低压省煤器工程可行性研究报告

国电长源第一发电有限责任公司#12机组（330MW）低压省煤器工程

可行性研究报告

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编写：

烟台龙源电力技术股份有限公司上海银锅热能设备有限公司

2012-8

目录

一、机组概述 (3)

1、锅炉概述 (3)

2、汽轮机低加系统概述 (6)

二、改造背景 (6)

三、低省方案介绍 (6)

1、系统介绍 (6)

2、参数选择说明 (7)

3、受热面形式 (10)

4、受热面的材料 (11)

四、经济性分析 (12)

五、项目投资估算 (13)

六、项目实施周期 (13)

七、本技术方案的优势 (13)

八、结论 (14)

一、机组概述

1、锅炉概述

1.1 锅炉说明

国电长源第一发电有限责任公司#12机组锅炉为哈尔滨锅炉厂制造的HG-1025/18.2-PM7型、单炉膛、亚临界、一次中间再热、自然循环汽包、四角切圆燃烧锅炉。空气预热器分甲、乙侧各一组，为三分仓容克回转式。制粉系统为中间贮仓式，四套中间贮仓式制粉系统均采用筒式钢球磨煤机。

锅炉的设计和运行参数（MCR工况）：

1.2 燃料特性

近年来，国内煤炭市场供应发生了较大变化，导致目前电厂煤种复杂，按原锅炉设计煤种分析已不能代表实际的燃煤状况，故燃煤分析参考最近1~2年内环保测试时的煤质分析和电厂预测今后一段时期内的燃煤状况综合分析。

2011年01月10日测试期间#12机组燃煤分析

2011年7月11日测试期间#12机组燃煤分析

2011年12月29日测试期间#12机组燃煤分析。

电厂提供的燃煤煤质分析

2、汽轮机低加系统概述

二、改造背景

国电长源第一发电有限责任公司#12机组空预器将进行改造，改造一年后的空预器保证排烟温度为：145℃；漏风率＜7%。锅炉排烟温度偏高，高于设计排烟温度128℃，影响锅炉热效率约1.2个百分点，为此需要对机组的排烟温度进一步降低，提高机组效率。拟在空预器后增加低压省煤器，进一步降低锅炉的排烟温度。

三、低省方案介绍

1、系统介绍

低压省煤器（简称低省）布置在空预器之后的烟道内，循环水取自凝结水的低加系统，与低加系统并联。在循环水管路上装设升压水泵和流量表，低温省煤器出口烟温可根据负荷情况进行调节。

系统图如下：

2、参数选择说明

（1）烟气侧进口烟温

由于空预器保证排烟温度为：154℃，为与实际运行情况相吻合，低省的烟气侧的进口烟温按154℃进行设计。

（2）酸露点计算

按电厂提供的煤质，

根据煤质资料，经计算，酸露点为 105 ℃。

根据工程实践经验，对于碳钢一般在壁温低于酸露点20 ℃以下时，换热管酸腐蚀速度最大。而对于ND钢，壁温在低于60℃时，腐蚀速度才会急剧增大。

酸露点计算的目的是为了选择低加循环水的取水点和进口水温。

（2）低省的安装位置

空预器至除尘器之间的水平烟道

（3）取水点位置的选择

对于低省，既可在#8低加进口和#7低加的出口2路取水，也可在#8低加出口取水，由于#7、8低加为连体，取水比较困难，原因是

a、由于低加的封头是平管板，对在其上开孔的位置和尺寸要求比较严格，强度计算执行的标准是GB150，而低省制造厂家执行的标准是GB9222，低省厂家的技术人员对低省结构的改动没有经验，需要和低加制造厂协商，安全隐患较大，且低省厂家是否配合很难确定

b、#7、8低加中间取水，开孔的加强是在工地进行，而非制造厂内进行，探伤和验收的标准比较高，而且施工难度大

在#8低加进口和#7低加的出口2路取水，在工程中已经多次应用，而且可以通过2个取水点流量的调整，可以调节低省的进口水温，进一步用以调节低省烟气出口烟温，经多方比较后，采用此取水方案。

（4）水侧温度：

低压省煤器水侧温度的选取是根据汽轮机厂提供的汽轮机不同热平衡图，参考酸露点，在经济性、安全性、可靠性综合比较的基础上选取的。

对于本系统，在THA工况， #8低加进口水温为40.62℃，#7低加出口水温为91.97 ℃，#62路水汇合后，水温控制在65℃。由于酸露点为105℃，壁温低于80℃时，为20#碳钢高速腐蚀区，为避开酸腐蚀温度区，低温段采用耐腐蚀的ND钢，因ND钢的腐蚀温度区为60℃以下。

