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i 低压省煤器在锅炉中的应用研究 摘 要 国内电站锅炉普遍存在排烟温度偏高的问题，排烟温度严重超温时 不仅影响电厂的热经济性，而且影响空气预热器的安全运行。因此，降 低排烟温度对于节能降耗、 提高锅炉的安全可靠性具有重要的实际意义。 目前，胜利发电厂670t/h锅炉排烟温度超出设计值20-30，使锅炉效率 严重下降，为此电厂决定进行锅炉技术改造，以降低排烟温度，提高电 厂的经济性。 本文深入研究了降低排烟温度和排烟损失的各种途径，并重点介绍 了低压省煤器系统在降低排烟温度实际应用情况。低压省煤器系统不仅 能降低锅炉机组排烟温度，而且能降低煤耗，提高锅炉的运行经济性， 在电厂余热回收方面具有重要作用。 本文重点研究了锅炉低压省煤器的工作原理，建立了低压省煤器优 化设计的数学模型，详尽论述了模型中目标函数选取、约束条件拟定、 多维寻优搜索等问题。在给定排烟温度条件下，计算得到了低压省煤器 最优受热面布置及肋片管结构参数。并在不同的使用寿命、煤价、进口 烟温，进行了改造效果的分析计算，说明模型具有较好的动力稳定性和 经济稳定性，适用于各种机组的低压省煤器的优化设计工作。 同时， 本文对低压省煤器的优化运行方面做了深入细致的研究工作。 对于己设计投运的低压省煤器系统，存在着一个使整个回热加热系统达 到最高经济性的低压省煤器通水流量，偏离这个最佳流量运行，低压省 煤器系统都将大大降低其经济性。本文首先建立了低压省煤器的优化运 行的数学模型。然后，本文将山东威海电厂的140mw机组的低压省煤器系 统作为研究对象,通过工程试验来采集数据， 利用等效焓降法以及该数学 模型进行一系列的计算并最后得出结论，求出了该低压省煤器系统的最 优通水流量。应用该数学模型，可以求出不同低压省煤器系统的最优通 ii 水流量。 本文还对该低压省煤器系统进行经济性分析，得出机组的标准煤耗 降低了3.765g/kw*h，年经济效益达178.91万元，项目全部投资回收年限 为一年零一个月，说明项目具有较高的投入产出比。投资回收期过后， 每台锅炉每年可以取得超过百万元的经济效益。 关键词: 低压省煤器，优化，数学模型，等效焓降法，最优通水流量 iii application and research of the low-press economizer in power station abstract the over high exhaust smoke temperature(est) is a universal problem for power station boilers at present, when the est exceeds over the design value very much, it not only affects the thermal economic efficiency of power stations, but also affects the safety and reliability of air preheat; it has a great meaning to decrease the est for saving the energy, promoting safety and reliability of boilers. the est of the 670t/h boiler of shengli power station exceeds 2030 above the design value, the boiler efficiency decreases by a large scale, for that, the power station decided to retrofit the boiler to decrease the est and increase the economy. this paper investigates deeply all kinds of means to decrease the est and exhaust smoke loss (esl). at the same time, this paper introduces the application things of the low-press economizer in decreasing the est and esl. the low-press economizer not only decreases the est, but also decreases the carbon-consumption; enhance the