关于火电机组余热综合利用分析
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作者:罗森
摘 要：国产350MW火电机组通常是在引进型300MW机组基础上设计制造的，该型机组锅炉的送风机及一次风机通常设计配置有暖风系统，用以在冬季或机组启动初期空气温度较低情况下，提高送风温度，防止受热面产生低温腐蚀。但该系统运行中往往不能达到设计和使用效果，且汽耗量大导致锅炉排烟温度高。经改造后系统合理、效果明显。
关键词：火电 锅炉暖风器 改造
中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（a）-0018-02
某公司两台350MW机组锅炉是哈尔滨锅炉有限责任公司在引进型300MW火电机组基础上研发的型号：HG-1165/17.45-YM1，该型锅炉为采用一次中间再热汽包炉、自然循环亚临界锅炉，锅炉采用送、引风机强制通风、炉膛内双切圆燃烧方式。锅炉设计参数最大工况时，连续蒸发量达到1165t/h。该炉送风机及一次风机配备暖风器疏水系统，用以提高送风温度，避免空预器受热面低温腐蚀，机组运行中发现该系统往往不能达到预期效果，且浪费蒸汽及降低锅炉效率。
1 项目的必要性
该公司机组锅炉送风机和一次风机分别设计安装有暖风器系统，冬季或机组启动初期用来提高送风温度，防止低温受热面产生低温腐蚀。供汽汽源取自辅汽和四抽，疏水靠自流排至疏水罐后再用疏水泵打到除氧器。暖风器的供汽量用入口蒸汽调节门进行调节。运行中发现，暖风器供汽、疏水系统存在较多的问题：首先，随机组负荷、冷风温度等因素的变化，暖风器的供汽量要经常调节，当用汽量较小或个别风机负荷波动较大时，易在暖风器内形成真空或个别暖风器内压力低于疏水罐压力，造成暖风器结冰冻裂;其次，疏水靠自流排出，疏水温度是暖风器压力对应的饱合温度，通常在130℃以上，热量不能得到充分利用，蒸汽耗量大;在冬季运行中为防止结冰情况出现，在调节上只能保持较大的入口阀开度，使得排烟温度经常高于设计值，即造成蒸汽的浪费，同时还造成排烟温度升高锅炉效率降低。
蒸汽换热器采用疏水侧调节是一项较为成熟的技术，暖风器本身为一种蒸汽换热器，采用疏水器调节可实现暖风器的带压运行，设计上暖风器也有一定的承压能力。采用疏水侧调节，可通过改变疏水在暖风器中的液位高度，来改变暖风器的散热量，从而达到控制暖风器出口风温，直到控制排烟温度的目的。由于暖风器存在一定的液位，疏水在其中得到进一步的散热，使其温度得到较大幅度的降低，从而使热量得到充分的利用，温度较低的疏水直接回到凝汽器，又使得汽轮机组的回热效率得到提高。
利用暖风器回收除氧器排汽热量，理论上符合热力系统的有关理论，也提高了暖风器及供汽、疏水系统运行的安全稳定性，并能取得较好节能效果。
2 改造方案论证
2.1 方案描述
供汽系统的优化。通常该种引进型机组的暖风器疏水系统只采用一路汽源供汽，改造后分为两路，一路为除氧器排汽，另一路引自汽机侧的辅助蒸汽联箱，汽源至暖风器间通过引射汇流装置及管道连接，即通过暖风器系统回收全部除氧器排汽，减少辅助蒸汽量。
火电机组的除氧器经热力除氧后排汽为通常为饱合蒸汽，该状态蒸汽大大降低了原暖风器供汽的过热度，这样暖风器系统换热过程中能力增强，而且此状态下换热后的疏水温度降到最低限。另外供汽改为除氧器排汽后，温度降低，在热交换过程中暖风器的膨胀量减少，也可以有效避免膨胀过大使疏水器铜管涨口漏泄问题。
从机组经济性看，首先除氧器的排汽经该系统后全部回收利用，机组排汽率约为0.2%，按额定负荷300MW计算，供热期间每小时可回收2t蒸汽，每度电可降低煤耗约0.4g。另外非供热期暖风器系统可直接回收除氧器排汽的工质和热量，热量可回收25%～35%。可使煤耗降低0.12g/kV（按工质全部回收计算）。
