簡述電廠暖風(fēng)器系統(tǒng)設(shè)計

　　本文結(jié)合我院設(shè)計的一個火電項目，探討了暖風(fēng)器系統(tǒng)的設(shè)計，從汽源的選擇、疏水回收方式等方面進行分析，應(yīng)用凝汽法詳細(xì)計算了暖風(fēng)器系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性。冷風(fēng)加熱方式的確定、汽源的選擇及疏水回收方式都要根據(jù)每個工程的具體特點來確定，不能一概而論，希望本文能對有關(guān)設(shè)計人員進行暖風(fēng)器系統(tǒng)的設(shè)計有所幫助。

　　《電力勘測設(shè)計》雜志是電力勘測設(shè)計行業(yè)唯一的國內(nèi)外公開發(fā)行的科技類刊物，由國務(wù)院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會主管，中國電力規(guī)劃設(shè)計協(xié)會承辦，本刊為雙月刊，逢雙月末發(fā)行。

　　1前言

　　低溫腐蝕和積灰嚴(yán)重影響鍋爐的安全、經(jīng)濟運行，為了在冬季寒冷季節(jié)防止鍋爐尾部煙道空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕，一般可以采用熱風(fēng)再循環(huán)和加裝暖風(fēng)器的方式來提高空預(yù)器的進風(fēng)溫度。熱風(fēng)再循環(huán)會增大空預(yù)器的換熱面積增加鍋爐制造成本，而且會增加送、一次風(fēng)機的耗電量，增加廠用電率，因此現(xiàn)在大多數(shù)電廠采用在空預(yù)器前的冷風(fēng)道上加裝暖風(fēng)器的方式，用汽機的低壓抽汽來加熱冷風(fēng)，由于暖風(fēng)器是利用汽機做過功的抽汽來加熱，不耗用高品質(zhì)的電能，較熱風(fēng)再循環(huán)有明顯節(jié)能優(yōu)勢，因此得到日益廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合我院設(shè)計的一座350MW超臨界機組，探討一下暖風(fēng)器系統(tǒng)設(shè)計中的一些需要注意的問題。

　　2 暖風(fēng)器系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化

　　采用暖風(fēng)器加熱冷風(fēng)，需要耗用汽機的抽汽，使其不能繼續(xù)在汽缸中膨脹做工，勢必會降低汽機的絕對內(nèi)效率，理論上來講選用不同段的抽汽對汽機絕對內(nèi)效率的影響也是不相同的，因此汽源的選擇是暖風(fēng)器系統(tǒng)設(shè)計中的一項重要工作。暖風(fēng)器的疏水既“干凈”又含有熱量，屬于需要回收的工質(zhì)，既可以回到凝汽器(或排氣裝置)，也可由疏水泵打入凝結(jié)水或者除氧器，不同的回收方式對汽機熱效率的影響肯定也是不同的，因此有必要對暖風(fēng)器系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)不同工程的特點進行優(yōu)化。

　　2.1 工程概況

　　該工程鍋爐為哈鍋制造的超臨界直流燃煤鍋爐，BMCR工況下的鍋爐蒸發(fā)量為1176t/h,鍋爐效率為92.77%，一次風(fēng)機進風(fēng)量為461.4t/h，送風(fēng)機進風(fēng)量為1001.9 t/h，該風(fēng)量除了滿足鍋爐燃燒需要外，還充分考慮了空預(yù)器的漏風(fēng)。該工程汽機為哈汽制造的超臨界直接空冷機組，給水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)為三高三低一除氧，采用全電泵。該工程地處新疆，是典型的溫帶大陸性氣候，屬嚴(yán)寒地區(qū)，冬季室外計算溫度為-25℃，極端最低溫度為-37℃。該工程根據(jù)煤質(zhì)計算煙氣的酸露點為101.5℃，空預(yù)器冷端平均壁面溫度為68.3℃，根據(jù)DL/T5240-2010的第10.1.1條的規(guī)定，計算得到空預(yù)器允許的進風(fēng)溫度為-14℃，但鍋爐廠允許空預(yù)器的進口風(fēng)溫為20℃，考慮到該工程所在地區(qū)極端溫度可低至-37℃，選取較高的空預(yù)器允許進風(fēng)溫度更有利于防止低溫腐蝕，因此本工程在下文暖風(fēng)器和熱風(fēng)再循環(huán)的計算中將空預(yù)器允許進風(fēng)溫度定為20℃。