operation economy of boiler. it plays an important role in the remaining heat reclaiming in the power plant. this paper mainly introduces the principle of the low-press economizer. the mathematical model of optimum design of the low-press economizer was established, the selection of the aim function, determination of control condition, and multi- optimum scanning was discussed detail under the given the egt, the optimum arrangement and structure parameters of the low-press economizer are gained; the retrofit income was calculated under different usage lives、 coal price、 entrain smoke temperature, iv it explains that the model has a good dynamic and economic stability. it can be apply for all kinds of optimization design work of the economizer. at the same time, the paper gives deep analyst is about the optimization operation of the low-press economizer. there is an water flux which can make the whole heat system reaching the highest economy for the low-press economizer system. moving from the optimum water flux, the system economy will be decreased. at first, this text establishes the mathematics model of seeking the best flux of the low-press economizer. then, this texts calculating target is the low-press economizer of weihai power stations 140mw unit in shandong. gathering data to this target by engineering test. this text does a series of calculation by utilizing the equivalent enthalpy lower law and finally gets out the calculation conclusion. this text will carry on heating power analysis by using this important computing technology of equivalent enthalpy lower law and obtain the best dividing water flow finally. it can be apply for all kinds of obtain the best dividing water flux of the low-press economize. this paper makes the economical analysis for the low-press economizer. it is the standard coal consumption can lessen about 3.765g/kw*h, the gained that income per year is about 1.79*10 6 yuan, the recovery time of the program is about one year and one months, the program has a high