600_MW机组外置式蒸汽冷却器改造方案研究_王克.pdf

收稿日期：作者简介：王 克（），硕士 工程师；机组外置式蒸汽冷却器改造方案研究王 克（上海市特种设备监督检验技术研究院）摘 要 为了降低第三段抽汽的蒸汽过热度，提高回热系统的热效率和机组运行的经济性，对某 燃煤发电机组提出两种设置外置式蒸汽冷却器的技术方案，并进行了经济和安全分析。结果表明：设置外置蒸汽冷却器，能够有效利用三抽蒸汽的过热度，改善回热系统效率，有效提高机组运行的可靠性和经济性，达到节能减排的综合效益。关键词 外置式蒸汽冷却器 回热系统 安全 经济文献标识码：文章编号：（）（），面临着能源需求压力巨大、能源供给制约条件较多和能源技术水平总体落后等难题，着力推动发电企业的节能降耗、清洁高效发展是未来电力行业发展的重中之重。随着科学技术的发展，以及对发电机组的安全性和经济性的要求不断提高，发电企业不断对大型火电机组的蒸汽冷却器进行外部设置改造，以充分利用抽汽的过热度，提高回热系统的经济性。目前国内外的大型机组的改造，主要是对 号高压加热器（简称 号高加）设置外置式蒸汽冷却器。号高加的抽汽来自汽轮机中压缸的抽汽，温度较高，过热度很大（通常高于），因此降低第三段抽汽的过热度可以提高回热系统的热效率和机组运行的经济性。文章对某 燃煤发电机组提出设置外置式蒸汽冷却器的技术方案，并进行了改造方案研究。回热系统概况该机组的汽轮机为 .型亚临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式。回热系统有 段非调整抽汽，分别供给三级高压加热器、一级除氧器和四级低压加热器，各级加热器的疏水逐级自流。高压加热器系统配置单列三级（号、号、号）高压加热器。该汽轮机组第三段抽汽的过热度：额定负荷工况下为.；额定负荷工况下为.；额定负荷工况下为.。冶 金 能 源 .改造方案介绍在第三段抽汽进入 号高加之前，设置外置蒸汽冷却器，降低该段抽汽的过热度（.），最终提高机组的经济性。对于一次再热汽轮机组而言，外置蒸汽冷却器的汽源为高过热度的第三段抽汽，冷却介质为给水（最终给水）或最末级高加疏水。.加热给水（方案一）（）布置方式将蒸汽冷却器放置于 号高加（按照给水流程）之后，与 号高加串联，即把外置蒸汽冷却器串接在 号高加出口给水管路上，最大优点是可提高最终给水温度。按照流经蒸汽冷却器的给水流量占总给水流量的百分比（考虑蒸汽冷却器的造价和布置等因素）进行分类，串联方式又分为给水全容量串联和给水部分容量串联，如图 和图 所示。（）增加的设备、管路及阀门串联方式设置外置蒸汽冷却器，需要增加核心设备蒸汽冷却器、给水进口和出口管道、蒸汽入口和出口管道、阀门、仪表热控系统等。图 外置蒸汽冷却器加热疏水图 全容量外置蒸汽冷却器串联图 部分容量外置蒸汽冷却器串联 外置蒸汽冷却器利用蒸汽的高过热度加热给水，其技术原理与制造工艺相当成熟。同给水加热器一样，设置有危急疏水管路（危急疏水可接至高压疏水扩容器）、安全门、充氮保护接口及化学清洗接口等。采用串联方式设置外置蒸汽冷却器，水侧阻力相应增加，给水泵耗电量增加，机组热耗率相应增大，抵消了外置蒸汽冷却器的部分节能效果。部分容量外置蒸汽冷却器串联连接，一部分给水流入外置蒸汽冷却器，另一部分给水进入旁路，两部分给水在外置蒸汽冷却器的出口合流后进入锅炉系统。.加热最末级高加疏水（方案二）（）布置方式三段抽汽先进入外置蒸汽冷却器，加热 号高加的部分疏水（疏水从危急疏水管道加装旁路引出），号高加的疏水被加热汽化后具有一定的过热度，回流至 号高加入口管道加热给水，放热后沿着疏水管道自流至 号高加，如图 所示。.