电站锅炉系统节能分析

摘要：大型燃煤电站锅炉普遍存在尾部烟气余热未经利用便直接排向大气的问题，本文通过对低温省煤器和空气预热器等方面来对比与改进分析，利用尾部烟气的余热是最为简单易行的应用方式，不仅能够降低电锅炉的排烟温度，而且对于提高机组经济性和降低煤耗量有重要作用。最后，通过比较分析国内外典型机组参数差异，中国燃煤机组必须立足于自身参数特点，建立机炉一体化系统的低温余热综合利用耦合机制，从而深度挖掘电站系统的节能潜力。

关键词：电站锅炉；低温省煤器；烟气余热利用；节能分析；设计优化

一.前言

锅炉系统节能利用的重要性和意义

提高火力发电生产过程的能量转换效率，是关系发电企业经济效益的重要研究对象，实现火电厂的节能减排是我国兑现国际承诺的重要支撑。随着国家的不断发展，电厂越来越有较高的节能意识，热能系统对于我国是一个全新的领域，所以在节能上具有较广阔的空间，现在电厂也增加了热能系统的研究。总之，锅炉系统节能利用将成为未来发展的趋势，对电厂的可持续性发展起到至关重要的意义[1]。

二.火电厂热力系统节能理论发展综述

电站锅炉的基本任务是从燃料的化学能变为热能，再转化为机械能，最后转化为电能的能量转换过程，主要的设备包括锅炉、汽轮机和发电机等系统。通过进一步降低锅炉的排烟温度这种方式，回收尾部烟气的余热，最终达到节能降耗这一目的。根据传统上对余热资源的定义还有利用方式的相关评价，回收锅炉侧的烟气作用于汽轮机侧回热系统的方式具有较高的节能经济价值[2]。

节能理论的方法

1 热平衡法

从能量平衡的观点来看，在稳定工况下，输入锅炉的热量应与输出锅炉的热量相平衡，锅炉的这种热量收、支平衡关系，就叫锅炉热平衡。输入锅炉的热量是指伴随燃料送人锅炉的热量；锅炉输出的热量可以分为两部分：一部分为有效利用的热量，还有就是为各项热损失。

锅炉的热平衡是以1kg固体或液体燃料为基础来说明计算的。稳定工况下，锅炉热平衡方程式写为：

如果将式（2-1）的右面部分和左面部分都除以，并表示成百分数，这可建立以百分数表示的热平衡方程式，即

2 循环函数法

循环函数法是一种简化的分析方法。该方法可把各种辅助循环完全从主循环中独立出来，该方法把汽轮机回热系统划分成若干个单元，分别求取各单元的进水系数单独计算它们对热耗率等热经济指标的影响。该由于事先对一些可能的未知量进行了适当的处理，因而在计算过程中可以一次完成计算，不再出现中间未知量而去解方程组。

3 等效焓降法

等效焓降法属于定流量的方法，等效谓捣即可用于整体热力系统的计算，也可只研究与系统改变有关的那些部分，并用给出的一次性参量进行局部定量，确定变化的经济效果，因此可用简捷的局部运算代替整个系统的繁杂计算。但是等效热降法的计算都是以新蒸汽流量保持不变为前提条件的，同时计算时认为新蒸汽参数、再热参数、终参数以及各级抽汽参数、汽态线不变，且保持不变，这样在计算过程中流量系数就成了一个近似值，导致计算结果的近似。

三.电站锅炉节能利用系统设计及综合优化

省煤器设计中应考虑的问题

（一）省煤器中的质量流速和水速

省煤器中水的质量流速 可取为600～800/（m2s），即相当于在锅炉额定负荷下，对于非沸腾式或沸腾式省煤器的非沸腾部分的水速，不应低于0.3m/s，对于沸腾式省煤器的沸腾部分水速不应低于1m/s。

