掺烧褐煤锅炉中转向室烟气加热一次风的研究与计算

摘 要：文章针对某300MW锅炉掺烧褐煤导致磨煤机出力不足的问题，提出抽取转向室烟气加热一次风的改造方案，并对方案所需的管式换热器进行了设计计算。经过锅炉整体热力计算和经济效益分析得出：将一次风从320℃加热至370℃时经济效益最优，且由于抽取烟气导致的锅炉性能参数变化很小，改造方案可以有效解决掺烧褐煤时一次风温不足的问题。

关键词：褐煤掺烧；管式加热器；一次风温度；热力计算；锅炉性能

引言

随着我国电力工业的快速发展，可用煤炭资源的数量和质量都在不断下降，如何解决资源日益紧缺和企业持续发展之间的矛盾，是电力生产企业面临的现实问题。褐煤由于其湿度大，燃点低等缺点以前在电力生产中应用较少，但随着科技的进步，能源的短缺问题日益突出，褐煤的应用重新被人们重视起来。目前，一些发电企业为了降低发电成本，提高市场竞争力，在现有燃煤的基础上掺烧一定比例的褐煤，但褐煤的掺烧会给锅炉燃烧带来一系列问题，其中最为突出的问题之一是：由于褐煤水分较高，掺烧褐煤后，原有一次风温度不能满足干燥要求，造成磨煤机出力不足，影响锅炉正常燃烧[1]。文章正是针对这一问题，以河北某300MW机组掺烧褐煤锅炉为研究对象，设计使用管式加热器将锅炉转向室烟气热量传递给一次风，提高一次风温度，保证锅炉在掺烧褐煤时，制粉系统和燃烧系统能够正常、稳定工作。

1 问题概述

河北某300MW锅炉机组计划掺烧褐煤，混合煤种收到基参数如表1所示。

由于燃煤水分显著提高，原有的320℃热风温度无法满足混合煤种的干燥要求。因此，设计改造方案：采用两台管式换热器（烟气管外，空气管内），每侧一次风道布置一台，抽取一定比例的转向室烟气，通过管式换热器提高热一次风的温度，转向室烟气经过换热器后回到脱硝装置入口，改造方案所需相关热力参数如表2所示。

文章计划将原320℃热一次风分别加热到350、360、370、380℃，分析对比各管式换热器的设计方案、改造后对锅炉运行的影响、经济效益等因素，从而得出最优的改造方案。

2 改造方案设计计算结果与分析

2.1 管式加热器和旁路烟道的设计

由于每侧一次风道各布置一个管式换热器，共同完成烟气加热一次风的任务。因此，在对管式换热器进行设计计算时，只需根据单侧风道的烟气和一次风参数进行设计即可，4种不同加热温度所对应的风、烟主要参数如表3所示。

根据列管式换热器设计要求，空气在管内流动，烟气在管外流动，壁温超过500℃的换热管使用耐热合金材质，其他换热管使用普通材质。由于管式加热器需要抽取4%-8%左右的烟气作为加热介质，因此还需要考虑旁路烟道的设计问题。单侧管式换热器和相应旁路烟道结构参数如表4所示：

2.2 烟风阻力计算结果及烟气风机选型

由于管式换热器布置在一次风道内，旁路烟气进行热量交换时需要通过引风机为抽取的烟气提供动力，且换热器的布置给一次风道增加了局部阻力损失，具体风烟阻力计算结果和风机的选型如表5所示。

由计算结果可知：空气侧阻力增加较少，适当提高送风机出力即可满足管式换热器空气侧工作要求，而烟气侧可以通过新增引风机，保证旁路烟气顺利进行热量交换，并输送至脱销装置入口。

2.3 改造对锅炉性能参数的影响

通过热力过程分析可知：抽取一部分转向室烟气加热一次风，使得流过低温过热器和省煤器的烟气量减小，低温过热器出口气温和省煤器出口水温都会降低。而烟气由于被抽走一部分加热一次风，并且换热后直接输送至脱销装置入口，因此排烟量减小，排烟损失减小，锅炉效率升高，排烟温度降低，各个加热温度下锅炉性能参数相对原来不加热时的变化如表6所示：

通过计算分析可知，由于抽取的烟气量较少，虽然锅炉性能参数发生变化，但变化较小，能够锅炉仍然正常运行。

2.4 改造的经济效益分析

管式换热器的投资成本和运行成本是为了实现提高一次风温度的目的，因此，以单位成本对应的换热量作为目标函数，对不同管式换热器设计结果进行评价。假定：换热器全年工作5000小时，普通换热管和烟道每吨为0.8万元，耐热合金换热管每吨2万元，工业电价0.4元/度，则不同管式换热器经济效益如表7所示：

由上述简单计算分析可知：通过管式换热器将320℃的一次风加热至370℃时，投资可以获得最大的收益，经济效益最优。

3 结束语

通过对转向室烟气加热一次风的所需的管式换热器、烟道、引风机等装置进行设计计算和分析，可以得出以下主要结论：

（1）通过管式换热器可以将锅炉转向室烟气热量传递给一次风，提高锅炉对掺烧褐煤的适应性，并且一次风温从320℃加热到370℃时，单位成本获得的换热量最大，经济效益最优。

（2）管式换热器空气侧增加的阻力压降较小，适当提高送风机出力即可满足流动要求，而烟气侧阻力增加较多，需要在脱销装置入口额外安装引风机才能满足烟气流动需求。

（3）通过锅炉整体热力计算得出，抽取一定烟气加热一次风会导致低温过热器出口汽温降低，省煤器出口水温降低，排烟温度降低，锅炉效率升高，但由于抽取烟气量较少，对锅炉造成的负面影响很容易通过燃烧调整进行弥补。

参考文献

[1]王文生，尚海军，祝志福.烟煤锅炉掺烧褐煤产生的问题及其改造[J].热力发电，2009，38（9）：60-69.

[2]冯俊凯，沈幼庭，杨瑞昌.锅炉原理及计算（第三版）[M].北京：科学出版社，2003.

[3]续魁昌，王洪强，盖京方.风机手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2011.

作者简介：靳菲（1988-），男，汉族，宁夏银川人，北方民族大学助教，2014年毕业于华北电力大学热能工程专业，主要从事节能技术方向的教学与研究。