　　提高空預(yù)器進風(fēng)溫度主要有熱風(fēng)再循環(huán)加熱和暖風(fēng)器加熱兩種方式，熱風(fēng)再循環(huán)主要用于200MW及以下機組的管式空預(yù)器，如果用于回轉(zhuǎn)式空預(yù)器的話，由于熱風(fēng)帶灰，如果熱風(fēng)再循環(huán)率較高的話會給風(fēng)道及風(fēng)機葉輪帶來較嚴(yán)重的磨損，因此一般規(guī)定熱風(fēng)再循環(huán)率不應(yīng)超過8%。本工程在充分考慮送、一次風(fēng)機溫升的情況下，經(jīng)計算送、一次風(fēng)的熱風(fēng)再循環(huán)率將達到12%，已明顯超過了8%的規(guī)定值，顯然本工程不適合采用熱風(fēng)再循環(huán)。如果用暖風(fēng)器加熱，將會有效降低送、一次風(fēng)機的電耗，降低廠用電率，如今暖風(fēng)器加熱冷風(fēng)已是一項非常成熟的技術(shù)，因此本工程擬采用暖風(fēng)器來加熱冷風(fēng)，以滿足空預(yù)器防止低溫腐蝕的要求。

　　2.2 暖風(fēng)器汽源的選擇

　　當(dāng)用暖風(fēng)器加熱冷風(fēng)時，需要耗用一定量的蒸汽，蒸汽一般從汽機的本體抽汽獲得，從汽機熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟性來分析，耗用抽汽會降低機組的絕對內(nèi)效率，增加發(fā)電熱耗，但相對熱風(fēng)再循環(huán)來說，可以節(jié)省大量高品質(zhì)的電能和防止對風(fēng)道、葉輪的沖刷磨損。只有通過對熱力系統(tǒng)的定量分析，我們才能獲得煤耗數(shù)據(jù)，來進一步判斷暖風(fēng)器加熱冷風(fēng)是否節(jié)能。

　　2.2.1 抽汽加熱暖風(fēng)器對機組經(jīng)濟性的影響分析

　　加熱暖風(fēng)器的抽汽量一般在20～30t/h之間，采用汽機的非調(diào)整抽汽即可滿足需要。抽汽是已經(jīng)在汽缸內(nèi)做了部分功的蒸汽，當(dāng)用于加熱暖風(fēng)器后，就不能繼續(xù)在缸體內(nèi)膨脹做功，勢必會降低汽機的絕對內(nèi)效率，增大發(fā)電熱耗。理論上講，采用不同段的抽汽對汽機內(nèi)效率的影響應(yīng)當(dāng)是不同的，根據(jù)凝汽法的理論，采取越靠近凝汽器或排汽裝置的抽汽做汽源，其對汽機效率的影響也應(yīng)越小，為了定量分析，我們以VWO工況(對應(yīng)鍋爐BMCR工況)為例，假定暖風(fēng)器疏水回到熱力系統(tǒng)的排汽裝置中(疏水回到熱力系統(tǒng)中，相對除鹽水補水來說對機組的經(jīng)濟性是有益的)，本文采用凝汽法計算用不同段中、低壓抽汽作為暖風(fēng)器汽源時，各段抽汽對汽機絕對內(nèi)效率的影響大小，計算結(jié)果如下表所示：

　　上表中的計算結(jié)果顯示越靠近排氣裝置的抽汽，即抽汽的參數(shù)越低，其對機組發(fā)電熱耗的影響也越小，因為抽汽參數(shù)越低，其在汽缸內(nèi)做的功也越多，剩下的熱量大多屬于不能繼續(xù)膨脹做功的“廢熱”，即使不用來供熱，其熱量的大部分也是被機組的冷卻系統(tǒng)帶走白白浪費，因此我們在選擇暖風(fēng)器的汽源時，應(yīng)盡量選擇參數(shù)較低的抽汽，用低品位的蒸汽來作為暖風(fēng)器的汽源。