ratio value of investment to income. after the investment reclaiming term, the power station will be reclaimed for great economical benefit. key words: : low-press economizer, optimum，the mathematics model， equivalent enthalpy lower law, the best dividing water flux viii 符号说明 dd 凝结水量，kg/s d0 新蒸汽耗量，kg/s qdw y低位发热量，kj/kg w y 应用基水分，% hd /h d 串联时低压省煤器进/出口水焓，kj/kg d 凝结水分水系数, 定义为dd与d0之比 qd 单位热量，kj/kg h 机组等效焓降，kj/kg h 机组等效焓降增量，kj/kg j 第j级加热器的抽汽效率，% j 第 j 级加热器的给水焓增，kj/kg hy ，h y 烟气进、出口焓，kj/kg hd ，h d 工质进、出口焓，kj/kg my ，m y 烟气进、出口流量，kg/s dd ，d d 工质进、出口流量，kg/s bj 计算燃料耗量，kg/s ty1 低压省煤器进口烟温, tpy 排烟温度, d0 光管外径,mm 0 光管壁厚,mm f 肋片厚度,mm hf 肋片高度,mm sf 肋片间距,mm s1/s2 管子横/纵向节距 z1/z2 管子横/纵向排数 b 烟道宽度,mm c 烟道深度,mm ix l 管子长度,mm u 分支烟道数 v 管束排列方式 (错排或顺排) p1/p2 引、回水点的位置 tc 设备投资总费用, 万元 th 设备运行后的年纯收入, 万元 cb标煤价格, 万元/吨 b低压省煤器的年节标煤量,吨/年 ey 新增动力消耗费用,万元/年 x 投资效益系数 n 低压省煤器使用寿命,年 ch 等效焓降单位增量的标煤节省量,kg/kj 年运行小时，h q 机组热耗率,kj/kw*h h 新蒸汽等效热降，kj/kg q 标煤发热量，kj/kg 低加的工质焓升，kj/kg hm-1 第 m-1 级低加出水焓，kj/kg ch 电价，万元/kw*h p 引风机效率，% vy1 排烟体积流量，m 3/s py1 烟气压降，pa cr 单位机组容量的固定费用系数，万元/kw n0 机组容量，kw cp 承压部件重量系数 rp rk 承压部件、非承压部件的单位造价，万元/吨 g0设备重量，吨 wy 烟气流速, m/s 单位受热面造价，万元/米 2 hd 受热面面积，米 2 tdc 低压省煤器出口水温, x py 引风阻力，pa qj 相应于1kg新蒸汽的排挤抽汽热量,kj/kg k 传热系数，w/(m 2*) a 传热面积，m 2 t 传热温差, q 机组热耗率，kj/kw*h d 机组汽耗率，kg/kw*h 机组电效率，% g 锅炉效率，% 机组效率相对提高值，% q 热耗率降低值，kj/kw*h b 标准煤耗降低值，g/kw*h p 机组发电功率，kw s 年获经济效益，万元 s0 设备投资(包括安装费)，万元 h 投资回收期限，年 ht sh high temperature superheater 高温过热器 lt sh low temperature superheater 低温过热器 ht rh high temperature reheater 高温再热器 lt rh low temperature reheater 低温再热器 econ economizer 省煤器 id fans induced draught fans 引风机 fd fans forced draught fans 送风机 el pre electrostatic precipitator 电除尘器 hpc high pressure cylinder 高压缸 ipc intermediate pressure cylinder 中压缸 lpc low pressure cylinder 低压缸 hph high pressure heater 高压加热器 lph low pressure heater 低压加热器 dea deaerator 除氧器 bfp boiler feedwater pump 锅炉给水泵 xi cep condensate extraction pump 凝结水泵 cwp circulating water pump 循环水泵 crh cold reheater 再热器冷段 hrh hot reheater 再热器热段 ucb upper connecting box 上联箱 lcb