冶 金 能 源 （）增加的设备、管路及阀门加热疏水型外置蒸汽冷却器需要增加核心设备蒸汽冷却器、号高加疏水进口和出口管道、蒸汽入口和出口管道、阀门、仪表热控系统等。方案二与方案一最大的区别在于，方案二从 号高加的危急疏水管道引出部分疏水送入外置蒸汽冷却器加热，疏水汽化后汇入 号高加的进汽管道，进一步加热 号高加内的给水。利用蒸汽的高过热度加热 号高加的疏水，其技术原理与制造工艺相当成熟。同前述的加热给水的外置蒸汽冷却器一样，设置有安全门、充氮保护接口及化学清洗接口等。方案二的特点为：外置蒸汽冷却器内管侧的疏水压力比给水的压力要低很多，因此加热器本体以及水侧的管路等成本相对较低；用于加热低压的疏水，因此对外置蒸汽冷却器的布置高度有要求，必须布置在低位以提高疏水侧的压力，一般布置在 层；无需再增加危急疏水管道。改造后机组运行经济性分析.计算依据以机组设计额定负荷、额定负荷和额定负荷工况为基准，对两种方案进行对比分析。（）以定功率进行变工况计算。（）设置外置蒸汽冷却器，号高加需要进行技术改造或整体更换。改造的基本思路为减小蒸汽冷却段的换热面积。参考已成功实施的工程实例，设置外置蒸汽冷却器后，三抽至外置蒸冷器进汽口的压损为.，蒸汽流经外置蒸汽冷却器后的压损为.。蒸汽冷却器下端温差（出口蒸汽温度 入口水温度）：额定负荷工况为.；额定负荷工况为.；额定负荷工况为.；号高加上端温差：额定负荷工况为.；额定负荷工况为.；额定负荷工况为.。（）改造后，最终给水温度提高，使得省煤器与烟气的换热温差降低，锅炉排烟温度升高，锅炉热效率下降。（）方案一按照给水流量占总流量的 进行计算，方案二按照疏水流量占总疏水流量的进行计算。.计算结果（）方案一额定负荷、额定负荷和 额定负荷工况采用方案一改造后，机组运行经济性计算结果见表。采用方案一设置外置蒸汽冷却器后，在额定负荷、额定负荷和 额定负荷工况下，锅炉最终给水温度分别升高.、.和.；锅炉排烟温度分别升高.、.和.；锅炉效率分别降低约.、.和.；发电煤耗分别降低约为.、.和.，平均发电煤耗降低.。（）方案二采用方案二设置外置蒸汽冷却器加热 号高加部分疏水，分流疏水的比例以疏水汽化后得到蒸汽的过热度在 范围内进行调整。采用方案二设置外置蒸汽冷却器后，在额定表 方案一的经济性计算结果项目名称单位额定负荷额定负荷额定负荷汽轮机热耗率降低.主汽流量增加.一段抽汽流量增加.二段抽汽流量增加.三段抽汽流量增加.号高加给水温升增加.号高加给水温升降低.最终给水温度升高.锅炉排烟温度升高.锅炉效率降低.发电煤耗降低.冶 金 能 源 .负荷、额定负荷和 额定负荷工况下，机组运行经济性计算结果见表。额定负荷工况下，采用方案二设置外置蒸汽冷却器，机组出力不变，主蒸汽流量略有降低，不影响机组带负荷能力。采用方案二设置外置蒸汽冷却器后，在额定负荷、额定负荷和 额定负荷工况下，锅炉最终给水温度分别升高.、.和.；锅炉排烟温度分别升高.、.和.；锅炉效率分别降低约.、.和.；发电煤耗分别降低.、.和.，平均发电煤耗降低.。表 方案二的经济性计算结果项目名称单位额定负荷额定负荷额定负荷汽轮机热耗率降低.主汽流量降低.一段抽汽流量降低.二段抽汽流量增加.三段抽汽流量增加.号高加给水温升增加.号高加给水温升降低.最终给水温度升高.锅炉排烟温度升高.锅炉效率降低.发电煤耗降低.改造方案安全性分析.高压加热器安全性分析设置外置蒸汽冷却器后，号高加和 号高加的运行工况较改造前发生了较大的变化。号高加的加热汽源的过热度大幅降低，对于原三段式设计的加热器而言，低过热度的蒸汽进入过热蒸汽冷却段发生凝结，凝结水和饱和蒸汽的混合物必然会冲刷加热器的过热蒸汽冷却段，可能引起加热器振动，影响加热器的安全运行。