+三r f 7 ；当低压省煤器的出口在低一级的低压加热器的人口时，如N o m
20、l 低压加热器的出口，则此时的A H 的计算公式A H=风m 一2(h”d h”。一。)叼。一。+三r，7，。比较上面两个式子可以看出，如果低压省煤器的引出口位置在高一级的低压加热器的入口的时候，日中就会多出一项下。一。叼。一。，这样会使A H 的数值升高；但是同时，h”。和叩。都会比h”。一，和1 7。一。大，结果使得(h”d h”。)7。小于(h”d h”。一1)，7。一。，这样的效果使得A H的数值降低。所以这两个参数组的变化对日的变化影响又是相矛盾的。2 2 设计方案的确定根据以上分水流量、进水温度和引出口位置的影响，本文根据3 3 0M W 机组的热力系统提出了三种低压省煤器系统设计
21、方案。设计方案l：将烟气由1 4 5。C 降低至1 2 0 0 C，由柏低加人口和牺低加入口共同取水3 8 0t h，混合水为7 0 进入低压省煤器，加热后水温升至9 3 3 进人除氧器(低压省煤器系统如图2 实线所示)。设计方案2：将烟气由1 4 5 降低至1 2 5，由桶低加入口和舾低加入口共同取水3 8 0t h，混合水为8 5 进入低压省煤器，加热后水温升至1 0 3 5 进入除氧器(低压省煤器系统如图2 实线所示)。设计方案3：将烟气由1 4 5。C 降低至1 2 0 0 C，由舵低加人口和钙低加人口共同取水3 8 0t h，混合水为7 0。C 进入低压省煤器，加热后水温升至9 3
22、3 进入#4 低压加热器(低压省煤器系统如图2 虚线所示)。3 低压省煤器热经济性计算3 1 各加热器抽汽效率排烟余热经低压省煤器同收利用于热系统，是一个标准的外部纯热量进系统的问题，用等效热降4 5 9 万方数据图23 3 0M W 机组的热力系统图及增装低压省煤器系统F i g 2t h et h e r m a ls y s t e md i a g r a mo f3 3 0 M Wu n i t sa n dt h ei n s t a l l e dl o wp r e s s u r ee c o n o m i z e rs y s t e mi n s t a l l e d
23、进行经济分析较为简便。该机组额定工况下：主蒸汽流量为9 7 7t h，主蒸汽压力为1 7 6 7 7M P a，主蒸汽温度为5 3 7 2。C，排汽压力为8 1 5k P a，排汽焓为23 5 8 6k J k g，试验热耗率为79 7 7 7k J(k W h)。根据抽汽等效焓降计算公式哆=(勺一h o)-，享。式中 i _ f 级加热器的抽汽焓；I I l。排汽焓值；A，取丁，或y，视加热器形式而定；7，给水焓升；y，疏水焓降；q，蒸汽在加热器中的放热量。如果r 为汇集式加热器，则A，均以r，代之，如果r 为疏水放流式加热器，则从r 以下指导汇集式加热器用y，代之，而在汇集式加热器以下，无
24、论是汇集式或疏水放流式加热器，则一律以y，代之。计算各级抽汽等效焓降=h 7 一h。=1 3 8 6k J k gH 6=h 6 一h。一 马=2 7 0 3 0 4 8k J k g也=h 5-h c-尝风一罟鸥=3 5 2 5 5 3 4k J k g风=h 4-h c-尝玩一尝风一署=5 9 3 7 2 1 4k J k g也=h，一h c-尝矾一尝也一尝日6 一马=7 1 2 9 5 6 9k J k g抽汽效率叼j：堡蛳计算各级抽汽效率：7 3=0 2 8 42，n。=0 2 3 86，=0 1 5 08，仉=0 1 1 43，n 7=O 0 6 23。4 6 0 3 2 各设计方案
