其主要原因是随着机组负荷的降低排管式换热

　　华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京 102206) 通过烟气冷却器充分利用电站锅炉的排烟余热加热凝结水能够替代部分回热抽汽，减少了回热系统对低压缸的抽汽，使汽轮机做功量增加，机组煤耗降低。烟气冷却器按照不同的联结 方式与回热系统的加热器集成后，随着机组负荷的降低，所带来的节煤效果的差别逐渐变大。并 且，不同的集成方式对加热器内部附加单耗的影响差异较大。另外，腐蚀问题仍然是限制低温烟 气余热深度利用的瓶颈。若能在材料上有所突破，就能得到更低的排烟温度，使机组的热经济性进 一步提高。 关键词: 烟气冷却器; 余热利用; 附加单耗 中图分类号: TK11 文章编号:1002 2012)05 savingEffect Evaluation FuelGas Cooler DUAN Li qiang，LIRan，YANG Yong ThermalPower MechanicalEngineering，North China Electric Power University，Beijing 102206，China) Abstract: takingfull advantage wasteheat from fluegas powerplant conden-sate fluegas cooler can replace part feedingwater heating，thus reducing steamex- traction LP)cylinder，which outputpower LPturbine de-crease unitenergy consumption unitload，the differences energysaving effect brought about differentintegration ways linkinggas cooler regenera-tive heater system gradually increases． Meanwhile，the effects differentintegration methods ad-ditional unit consumption addition，thecorrosion problem deepuse temperatureflue gas heat． materialtechnology furtherlower fuelgas，which furtherimprove thermalperformance powerplant． Key words: flue gas cooler; waste heat utilization; additional unit consumption 收稿日期 2012 28修订稿日期 2012 20基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51006033) 国家重点基础研究发展计划项目(973 计划) 中央高校基本科研业务费专项资金( 10ZG03) ，男，工学博士，副教授，研究方向为先进能量系统集成与优化。387 600kJ kWh．因此，发电的理论燃料单 前言排烟损失是火电锅炉各项热损失中的一 项，占了锅炉总的热损失的 70% 。我国很多火力发电的锅炉排烟温度都超过设计值较多， 因此如何有效的利用烟气余热，减少排烟热损失，具 有重要意义。 烟气冷却器是利用排烟余热加热凝结水的节能 设备。该设备利用锅炉排烟来加热凝结水，从而替 代部分汽轮机抽汽，使汽机做功增加，机组经济性提 传统的热力学定律分析法仅从能量平衡角度出发，计算出采用烟气冷却器后整个机组煤耗的 降低量，但不能深层挖掘烟气冷却器对机组各个设 备能耗的影响。本文根据单耗分析理论，深入分析 了烟气冷却器的节能效果。 1229(kg 根据定义，热力系统中各设备的附加单耗计算公式如下 kJsP———机组发电量 实例分析本文对某 000MW 超超临界火电机组的 烟气余热利用方案进行深入分析。 单耗分析理论“单耗分析”是基于热力学第二定律，所提出的 一种能量系统分析理论 ，更加直观的表示出了设备的能耗分布情况，为节能降耗提供了明确的理论 依据。 单耗的简介及一般表达式 产品的单耗由两部分组成:理论单耗和附 理论单耗是指在可逆情况下，单位产品在理论上所必须消耗的燃料量。其表达式为 机组热力系统图Figure unitthermal system 000MW 超超临界参数变压运行螺 min之差，等 于系统中各个设备的附加单耗的 总和。 旋管圈直流炉。 锅炉主要设计参数Table1 Main design parametersof boiler 名称 数值 过热蒸汽流量 MPa26． 77 生产某种产品的理论单耗是个定值。附加 则因设备而异，对于同一设备又因该设备的结构状态和运行情况而不同 kg标煤理论上可能转 变成的功量( 电量) 过热器出口蒸汽温度 605再热器出口蒸汽温度 603省煤器进口给水温度 凝汽式汽轮机，采用八级回热抽汽，分别供给三个高压加热器、除氧器、四个低压加热器。 14(kWh 600388 煤质特性Table2． Components Coal名称 数值 全水分 Mt FCar 10．00 12． 00 27． 00 47． 00 36． 49 61． 45 烟气冷却器与6#、7#低加串联 Figure2 seriesconnection fluegas cooler kWh。随着机组负荷的降低，烟气冷却器的节煤效果 逐渐下降( 如图 ，其主要原因是随着机组负荷的降低排烟温度随之降低，烟气冷却器所吸收的烟气 余热减少。 烟气冷却器与6#、7#低加串联的节能效果 Table3 savingeffect seriesconnection mode 根据苏联1973 年锅炉热力计算标准中列出的 公式计算得到烟气露点温度 fhzs ld———烟气露点温度 ld———烟气水露点温度 β———系数，取值125; zs———烟气中的折算硫含量 烟气冷却替代的蒸汽 机组做功 发电煤耗降 排烟温 zs———烟气中的灰含量 经计算烟气的酸露点温度为87． 44 MW流量 gkWhVWO 调阀全开)TMCR 汽机连续出力) THA( 工况)75% THA 131 90 57 034． 不同联结方式的节能效果比较该机组的 12490 45 993． 727低于酸露点温度引起设备酸腐蚀，烟气冷却器出口 烟温定为 90 。