（二）省煤器的结构设计

首先应该决定省煤器的管径 ，它对省煤器设计关系重大，直接影响到制造的经济性和今后投运后的安全可靠性。

省煤器蛇形管管径越小，在相同的烟速下，烟气侧的换热系数就越大，因此传递相同热量所需的受热面就越小，而且在承受相同的内压条件下，管壁厚度可以减薄，金属材料消耗和制造成本可以相应减少和降低。

根据给水流量和省煤器中水速计算所需的省煤器管总数为 ：

省煤器管子横向节距 及纵向节距 的确定应考虑作为衡量煤的积灰特性指标的煤灰发性物质 等的含量。积灰强度与煤灰的化学组成、温度及时间有关，而积灰速度则与煤中的灰分及挥发性物质的含量有关。所以，煤灰的化学组成可以作为判断积灰程度的指标。积灰指数表示为：

采用低压省煤器系统注意的问题

一、低压省煤器与热力系统的联接方式

（1）低压省煤器与热力系统组成串联系统，如图3-1所示，其可变参数是低压省煤器的进口水温。

（2）低压省煤器与热力系统组成并联系统，也就是用图3-l中阀门C进行节流，使部分凝结水进入低压省煤器，另一部分水直接进入加热器，其可变参数除了低压省煤器的进口水温外，还有低压省煤器的出口凝结水可以汇合到所有加热器的入口处

二、低压省煤器合理受热面

在选取低压省煤器受热面面积时应综合考虑下述因素进行技术经济比较：

（1）布置低压省煤器的占地面积和空间。

（2）凝结水泵和锅炉引风机的剩余压头。

（3）降低金属耗量。

（4）低压省煤器的出口温度应大于烟气露点温度。对于湿式除尘器，出口烟温应大于130℃，防止其湿灰沉积。

（5）用社会纯收入 进行经济性比较，对 的方案在经济上均是合理的，可根据上述因素进行合理受热面的优选。当然采用不同的技术经济比较方法，其相应的优选结果会不相同的，社会纯收入可用下式表示：

计算时可以把各年的资金（无论是收入或支出）均采用复利计算方法折算到 年时的值。

静态投资回收年限是不考虑复利等时间因素的投资回收年限，其值为：

空气预热器改造方案与研究

根据低温腐蚀、漏风等原因造成的回转蓄热式空气预热器运行不良，电站锅炉出力不足等问题，文中通过对提出的几种改造方案的比较，论证了利用螺纹管、热管强化传热技术，复合式空气预热器对本身的空气预热器进行技术改造的可操作性。

用其代替列管式和回转式空气预热器中，可根据锅炉情况达到以下目的：

（1）降低锅炉排烟温度，提高其热效率；

（2）提高壁温，用以减轻低温腐蚀和堵灰；

（3）采用大直径管道，解决空气预热器经常出现的堵灰、磨损问题；

（4）提高热风温度；

（5）替代回转式空气预热器，解决漏风和堵灰等问题。

四.结论

电站锅炉系统节能分析与改进措施是比较容易实现的，主要从锅炉尾部烟气与汽轮机回热加热两个方面进行研究。本文结合热力学、传热学等基础学科等多层次理论研究，从锅炉尾部烟气、燃料燃烧风温、汽轮机回热等方面具体分析。同时还要加强日常管理、提高运行人员的素质水平，改造旧的设备与工艺，使用新的设备及工艺、对锅炉热效率与容量进行改进，节能是从技术革新上、国家政策上、全厂协调等大格局进行的，本文的研究理论方法为以后的技术研究做一定的参考。

参考文献

[1]吴宝忠，邢希东.火力发电厂重点节能分析指标变化原因及改进措施[J].节能与环保，2012，24（2）：46-47

[2]王铁军.电厂热动系统节能优化策略探讨[J].理论研究，2013，21（12）：52-53

作者简介：林佳威（1993―），男，黑龙江省同江市，东北电力大学能源与动力工程学院热动138班学生，研究方向：热动与动力工程

马书生（1992―），男，吉林省德惠市，东北电力大学能源与动力工程学院助教，研究方向：动力工程及工程热物理