25、的等效焓降方案一：1 6 加热器人口水温为6 4 3、#5 加热器人口水温为8 7 4，为满足取水要求，计算求得应由拍加热器入口取水2 8 6t h，朽加热器入口取水9 4t h。按设计方案一修改后，除氧器人口水温降低，在除氧器人口3 8 0t h 的低压省煤器出口水9 3 3，4 1 3 0 8 2t h 的除氧器进口给水1 5 1 1，汇合后总的水温1 2 4 3 6。C，焓值为5 2 2 3 4k J k g。排挤除氧器、拟、衡、桶抽汽的等效焓降A H=卢d(h d h 们)叼3+卢d(丁4 7 4+丁5 田5)+届d 丁6 叼6=1 3 2 5 01W k g式中风分水系数；I I l
26、7。经过低压省煤器后水的焓值；J I l 耐i 级加热器进口水焓。方案二：拍加热器入口水温为6 4 3，#5 加热器人口水温为8 7 4。C，为满足取水要求，计算求得应由拍加热器入口取水3 9 5t h，#5 加热器人口取水3 4 0 5t h。按照设计方案二修改后，除氧器人口水温降低，在除氧器人口3 8 0t h 的低压省煤器出口水8 8 7，4 1 3 0 8 2t h 的除氧器进口给水1 5 1 1，汇合后总的水温为1 2 8 2 9 3，焓值为5 3 9 1k J k g。排挤除氧器、#4、衢、粕抽汽的等效焓降A H=卢d(h d h w 3)7 3+卢d(r 4 n 4O r r 5
27、 叼5)+卢d r 6 7 6=1 2 3 0 52k J k g方案三：柏加热器人口水温为6 4 3，髑加热器入口水温为8 7 4。C，为满足取水要求，计算求得应由柏加热器入口取水2 8 6t h，#5 加热器入口取水9 4t h。按设计方案三修改后，#4 低加入口水温降低，在私低加入口3 8 0t h 的低压省煤器出口水9 3 3，4 1 3 0 8 2t h 的#4 低加进口给水1 0 3 7。C，汇合后总的水温为9 8 7 1，焓值为4 1 3 6 6k J k g。排挤必、衡、拍抽汽的等效焓降A H=卢d(h d h 蚪)叩4+卢d r 5 叼5+卢d f 6，7 6=4 8 6 7
28、1L l k g3 3 低压省煤器的热经济性新蒸汽的等效焓降(吼为锅炉效率，d 为汽耗率)日：3 6 _ 0 0叼b a机组效率相对提高A T i=丽A H 万(4)J J-机组的热耗率相对减少q=A T i g(5)万方数据机组降低煤耗(7。为锅炉效率，仇为管道效率)6=石嚣蒜1 0 0 0 U(6)7 7 b。叼z z y z全年节省标煤(P 为机组功率，1,为年工作小时数，取为7 0 0 0h)A B：A b P n 1 0 曲(7)由式(4)一式(7)计算结果如表1。表I 各方案计算结果T a b It h er e s u i t so fe a c hd e s i g n由上表很
29、明娩的看出，方案一为最优方案，机组效率相对提高了0 9 8，煤耗降低0 9 8g k W h。在方案二中，由于烟气降低的温差小及进入低压省煤器的分水温度高导致#6 加热器入口的取水量大大减少，使排挤蒸汽量大大减少，其等效焓降明显降低，使方案二劣于方案一。在方案三中，在槲低加入口低压省煤器的分水进入回热系统，并且汇合后的水温相对于原回热系统的#4 低加进口水温降低，使得#4 低加没有排挤抽汽在汽轮机中继续做功，还需要较多的抽汽加热给水，使得在该方案中的等效焓降量相对于方案一显著减少。4 结论增装省煤器对降低排烟温度、节能降耗及提高机组的热经济性具有现实可行意义。本文针对该电厂排烟温度过高，增装省
30、煤器进行分析研究，分析结论如下：(1)设计方案的确定分水流量的选择：使A H 达到最大值，取低压省煤器的给水流量为3 8 0t h。进水温度的选择：为了使金属年腐蚀速度0 2m m，要求低压省煤器的管壁温度t 应在下述范围：t l d+2 5 t 1 0 5。C，即低压省煤器的进水温度为7 0 或8 5。引出口的选择：引出口的位置不同，等效焓降的增量也是不同的。根据机组的具体情况，选择除氧器人口或甜号低加的入口为引出口位置。通过上述省煤器参数的确定，提出了三种低压省煤器系统设计方案。(2)根据热平衡法和矩阵法对省煤器的热经济性进行研究计算，即三种设计方案排挤抽汽多做的功分别为1 3 2 5 0