　　2.2.2 抽汽參數(shù)的選擇

　　根據(jù)上節(jié)的結(jié)論，是不是抽汽參數(shù)最低的就是最合適的汽源呢?其實不然，汽源的選擇還要考慮蒸汽流動和疏水的需要來綜合判斷。本工程汽機在不同負(fù)荷下中、低壓抽汽段的參數(shù)如下表所示：

　　根據(jù)上節(jié)的結(jié)論，我們知道暖風(fēng)器汽源的壓力越低對機組的經(jīng)濟性影響越小，但我們還要考慮蒸汽流動阻力及一定壓頭余量，按常理暖風(fēng)器汽源的壓力一般最少也得在0.3MPa.a左右。該工程為企業(yè)自備電站，年利用小時數(shù)可達到7000小時以上，機組將長期運行在50%THA負(fù)荷以上，當(dāng)機組在啟動過程中負(fù)荷達到50%THA時，暖風(fēng)器的汽源應(yīng)由輔汽切換為本機供汽，從上表中可以看出，50%THA負(fù)荷時，汽機六段抽汽的壓力在減去流動阻力0.054MPa后已顯不足，且無余量，無法滿足給暖風(fēng)器安全供汽，如果疏水排入排氣裝置，還會影響機組的真空，看來六抽不適合做暖風(fēng)器的汽源。再看看四段抽汽，四抽的壓力在50%THA負(fù)荷時，過剩近0.2MPa,顯得有點浪費。最后看看五抽的壓力為0.274MPa,即使扣除流動阻力0.1087MPa,還有0.1653MPa,減去大氣壓后還有一定的余量，看來只有五抽的壓力是最合適的，因此本工程選擇五抽作為暖風(fēng)器的汽源。

　　2.3 暖風(fēng)器疏水回收方式的選擇

　　當(dāng)抽汽在暖風(fēng)器中凝結(jié)放熱后，就會凝結(jié)成疏水，疏水是“干凈”的除鹽水，其本身的溫度也在150℃左右，如果能重新回到熱力系統(tǒng)內(nèi)，則不但節(jié)約了工質(zhì)，而且還回收了熱量。這樣不但可以減少制備除鹽水的成本，而且相對用除鹽水補水來說還可在一定程度上提高熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟性?，F(xiàn)在暖風(fēng)器疏水的回收方式一般有兩種，一種是經(jīng)疏水泵增壓后打入除氧器，另一種是直接自流入凝汽器或排汽裝置，到底哪種疏水的回收方式更合理呢?下面同樣用凝汽法進行計算分析，在VWO工況下，五抽至暖風(fēng)器的流動阻力約0.1087MPa,蒸汽在暖風(fēng)器內(nèi)的壓力為0.482MPa,疏水的飽和溫度為150.46℃，疏水量和蒸汽消耗量一樣為23.43t/h,假定此時不考慮抽汽對機組經(jīng)濟性的影響，單純分析不同的疏水回收方式對熱耗率的影響，計算結(jié)果表明，疏水回收到排汽裝置比疏水回收到除氧器可降低熱耗7.84 KJ/Kw.h，而且還能節(jié)約疏水泵的電能。為什么疏水回到排汽裝置會更節(jié)能呢?主要是因為疏水溫度為150.46℃，疏水焓為633.9KJ/kg,遠(yuǎn)高于排汽裝置中的凝結(jié)水焓220 KJ/kg，暖風(fēng)器的疏水回到排氣裝置的熱井后，提升了凝結(jié)水的焓值，當(dāng)較高溫度的凝結(jié)水在流經(jīng)低加時會排擠一部分抽汽做功，用來做功的抽汽就變多了，所以有利于熱耗的降低。如果疏水回到除氧器，除氧器的給水焓為802.5 KJ/kg，大于暖風(fēng)器的疏水焓，當(dāng)暖風(fēng)器疏水進入到除氧器，則會降低給水的溫度，在給水流經(jīng)高加時會消耗更多的抽汽來加熱給水，則用來做功的抽汽就會將少，也就增加了發(fā)電熱耗。從前面的數(shù)據(jù)可知，在大多數(shù)負(fù)荷下，暖風(fēng)器的疏水無需使用疏水泵就可克服流動阻力，自行回流至排汽裝置，可節(jié)約大量的高品質(zhì)電能。因此在本工程中，暖風(fēng)器的疏水回至排氣裝置是最合理的。