低省循环水的返回点选择#6低加进口，为避免低压省煤器回水与低加系统2路水汇合后对原低加水形成水冲击，低省出口水温与 #6低加进口水温相同，为91.97 ℃。

（4）烟气侧排烟温度

低温省煤器后的排烟温度与安装位置有关。

空预器至除尘器之间

由于经过除尘器后烟气有将近10℃，为避免引风机叶片出现酸腐蚀，出口烟温需在120℃以上。

3、受热面形式

对于锅炉机组排烟余热的回收，由于布置空间有限，同时还要综合考虑烟气侧和水侧的阻力不能对原有的烟气系统和回热系统产生影响，因此余热回收装置的受热面普遍采用扩展受热面。扩展受热面的样式有螺旋翅片管和“H”型肋片管2种，经过反复比较并结合已经投运项目的运行情况，采用“H”型肋片管做为换热管受热面。它具有如下优势：

1）结构紧凑

低温省煤器采用H型肋片管受热面，在相同空间里所能布置的受热面积为光管受热面的5~12倍，所以能在有限的空间里实现布置较多的受热面积，满足余热回收对于受热面积的需要，有利于各种尾部烟道空间较小的锅炉进行余热回收改造；

2）抗磨损

磨损主要是灰粒对管子的冲击和切削作用，在管子周围与水平线成30°部位磨损最厉害， S1/d=S2/d=2时，此处磨损量为平均值的3倍。错列布置由于气流方向改变，第二排磨损最厉害，S1/d=S2/d=2时第二排是第一排磨损量的2倍，以后各排磨损量比第一排一般高30%~40%。顺列布置第一排与错列布置第一排相同，以后各排由于气流冲击不到管子磨损较轻。在其它条件相同情况下，顺列管束的最大磨损量比错列管束少3~4倍。H型翅片管可以增加换热面积，增大烟气流通截面，降低烟速，减少磨损。由于管子磨损速度与烟气速度不均系数KV3.33成正比，与飞灰浓度不均系数Ku成正比，所以如果烟气速度从9m/s 降低至7m/s，则磨损速度就会降低至原来的43%。同时实验表明，鳍片管本身有使飞灰向管排中间集中的作用，故采用鳍片管省煤器在结构上有减轻磨损的作用。 H型鳍片管省煤器采用顺列布置，H型鳍片把空间分成若干小的区域，对气流有均流作用，与采用错列布置的光管省煤器、螺旋肋片省煤器、纵向鳍片省煤器相比，在其它条件相同情况下，磨损寿命高3~4倍。

结构布置时，受热面的弯头全部置于烟气流动区外，完全排除了省煤器弯头的磨损问题。

同时在第一排管子迎风面布置有不锈钢防磨罩，确保受冲刷严重的首排管不被磨损。

3）不积灰

积灰形成发生在管子背向面和迎风面。管子错列布置容易冲刷管子，背面积灰较少。对于顺列布置管子，由于气流不容易冲刷管子背面，就管子而言顺列布置积灰比错列多。 H型鳍片由于鳍片焊在管子不易积灰的两侧，而气流笔直地流动，气流方向不改变，鳍片不易积灰。H型鳍片中间留有4~10间隙，可引导气流吹扫管子鳍片积灰。螺旋片由于肋片螺旋角引导气流改变方向，肋片管积灰比较严重，对于不形成松散性积灰的省煤器，不能采用。现场运行实践表明：H型鳍片管不积灰，而螺旋片鳍片积灰严重。

纵向鳍片管由于鳍片焊在积灰迎风面和背面，由于气流沿鳍片流动，气流到管子处改变方向形成漩涡。部分区域中易形成积灰。 H型鳍片由于两边形成笔直通道，可取得最好的吹灰效果。螺旋片由于肋片螺旋角引导气流改变方向，肋片管积灰比较严重，对于不形成松散性积灰的省煤器，不能采用。现场运行实践表明：H型鳍片管不积灰，而螺旋片鳍片积灰严重。纵向鳍片管由于鳍片焊在积灰迎风面和背面，由于气流沿鳍片流动，气流到管子处改变方向形成漩涡。部分区域中易形成积灰。 H型鳍片由于两边形成笔直通道，可引导气流吹扫管子鳍片积灰，从而保证了最大的吹灰效果。H肋片管上肋片的悬壁梁结构，气流卡门旋涡作用产生自振荡，从而减轻了灰尘的粘污程度。对于螺旋鳍片省煤器和热管空气预热器，最大的问题是积灰堵塞，而H型肋片省煤器是它的理想替代品。

两种受热面样式的比较：

螺旋翅片管省煤器肋片之间的间距非常小，肋片间容易积灰，降低传热效率，因而相对来说H型肋片省煤器在这方面的优势非常明显，在管外介质为带有灰尘颗粒的烟气的情况下最适宜采用H型肋片管受热面。

螺旋翅片管和H型肋片管相比较，最大的问题是容易积灰、造成堵塞问题，由于螺旋翅片和气流流动方面不平行，在背风面容易形成气流死区，产生积灰，尤其是对于除尘器后的细颗粒灰尘，更容易形成积灰，这在工程实践中已经得到证实。所以在该项目中我不推荐使用这种受热面。