疏水系统和控制方式的优化。取消原疏水系统的疏水罐和疏水泵，将暖风器疏水直接排至汽机凝汽器;在控制方式上首先实行定压运行，在每台暖风器的疏水管上加装调节门，用来控制疏水量，从而控制暖风器出力。
系统改造分析：暖风器系统通常按锅炉最大负荷、最低汽温设计安装的，设计时保留25%以上的余量，所以实际暖风器系统不会出现最大负荷的工况，结论为暖风器的换热面积在机组正常运行时裕度过大。水的比热为1kcal/kg.℃，而蒸汽凝结放热约在500～600kcal/kg.℃，暖风器初投时空气的温度通常小于10℃，与排汽温度温差较大，考虑在在暖风系统中设计疏水冷却段，并加裝水位调控装置，将疏水温度降低至排汽温度进而排入凝汽器。
疏水排放时，由于暖风器系统加装疏水控制装置后定压运行，压力通常大于0.27MPa，且暖风器通常高位布置，凝汽器处于-3～4m位置，而且是真空状态，二者通常存在0.45MPa以上的压差，该压力下可以将疏水顺利排入凝汽器，则疏水泵和疏水罐可以取缔。
由于疏水侧压力温度较低，调节控制更灵活准确，简单的疏水调控系统即可实现排烟和送风温度的控制，有效避免了人工调节过程中的跟踪缓慢及过调节等问题，排烟和送风温度趋于稳定，进而有效解决空预器低温腐蚀问题。
当暖风器中疏水温度按30℃计算，可减少蒸汽用量20%;另外系统疏水排至凝汽器可提高工质循环效率，锅炉排烟温度自动调节可降低排烟温度及提高锅炉效率。 改造后机组在70%以上负荷运行时，系统疏水温度偏高，最高超过80℃，但高负荷时凝汽器循环水温度也比原系统低较多，高温疏水直接排至凝汽器不会影响汽机的真空，另外疏水热量品质很低，做功能力几乎可忽略不计。
2.2 方案实施
（1）在现有暖风器供汽管路上加一引射汇流装置，并将除氧器排汽引到引射汇流装置，实现除氧器排汽和辅汽联合向暖风器供汽。
（2）在除氧器排汽至引射汇流装置的管路上加装调节门，用来调节除氧器排汽量。
（3）在各暖风器疏水管上加装调节门，调节暖风器液位，从而调节暖风器换热量，实现暖风器疏水的过冷却。
（4）取消暖风器疏水罐和疏水泵，增加暖风器疏水至凝汽器管路，依靠暖风器与凝汽器压力差和高度差将疏水排至凝汽器。
3 项目投资估算
设计费：7万元;设备及辅助材料费：160万元;施工费：25万元。
调试费：20万元;热工逻辑优化及编程：20万元。
投资总费用合计：232万元。
4 经济效益分析
（1）对于提高系统和本单位综合生产能力与经济效益的计算分析，包括节能降损、提高效益、降低成本、增加利润等。
仅计算除氧器排汽回收和疏水温度下降少用蒸汽两项，全年降低供电煤耗1.115g/kV时，机组年利用小时5000h计算，年可节约标准煤1464t，按标煤单价600元/t，年节省成本87.84万元。这里尚未计算因原系统调节不便造成的蒸汽供应量过大造成的损失、疏水泵耗电及维护费用、排烟温度稳定提高的锅炉效率等效益，实际效益远大于计算值。
（2）对投资回报等指标的分析计算。
按投资232万元，年节约成本87.84万元，投资回收期为2.64年。
5 結语
风机暖风器系统通过引射汇流装置实现除氧器排汽的回收，通过疏水过冷却技术实现暖风器出力的疏水侧调节，并将疏水排到凝汽器，在解决现有暖风器系统存在的各种问题同时，达到节能降耗目的，且提高暖风器系统的经济性，和安全、高可靠性。
参考文献
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[2] 周雅君. 基于火电机组余热梯级利用的海水淡化技术研究[D].华北电力大学（北京），2017.
[3] 李岩，马懿峰，付林，等.中小型火电机组凝汽余热利用供热系统集成研究[J].热能动力工程，2016，31（10）：54-58，126.
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