　　機組在啟動時，采用低壓輔汽作為暖風(fēng)器的汽源，其壓力在0.4MPa,完全可以滿足疏水自流的需要。但在切換為本機供汽后，五抽的壓力短時間內(nèi)可能滿足不了疏水自流的需要，因此本工程還是保留了疏水回收裝置(含疏水泵)，用于低負(fù)荷時將疏水打至排汽裝置，顯然這樣沒有疏水自流至排汽裝置經(jīng)濟，但為了滿足機組安全運行的需要，最好如此設(shè)計。

　　2.4 暖風(fēng)器加熱與熱風(fēng)再循環(huán)的經(jīng)濟性比較

　　前面的2.1中我們已經(jīng)排除了本工程采用再循環(huán)加熱冷風(fēng)的方案，盡管如此但并不影響我們對暖風(fēng)器加熱和熱風(fēng)再循環(huán)加熱的經(jīng)濟性進行比較。本工程一次風(fēng)機的額定功率為2000KW，送風(fēng)機的額定功率為800KW,熱風(fēng)再循環(huán)率為12%，如果本工程采用熱風(fēng)再循環(huán)加熱冷風(fēng)的方式，在BMCR工況下，風(fēng)機每小時多耗電為(2000+800)x0.12=336 kW.h,按空冷機組供電煤耗330g/ Kw.h計算，則每小時多耗煤336 x 0.330=110.9千克標(biāo)煤。如果采用暖風(fēng)器加熱冷風(fēng)的話，根據(jù)2.2.1節(jié)的數(shù)據(jù)，機組每小時多耗煤為0.19x389864(發(fā)電量)÷1000=74.1千克標(biāo)煤，可見采用暖風(fēng)器加熱冷風(fēng)比熱風(fēng)再循環(huán)加熱冷風(fēng)每小時可節(jié)煤110-74.1=35.9千克，如果啟用暖風(fēng)器疏水泵，則會增加煤耗為10 x 0.330=3.3千克標(biāo)煤，即使考慮暖風(fēng)器疏水泵的耗能，也要比熱風(fēng)再循環(huán)節(jié)能35.9-3.3=32.6千克標(biāo)煤。因此本工程選擇五段抽汽作為暖風(fēng)器的汽源來加熱冷風(fēng)的設(shè)計方案是完全正確的，相對熱風(fēng)再循環(huán)不但降低了電廠的煤耗，而且避免了風(fēng)道及葉輪的磨損。

　　3 總結(jié)

　　防止鍋爐空預(yù)器的低溫腐蝕，可以采用暖風(fēng)器，也可以采用熱風(fēng)再循環(huán)的方式，，甚至二者可以相互輔助應(yīng)用，具體選擇哪種方式都要經(jīng)過嚴(yán)密計算和科學(xué)分析。本文所介紹的暖風(fēng)器加熱冷風(fēng)的技術(shù)是一項很成熟的技術(shù)，但加熱汽源的選擇和疏水回收方式應(yīng)根據(jù)每個工程具體情況來確定，不能一概而論，但總地來說，汽源參數(shù)越低越經(jīng)濟，疏水回收方式要根據(jù)疏水參數(shù)來合理確定。總之暖風(fēng)器系統(tǒng)的設(shè)計，首先要在保證機組安全穩(wěn)定運行的前提下，再結(jié)合每個工程的具體特點，盡量提高整個熱力系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟性。

　　參考文獻：

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