4、受热面的材料

全部采用ND钢。

ND钢即09CrCuSb 钢是目前国内外最理想的“耐硫酸低温露点腐蚀”用钢材，ND钢广泛用于制造在高含硫烟气中服役的省煤器，空气预热器，热交换

器和蒸发器等装置设备，用于抵御含硫烟气结露点腐蚀。ND钢还具有耐氯离子腐蚀的能力。ND钢管主要的参考指标（70摄氏度50%H2SO4溶液中浸泡24小时），与碳钢，日本进口同类钢，不锈钢耐腐蚀性能相比，要高于这些钢种。产品经国内各大炼油厂和制造单位使用后受到广泛好评，并获得良好的使用效果。具体数据见下表：

ND钢腐蚀率比较，mg/c㎡.h(70℃50%H2SO4)

四、经济性分析

实施本设计方案，可为发电厂带来如下经济效益：

(1)降低了排烟温度，可以提高循环热效率，降低煤耗率；

(2)减少脱硫喷水量

(3)创造了锅炉脱硫系统长期连续安全运行的烟气温度条件；

综合考虑上述因素，实施本方案带来的直接经济效益为：

采用等效热降法进行热经济性分析。将低温省煤器回收的排烟余热作为纯热量输入系统，而锅炉的有效热量不变，从而使锅炉的发电煤耗降低。经计算，THA工况，发电标准煤耗降低值: Δb s1 ＞ 3.6( g / kw h )

年节标煤量：ΔB

= ＞300×103×5500×3.6×10-6

b

= 5940( t )

年经济效益： S

＞ 800×10-4×3400=475.2 (万元)

l

注：标煤单价按 800元/吨

节水经济效益计算由于脱硫系统要求，烟气进入脱硫系统前，要预先对烟气进行喷水减温，降至脱硫系统允许温度。低省全年全年平均降低烟温45 ℃，由此对脱硫系统减温喷水的节水量计算如下：

低省吸收烟气的热量为:18.7 MW

水由环境温度加热到汽化的焓: 2743 KJ / kg

年运行小时数: 5500h

年节水量： 13.5万吨/年

注：按5500h 计算 上述计算的依据为：

锅炉机组热力计算标准方法，1998年版； 锅炉机组空气动力计算标准方法，1976年版； 锅炉机组水动力计算标准方法，1983年；

火电厂热电厂节能理论 林万超 西安交通大学出版社

五、 项目投资估算

六、 项目实施周期

设计天

采购天

制造天 安装天 调试天 合计 65天

七、 本技术方案的优势

低温省煤器及H型扩展表面强化换热技术用于锅炉尾部受热面改造，已经成功应用于国内多家电厂锅炉的节能改造，现阶段已经发展到结构系统最优化的阶段。增设低温省煤器系统的方案在以下诸方面显示出其独有的技术优势：（1)可以实现排烟温度的大幅度降低。根据我公司已经投运的低温省煤器的运行经验，最低的可以降低排烟温度20℃，最高的可以降低50℃甚至更高。这个优点是其他任何降低排烟温度的方法都不可能实现的。

（2)对于锅炉燃烧和传热不会产生任何不利影响。由于低温省煤器布置于锅炉的最后一级受热面（下级空预器）的后面，因此，它的传热行为对于锅炉的一切受热面的传热均不发生影响。因此既不会降低入炉热风温度而影响锅炉燃烧，也不会使空气预热器的传热量减少, 从而反弹排烟温度的降低效果。

（3)具有良好的煤种和季节适应性。锅炉的低温省煤器的出口烟气温度可以根据季节和煤质进行调节，以实现节约煤耗和防止低温腐蚀的综合要求。

（4)具有良好的负荷适应性。低温省煤器的单位标煤节省量（煤耗率的降低值，g/kwh）在锅炉低负荷运行时并不降低，仍然可以保持较高的运行经济性。这一点对于长期处于低负荷运行的机组是非常有利的，也是任何其他降低排烟温度的方法都不可以实现的。

（5)采用低温省煤器，对于提高机组的综合运行可靠性具有重要意义，既可以避免原高压省煤器的水冲击及管束振动（若采用增加原高压省煤器换热面积的方法），又可以优化汽轮机抽汽回热系统，提高系统的可靠性。

(6)采用低温省煤器系统，可以充分利用锅炉本体以外的场地空间，布置所需的受热面，并留有足够的检修空间，检修方便。

八、结论

1.采用增设低温省煤器方案是实现降低排烟温度的最佳方案；

2.电厂机组锅炉的现场条件能满足低温省煤器系统安装运行的要求，可以实施增设低温省煤器系统；

3.每台机组改造后锅炉排烟温度降低至100℃以下，降低幅度不小于30℃；

4.每台机组改造后标准煤耗降低值将大于3.6g/kWh，年节标准煤量5940吨以上，年回收效益将超过47

5.2万元，投资回收期小于3年。