lower connecting box 下联箱 sl vs steam-leakage of valve stem 门杆漏汽 上海交通大学 学位论文原创性声明 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注名引用的内容外，本论文不包 含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：李伟 日期： 年 月 日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 不保密不保密 学位论文作者签名：李伟 指导教师签名：张伟 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 1 一、绪 论 一、绪 论 1、电厂节能的意义及课题研究背景 1、电厂节能的意义及课题研究背景 随着我国经济的日益发展以及国民生活水平的提高，人们对能源的需求量日益 增加，尤其以电力为基础的各项工作的开展更是离不开电厂电力的供应。资料显示， 我国发电装机总容量与年发电量自上世纪90年代后期跃居世界第二以来，已多年保 持世界第二的水平。从1949年新中国成立以来，全国发电装机容量跨过1亿千瓦大关 用了38年时间，从1亿千瓦翻番到2亿千瓦用了7年多一点的时间，从3亿千瓦到4亿千 瓦用了4年多一点的时间，从4亿千瓦到5亿千瓦历时不到19个月，从5亿千瓦到6亿千 瓦仅用了不到12个月，现在全国电力装机容量已经突破6.3亿千瓦。尽管我国电力工 业发展快速，电力市场发展前景广阔诱人，但电力工业在快速发展中也暴露出了一 系列的问题，如电源建设与电网建设不协调，发电能耗过高，发电污染排放严重等。 一句话，就是我国电力工业“高投入、高消耗、高排放、难循环、低效率”的问题 仍比较严重。为适应电力市场的快速发展和竞价上网，提高热力设备的运行效率、 挖掘节能潜力已成为各电厂日益重视的课题。 在电厂中， 锅炉排烟温度过高即锅炉余热问题一直是困扰着人们的一个难题 1-2 。 锅炉余热是电厂生产过程中由燃料燃烧及热能换热设备、用能设备和化学反应设备 中产生而未被用尽的能量资源,造成了电力用煤的浪费， 而且其数量极其可观 3。 据 统计，在火力发电厂中，锅炉的排烟热损失占锅炉总热损失的70%-80%。排烟温度每 上升10-15 ,锅炉效率就下降1%，标准煤耗上升3-4g/（kw*h），从而造成了电 力用煤的巨大浪费 4-5。 且排烟温度严重超温时往往会影响到预热器的安全运行， 造 成锅炉的事故停炉，增加检修及停机次数，影响发电机组的安全经济运行。所以， 降低排烟温度对于节能降耗、提高锅炉的安全可靠性都具有重要的实际意义。 胜利油田胜利发电厂期两台220mw机组，燃用山西晋中贫煤，含硫分较高，为 防止锅炉排烟温度降低使排烟中的二氧化硫结露损伤设备，故额定设计排烟温度为 153,锅炉设计效率90.1%。由于机组设计、机组运行调整等因素造成排烟温度高出 额定值2030，锅炉实际效率仅88.63%。排烟温度高影响锅炉经济性的问题日益 突出。为此，电厂决定投资进行锅炉技术改造，以降低排烟温度，提高电厂的经济 性。 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 2 考虑到200mw机组是我国通用机组，如能围绕我厂降低排烟温度的改造进行优化 研究，将具有较普遍的意义。 2、降低排烟温度的主要技术途径 2、降低排烟温度的主要技术途径 我国目前在降低锅炉排烟温度方面的研究和工程实践十分活跃，国内围绕解决 排烟温度过高、实现电站设备节能方面进行了大量相关的理论研究，主要集中于排 烟温度治理方案的比选、论证、排烟温度的变工况计算分析、新型强化传热元件的 传热、流动特性试验研究、低压省煤器最优设计的通用数学模型的建造等 6。主要 的技术途径如下: （1） 、采用吹灰器提高受热面传热效率 （1） 、采用吹灰器提高受热面传热效率 在燃煤锅炉运行中，受热面的积灰和结渣是不可避免的，积灰和结渣与煤灰成 份、运行条件等密切相关 7-8。严重积灰和结渣对于锅炉的正常运行非常不利。灰污 的热阻很大，附着在受热面上将降低受热面的吸热能力，使得传热效率降低。炉膛 及后续受热面传热效率降低将导致各个受热面的吸热量减少，炉膛出口以及最终的 锅炉排烟温度升高，锅炉整体效率下降。实验数据表明:水冷壁的热有效系数，对于 无烟煤和贫煤是0.35-0.4，对于烟煤和褐煤是0.4-0.45。采用吹灰器技术可以使水 冷壁的热有效系数明显增大，直接降低炉膛出口烟气温度 9-11。一般而言，与清洁 状况相比，受到污染后锅炉效率将降低1-2.5%，排烟温度升高十几度 12-14。