31、1W k g、1 2 3 0 52k J k g、4 8 6 7lk J k g，机组效率分别相对提高0 9 8、0 9 1、0 3 6，机组煤耗分别降低2 9 8 6lg、2 7 7 5lg、1 1 0 37g。由计算结果显然看出方案一优于其他方案。(3)对三种设计方案进行分析。在进行方案设计时，要综合考虑烟气温差和各级加热器的抽汽情况，以确定最佳设计方案。参考文献 1 谷巍，于春玉，朱群益威海电厂2 号炉改造经济效益分析及计算 J 节能技术，2 0 0 4，2 2(1)：4 5 4 6 2 高占民，张少平降低电站锅炉排烟温度新技术研究 J 节能技术，2 0 0 6，2 4(1)：9 1 1
32、 3 张磊降低十里泉发电厂1 2 5M W 机组锅炉排烟温度的研究 D 济南：山东大学，2 0 0 5 4 A n，E n k e；M a，J i a n y u e E f f e c to fl o wp r e s s u r ee c o n o-m i z e ro nr e l a t i v e l yi n t e m a le f f i c i e n c yo fa t e a mt u r b i n e T o n g i iD a x u eX u e b a o v3 8，n1 0，P1 4 9 2 1 4 9 5+1 5 0 0，O c t o b e r2 0
33、 1 0 5 黄新元龙口电厂1 号炉低压省煤器优化设计 J 锅炉技术，1 9 9 8(3)：2 2 2 5 6 马健越，安恩科3 5 0 M W 电站低压省煤器优化设计 J 锅炉技术，2 0 1 0，4 1(2)：1 3 1 7 7 王庆霞火电厂热力系统分析矩阵法的应用研究 D 北京：华北电力大学，2 0 0 5 8 谷巍威海电厂2 号炉低压省煤器的优化设计 J 。节能技术。2 0 0 3，2 1(1)：1 9 2 1 9 L i，Q i n g H a i；Z h a n g Y 锄一G u o；C h e r t，Y o n g；M e n g，A i H o n g；P a n g，J
34、i n F u；C h e n，C h a n g H eC o m b i n a t i o nu t i l i 2 a t i o no fa i rp r e h e a t e rw i t hl o w p r e s s u r ee c o n o m i z e ri nM S Wi n c i n e r a t i o np o w e rp l a n t sS o u r e e：O o n g l iG o n g e h e n g P o w e rE n g i n e e r i n g，v2 6，n6，P8 5 4 8 5 8，D e c e m b e
35、 r2 0 0 6 1 0 黄新元，孙奉仲，史月涛低压省煤器系统节能理论及其在火电厂的应用(J】山东电力技术，2 0 0 8(2)：3 6 1 1 于淑梅，张文宝电厂热力系统分析方法的研究现状及发展趋势 J】节能技术，2 0 0 6，2 4(6)：5 3 4 5 3 7 1 2 昌晶。张春发，田红景小扰动理论及其在电厂热经济性分析中的应用 J 节能技术，2 0 0 6，2 4(3)：2 5 0 2 5 2 1 3 郭民臣，魏楠，杨勇平热耗变换系数、抽汽效率与主循环效率 J 中国电机工程学报，2 0 0 1，2 1(1 0)：8 3 8 7 1 4 李伟低压省煤器在锅炉中的应用 D 上海：上海交通大学，2 0 0 7 4 6 1 万方数据