而烟气冷却器水侧温度的选取，需 综合考虑其经济效益及对低温腐蚀的影响。虽然采 用较低的冷凝水进口温度能有效增大传热温差，减 小换热器的外形尺寸和重量，节省了初期投资，但是 其经济效益却低于采用较高进水温度的方案，这主 要是由于在抽汽量相同的情况下，高一级低加抽汽 做功的能力要明显高于低一 级低加的抽汽做功能 力。根据机组的回热系统热平衡图，6 #低压加热器 的入口水温选为烟气冷却器的入口水温为适宜。 烟气冷却器与低压加热器串联模型串联时( 如图 ，烟气加热全部凝结水，使流进6#低压加热器的凝结水温上升，汽轮机抽汽量随之 降低，汽机做功增加，机组效率提高。 通过热力 气冷却器后的节能效果见表3。以额定工况为例， 在保证进汽量不变的情况下，系统串联了烟气冷却 12290 41 526． 609116 90 46150 THA109 90 10 404 烟气冷却器与低压加热器并联模型并联时( ，烟气加热部分凝结水，使流经 6#低加的凝结水流量减小，汽轮机抽汽量随 之降低，汽机做功增加，机组效率提高，( 如图 烟气冷却器与6#低加并联 Figure3 parallelconnection fluegas cooler heaterMW，发 956389 烟气冷却器与6#低加并联的节能效果 Table4 savingeffect parallelconnec- tion mode 排烟温 烟气冷却替代的蒸汽 机组做功 温度 MW发电煤耗降 工况VWO( 阀全开)TMCR 汽机连续出力) THA( 工况)75% THA 131 90 57 620． 331124 90 46 466． 744122 90 41 955． 625116 90 36 362． 烟冷器的两种集成方式使机组发电煤耗减少量随工况变化趋势 Figure5 changetrend unitcoal consump- tion decrease loadchange twointegration modes fluegas cooler 50 THA109 90 14 371 反映了机组在不同工况下，当系统并联了烟气冷却器后对机组节能效果的影响。与串联时的 趋势相同，随着机组负荷的降低，烟气冷却器的节煤 效果逐渐下降。当机组负荷低于 75% THA 时，并联 的节煤效果要明显优于串联( 见图 加热器内部的附加单耗根据公式( 烟冷器的两种集成方式使机组做功增加量随工况变化趋势 Figure4． changetrend powerincrease loadchange twointegration modes fluegas cooler 10)回热系统与烟气冷却器集成后，由于利用烟气 余热来加热凝结水，使回热抽汽量减少，加热器内部 6#低加的抽汽量，故导致6#低加内部附加单耗的 变化。 加单耗比并联时小。这主要是由于串联时流经烟冷器的凝结水量是全部凝结水的流量，而并联时的流 量是部分凝结水，在吸收等量烟气余热后串联的温 升较并联时小，所以 损失小。同时由于串联时流 烟气冷却器与系统集成后对汽轮机侧能耗的影响 烟气冷却器与系统集成后对各级加热器内部能耗的影响 通过热力计算得出了系统联结烟气冷却器后， 机组总体的节能效果。而利用单耗理论，能够更清 晰的反映出系统联结烟气冷却器后各级加热器内部 所发生的能耗变化。 内部的损失 小。并联时，烟冷器出口被加热了的部分凝结水还要与流经 6#低加的另一部分凝结水混合，混合过程 也会产生 损失。故造成串联时加热器内部的附加 单耗要比并联时小的多，见图 390做功 降低。计算表 按照并联集成方案，在75% kWh计，每年可节省标准煤约 839 2011年底) ，每年可节省燃煤 007万元。 不同联结方式的差异烟气冷却器以相同的 入口水温分别串联和并联 在同级加热器所带来的节煤效果差异不大。但是随 着机组 联的节煤效果要逐渐优于串联。 同时，不同的联结方式对加热器内部的能耗影 响有所不同，串联时该级加热器内部的附加单耗要 明显低于并联时的附加单耗。 排烟温度降低的限制烟冷器出口的排烟温度越低，回收的烟气余热 越多，但是为防止受热面发生酸腐蚀，排烟温度必须 高于烟气的酸露点。若能在材料上有所突破，就可 获得更低的烟气温度，提高热经济性。 参考文献 ［1］花秀峰，李 火力发电烟气余热利用的分析与应用［J］． 节能，2011( 11) 火电热系统节能理论［M］．西安: 西安交 通大学出版社，1994． 单耗分析的理论和实施［J］．中国电机工程 学报，1992，12( 能量系统的单耗分析［M］．北京: 科学出版社，1993． 单耗分析理论与结构系数法的对比分析［J］． 工程热物理学报，2006，27( 锅炉烟气酸露点温度计算公式的研究［J］． 锅炉技术，2009，40( GetAcid Dew Point FlueGas［J］． Hydrocarbon Processing，J uly 1987: 53 55．［8］Verhoff，F． PredictingDew Points ofFlue Gases［J］． Chem． Eng． Prog． 1974，70( 72．［9］郑体宽． 热力 中国电力出版社，2001． 超临界600 MW 火电机 的火用分析［J］．中国电机工程学报，2010，30( 32) 系统与烟气冷却器的不同集成方式对各级加热器内部附加单耗的影响 Figure additionalunit consump- tion everyheater regenerativesystem after integrating fluegas cooler 疏水冷却器;10 轴封加热器烟气冷却器与系统集成后对汽轮机本体能耗 的影响回热系统联结了烟气冷却器后，利用烟气余热 加热凝结水替代了汽轮机部分回热抽汽量，使汽轮 机做功增加，但 排汽量也随时增加，使 反映了加装烟冷器后汽轮机本体及凝汽器附加单耗的变化量。由于 增加，故低压缸的附加单耗增加。同时，凝汽器吸收的汽机排汽流量增加，使凝汽器的 损失 能耗的变化Table5 additionalunit consumptions steamturbine condenserafter integrating fluegas cooler 设备的附加单耗 名称原系统 串联烟冷器后 并联烟冷器后 高压缸 降低标准煤耗利用烟气冷却器回收烟气余 热能够替代部分回 热抽汽，减少了回热系统对低压缸的抽汽，使汽轮机 391
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