积灰和 结渣不仅使得受热面的吸热能力降低，而且会引起受热面表面温度过高，导致受热 面金属超温和高温腐蚀，甚至管排爆漏。此外，较大的渣块坠落还会引发锅炉安全 问题。结渣和积灰无论是在炉膛还是对流受热面，都将对锅炉产生不利的影响，而 吹灰是一个有效的解决办法。吹灰器利用一定的吹灰介质(水、蒸汽、声波、燃气等) 清扫受热面，清除表面的污垢，使得其表面恢复清洁状态。一般来说，吹灰与不吹 灰相比较，可以降低排烟温度15左右，锅炉效率提高1-2% 15-16。美国和西欧一些 国家均将吹灰器作为确保机组安全经济运行的重要手段，其吹灰器的投用率普遍较 高，而我国的吹灰器投运率则较低.据1992年电力部西安热工研究所的调查，国产吹 灰器的平均投用率仅为27%，进口吹灰器除前苏联生产的投用率不到4%，平均投用率 为41% 17。200mw机组锅炉的吹灰器投用率还不到22%,600mw及以下机组吹灰器平均 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 3 投用率36%，几乎没有锅炉吹灰系统全套正常投用的机组 18。目前常用的吹灰器一 般有如下型式:蒸汽吹灰器、水力吹灰器、压缩空气吹灰器、声波吹灰器、钢珠吹灰 器和气脉冲吹灰器 19。吹灰器的运作是用一定量的介质消耗来换取受热面的清洁， 因而其运作本身要消耗一定成本.蒸汽吹灰的耗汽量一般占蒸汽总产量的1%， 消耗锅 炉热效率的0.7%，电厂效率的0.1% 20。如果不及时吹灰，虽然降低了吹灰器消耗热 量，但是由于受热面受到污染将导致锅炉效率降低;如果吹灰过于频繁，虽然保证了 受热面的清洁，提高了锅炉的热效率，但是吹灰器消耗热量也将大大增加。此外， 还要有安全性的考虑，吹灰不及时将使得受热面表面温度升高，导致高温腐蚀，过 于频繁将破坏管壁外的氧化膜保护层，使得磨损加大 21-22。 （2） 、内螺纹管空预器技术 （2） 、内螺纹管空预器技术 内螺纹管是一种外凹内凸的螺旋形异形管，具有制造简单、传热性能和机械性 能好等优点，是一种用途广泛的高效换热元件 23-24，内螺纹通过管子的内壁产生螺 纹流和边界层分离流来改善传热。内螺纹管空预器在设计时各种参数的选取都有较 大的余地 25，这种空气预热器在约30多台锅炉的实际应用证明，内螺纹管可以同时 提高管内、外侧的传热系数，降低排烟温度，提高壁温，减轻低温腐蚀，减少堵灰 和磨损，极大地提高了锅炉工作的可靠性和经济性 26-27，虽然近20年来许多研究者 对内螺纹管进行了大量的研究，但各研究者所采用的工质、工况范围、试验方法等 都有较大的差别，得到的管内对流换热系数和摩擦系数计算公式相差很大，并且在 以空气为工质的研究中，很多试验未能覆盖电厂锅炉管式空气预热器，文献 28针对 电厂锅炉管式空气预热器的管内运行工况，对内螺纹管管内流动阻力和换热性能进 行的试验研究，分析了管内雷诺数、槽深以及节距对内螺纹管管内阻力和换热的影 响，得到了管内阻力和换热的准则关联式，并对内螺纹管的热力性能进行了定量分 析。 （3） 、前置式热管空气预热器 （3） 、前置式热管空气预热器 采用热管技术回收锅炉废热是近几年正在逐步推广的一项新技术 29-30。许多研 究者对热管的工作性能 31、 热管传热系数32、 及热管形式33等进行了广泛的研究。 近年来，国内十几个电厂在数十台锅炉尾部受热面的改造中，出于解决不同问题的 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 4 考虑应用了热管式空气预热器，由于实际情况的不同，有的改造取得了成功，达到 了预期的效果，但也有的锅炉改造没有取得预期的效果或效果不显著，也存在个别 失败而造成重大经济损失的教训 34。在设计参数合理的条件下，以解决管式空气预 热器的低温腐蚀、漏风及堵灰为主要目的而加装部分前置式热管空气预热器的改造 工作基本上都达到了预期目标，由于改造的初投资较小，回收较快，经济效益也较 好。以降低锅炉的排烟温度为主要目的，用热管空气预热器完全或部分替代原低温 管式空气预热器，或用热管空气预热器完全替代原回转式空气预热器的改造工作大 部分都未达到预期的效果，由于改造的初投资很大，所以，改造所带来的经济效益 很低 35-36。 譬如， 某发电厂200mw机组针对锅炉排烟温度高的原因， 分别在两台670th 燃煤锅炉上加装了前置式热管空气预热器，并对两炉的引风进行了增容改造。据实 测，排烟温度分别下降了24.8和15.30 c，热管空气预热器的烟温降值已达到100 左右，改造所带来的经济效益很低。又譬如某热电厂500mw燃煤锅炉采用热管空气 预热器取代原低温级管式预热器的置换段的改造工作，该炉长期存在锅炉排烟温度 大大高于设计值的问题，在冬季排烟温度为165左右，在夏季则高达180，改造 所定的指标为排烟温度降到140，其方案为拆除原低温级空气预热器的下部约2.5 米高的置换段，沿纵向布置36排热管，锅炉尾部钢架及烟风道都进行了较大的改造， 引风机进行了增压改造。