由于 号高加加热能力不足，使得 号高加的出力增加，二段抽汽流量增加。因此，应对 号高加进行改造或整体更换。改造的基本思路为减小蒸汽冷却段的换热面积。.对锅炉的影响采用两个方案改造后，锅炉侧排烟温度、脱硝系统入口烟气温度和锅炉效率变化如下：采用方案一设置外置蒸汽冷却器后，在额定负荷、额定负荷和 额定负荷工况下，锅炉最终给水温度分别升高.、.和.；锅炉排烟温度分别升高.、.和.；脱硝系统入口烟温分别升高.、.和.；锅 炉 效 率 分 别 降 低 约.、.和.。采用方案二设置外置蒸汽冷却器后，在额定负荷、额定负荷和 额定负荷工况下，锅炉给水温度分别升高.、.和.；锅炉排烟温度分别升高.、.和.；脱硝系统入口烟温分别升高.、.和.；锅炉效率分别降低约.、.和.脱硝系统入口烟气温度提高，有利于低负荷工况下脱硝系统的安全稳定运行。采用上述两个方案设置外置蒸汽冷却器后，发 供电煤耗均存在一定程度的下降，年节约 ，、等污染物以及灰渣、粉尘等废弃物的排放量也同步降低，电厂环保压力降低，环境效益及社会效益均有所提高。结论对该机组设置外置蒸汽冷却器，可以采用加热给水方案（方案一）或加热疏水方案（方案二），技术上均可行。设置外置蒸汽冷却器的改造方案，号高加均需要进行技术改造或整体更换。改造的基本思路为减小蒸汽冷却段的换热面积。.冶 金 能 源 采用方案一进行改造，年平均发电煤耗降低.，节约 ；采用方案二进行改造，年平均发电煤耗降低.，节约 。该机组设置外置蒸汽冷却器，有较好的节能收益，安全可靠。参考文献 王倩，王卫良，刘敏，等.超（超）临界燃煤发电技术发展与展望 热力发电，（）：.钱磊.机组热经济性分析及优化 上海交通大学，.林万超.火电厂热系统节能理论 西安：西安交通大学出版社，.张春伟.火电机组给水回热系统蒸发器设计研究 机械工程师，（）：.李勤道，刘志真.热力发电厂热经济性计算分析 北京：中国电力出版社，.赵 艳编辑（上接第 页）万元；烧结机固定滑道更换周期从 个月延长到 个月，固定滑道 元 套，台车移动密封从 套 降到 套，每年节约备件材料费用 万元。合计每年可节约生产成本 万元。（）台除尘风机实施变频改造后，烧结电耗从.降至.，电单价.元，年生产 万 烧结矿来计算，每年可节约用电成本 （.）.万元，取得了良好的经济效益。（）取消重板给矿机后，号烧结机设备作业率提高.，每年节约重板给矿机备件成本.万元。每年可节约用电成本 .万元。合计每年可节约生产成本.万元。项目实施后改善了转 胶带机岗位操作人员的现场工作环境。结语从以上技术改造来看，项目投资成本低，可操作性强，见效快。项目实施后每年可节约生产成本 .万元，号烧结机系统设备作业率提高到，具有较好的经济效益。在降低生产制造成本的同时，有效改善了现场作业环境，保障了岗位人员的身心健康，可以推广到冶金烧结行业中。参考文献 虎荣波，李增科，杨学斌.红钢烧结机筛分系统工艺设备优化改造 黑龙江科技信息，（）：.杨学斌，周伟，肖聪国，等.摆式漏斗在烧结工艺流程 中 的 设 计 应 用 冶 金 能 源，（）：.普欣荣，贺志强.烧结机成品筛分系统改造 冶金设备管理与维修，（）：.普欣荣，杨学斌.红钢 烧结机风箱漏风问题的解决措施 冶金设备，（）：，.吴洪松，肖聪国，闫洪林，等.空气炮在钢铁企业料仓中的应用 冶金设备，（）：.刘厚甫，杨学斌，周伟，等.高压变频器在红钢烧结除尘风机中的应用 冶金能源，（）：.杨学斌，赵新立，鲁迎春，等.漏斗供料在烧结中的应用 冶金设备，（）：，.刘厚甫，杨学斌，肖聪国，等.电动调节阀控制在烧结机主辅门上的设计与应用 冶金能源，（）：.赵 艳编辑冶 金 能 源 .