改造后的运行结果表明，排烟温度仅比未改前降低约10-15 。但是，热管预热器的本身温降值己接近60，热管空气预热器本身的烟气温度 降值远高于锅炉实际排烟温度降值。这两个例子均表明，锅炉实际排烟温度降值与 热管空气预热器烟气温度降值的比值约为0.2,也就是当热管空气预热器烟气温度降 低10，相应的排烟温度仅下降了2。前置式热管空气预热器的投入，将使锅炉受 热面的换热分布重新分配，并使多处的烟气温度都有所改变 37。因此，我们不能把 热管式空气预热器当作独立的换热器来设计，而要将其作为锅炉尾部烟道的换热器 之一作整体考虑 38，热管空预器回收的热量全部带入炉内，使锅炉受热面的传热分 布改变，这对锅炉运行是很不利的。热管空预器回收的热量有很大部分是没用的。 （4） 、省煤器采用扩展表面增强换热量 （4） 、省煤器采用扩展表面增强换热量 采用扩展表面强化烟气侧的传热从而降低排烟温度是近年来电站锅炉普遍采用 的一项新技术 39-40。与此相应，发表了大量围绕强化传热螺旋肋片管的传热、流动、 磨损等特性的研究成果。文献 41进行了翅片管结构参数优化试验,文献42-43对翅片 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 5 管传热性能进行了研究，得到了传热系数计算经验公式。文献 44给出了计算螺旋肋 片管式管束传热系数的一套图表和计算公式及计算螺旋肋片管式管束对流放热系数 的物理模型，引入了管径修正系数、纵向节距修正系数、翅高修正系数、翅距修正 系数等进行对流放热系数计算，可用于工程设计和结构参数优化。 电厂锅炉尾部对流受热面采用肋片管扩展表面技术强化传热，能减少承压管总 长、弯头数和焊口数，并适当降低烟温，提高机组的安全性和经济性。随着高频电 阻焊螺旋肋片管技术水平的提高，肋片管应用范围逐渐扩大 45。由于肋片管大幅度 扩展了受热面积，传热强化，使得单位体积内能够布置的受热面积大大增加 46。当 换热面一侧为气体，另一侧为液体时，由于气体侧的换热系数比液体侧小得多（一 般小10-50倍） 。这时应用扩展换热面的方法来提高传热系数是最有效的办法。为了 使换热器更加紧凑和进一步提高气侧的换热，现在各种异性扩展换热面得以迅速发 展，它们可使气侧的换热系数较普通扩展面再提高0.5-1.5倍 47。 （5） 、管内螺旋线圈强化传热技术 （5） 、管内螺旋线圈强化传热技术 管内螺旋线圈强化传热技术是针对气-气热交换而开发的技术。其方法是采用螺 旋线圈插入空预器管内，使管内空气的扰动加强，消除了壁面附近动量不足的层流 底层的热动力阻滞效应，以达到改善空气侧换热条件，从而降低排烟温度。管内传 热系数较之原普通光管提高达100%-270%，因此可以用来增强传热或减少换热器金属 消耗量。用于锅炉空预器可增加传热量25%-35%，降低排烟温度10-25，管壁温度 上升10-15，这对防止空预器的低温腐蚀起到积极的作用,提高了锅炉热效率和可 靠性。螺旋线圈产生的旋转动量和脉动度，使飞灰颗粒的离心力具有自清灰作用， 防止烟尘在管壁上附着积灰, 解决了锅炉尾部积灰问题 48。 适用于各类锅炉的管式 空预器，也适用于各类管式换热器。 （6） 、低压省煤器技术 （6） 、低压省煤器技术 在尾部烟道安装低压省煤器 49， 利用汽轮机回热系统中的低压加热器水侧的凝 结水而非高压给水来冷却烟气，其换热条件类似于省煤器，但水侧的压力却远远低 于省煤器的压力，故称其为低压省煤器。低压省煤器的安装使得汽轮机换热系统得 到一份外来热量，节省了一部分抽汽，很好的回收排烟热损失，提高了全厂的热效 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪论 6 率 50-52。 低压省煤器与高压省煤器相比较，虽然在能源利用的能级上稍逊后者，但因以 下独特的优势 53-54，受到国内电厂的普遍欢迎: a.安装低压省煤器不会影响空预器出口的风温。 b.使用低压省煤器可以灵活地调节锅炉排烟温度，夏季可以使排烟温度稍微低一些， 冬季则可以稍微高一些，防止低温腐蚀。 c.在同样的余热回收量下，安装低压省煤器的费用较小。 3、小结 3、小结 本章简要介绍了国内目前广泛使用的几种降低排烟温度的技术途径，并对几种 技术方案的适用范围以及使用效果进行了分析。 上海交通大学工程硕士学位论文 第二章 山东胜利发电厂机组概述及存在问题 7 二、山东胜利发电厂机组概述及存在问题 二、山东胜利发电厂机组概述及存在问题 1、锅炉概况 1、锅炉概况 （1） 、锅炉设备简介（1） 、锅炉设备简介 5555 山东胜利发电厂期工程为两台国产200mw机组，配套锅炉由东方锅炉厂制造， 其型号为dg670/13.7-8a型，燃用山西晋中贫煤的超高压中间再热自然循环煤粉炉, 采取露天型布置,固态排渣，其简图如图2-1所示。 fig2-1: sketch of boilers 图 2-1：锅炉简图 锅炉最高标高 59930mm,炉膛宽度 11920mm,炉膛深度为 10880mm。炉膛四角切向 布置直流式煤粉燃烧器。炉膛四周为 50*6, 节距 s=80mm 的膜式水冷壁,后墙水冷 壁在上部弯成折焰角,前后墙水冷壁下部形成倾斜角为 50的冷灰斗。 冷灰斗下面布 置湿式水封除渣装置,前后及两侧水冷壁管上部均装有集汽联箱,由连接管与锅筒相 连接,锅筒的下部有六根377*36的集中下降管,均通过连接管与下部水冷壁下联箱 连接,组成炉膛部分的水循环回路。炉膛与尾部烟道之间有 3400mm 的水平烟道,水平 烟道两侧用水冷壁管包覆,由侧墙上部折焰角处引出连接管与此相连接,组成水循环 回路。尾部烟道两侧采用水冷壁包覆,由锅炉两端引出分散下降管 159*16 管子 12 上海交通大学工程硕士学位论文 第二章 山东胜利发电厂机组概述及存在问题 8 根与此相连,组成独立的水循环回路。 炉墙顶棚采用 60*6 膜式顶棚管,热段过热器、 再热器处顶棚采用 60*6 光管, 节距均为 120mm。尾部烟道的前墙、后墙、中隔墙顶棚过热器均采用 38*5 光管加 焊扁钢形成膜式包墙管系统,炉膛和水平烟道顶部采用内护板,保证整台锅炉的严密 性。 炉膛上部垂直布置辐射式全大屏过热器和后屏过热器,在水平烟道内布置高温 过热器和高温再热器,尾部烟道竖井由中隔墙分隔成前后两部分,前竖井中布置低温 级再热器,后竖井中布置低温级过热器。 过热器系统共设置二级喷水减温,第一级喷水减温点布置在全大屏过热器与后屏过 热器之间,第二级喷水减温点布置在后屏过热器与高温过热器之间,减温水来自给水 操作台前。 再热器系统中,在低温再热器入口的再热蒸汽管道上设置了再热器事故喷水点, 作为发生事故情况下处理调节再热汽温之用。在低温再热器与高温再热器之间的连 接管上布置微量喷水点,必要时可作再热汽温细调之用水源来自给水泵抽头。再热蒸 汽的汽温主要由烟气档板调节。 省煤器布置在尾部尾部竖井下边,采用单级布置，顺序排列的形式，其垂直悬吊 管除悬吊省煤器本身外，还悬吊低温过热器和低温再热器。按烟气流程，省煤器之 后布置了两台容克式空气预热器。 本锅炉汽包内径 1600mm，壁厚 95mm，全长 21620mm，中心标高 52700mm，下部 有 6 根集中下降管，靠近两端各有 6 根分散下降管。来自省煤器的给水分两路，一 路通往清洗装置，一路直接进入汽包水空间。 炉膛下部四角每角布置了四层直流煤粉燃烧器，其中 1-3 角对冲布置，2-4 角射 流在炉膛中心形成直径为 736mm 假想切圆。每个燃烧器配有高能点火装置及油燃烧 器，点火装置引燃零号轻柴油，再由燃油点燃煤粉。本炉配钢球磨、中间储仓式热 风送粉系统。 锅炉本体部为全悬吊结构,立柱为钢筋混凝土构架。 顶部板梁为钢结构， 全重量悬吊在顶部大板梁上。炉墙采用敷管式轻型炉墙, 容克式空气预热器及省煤 器支撑在单独尾部钢架上。除十米运转层之外,还在锅炉标高 26m、37m、49m、55m 处设有混凝土大平台。 本锅炉在设计、制造上采用了可靠的密封措施和防磨措施，在炉膛、水平烟道 装设了蒸汽吹灰器,在尾部竖井及容克式空预热器处装有四个声波吹灰器, 可实现 程控吹灰。锅炉定排均有电动门,可实现程控排污。 上海交通大学工程硕士学位论文 第二章 山东胜利发电厂机组概述及存在问题 9 （2） 、主要规范参数 （2） 、主要规范参数 锅炉设备主要规范参数，见表 2-1 表 2-1 锅炉主要规范参数 序号 项目 数据 备注 锅炉蒸发量(t/h) 670 过热蒸汽出口压力(mpa) 13.72 表压 主蒸 汽参 数 过热蒸汽出口温度() 540 再热器流量(t/h) 588 过热蒸汽入/出口压力(mpa) 2.6/2.4 表压 再热 蒸汽 参数 过热蒸汽入/出口温度() 321/540 给水温度() 245 空预器出口热风温度() 340 投暖风器时 351 排烟温度() 153 锅炉效率(%) 90.13 保证值 88% 锅炉金属总重(t) 3049 炉墙重量(t) 280 燃料消耗量(t/h) 86.4 炉本体阻力：烟/空气(pa) 2648/981 炉汽水阻力(mpa) 1.498/0.245 经济 指标 再热汽阻力(mpa) 0.193 一次风(pa) 981 二次风(pa) 1960 燃烧 器阻 力 三次风(pa) 2452 尾部后竖井烟气份额(%) 51 满负荷 烟气 份额 尾部前竖井烟气份额(%) 49 满负荷 （3）、燃料特性 （3）、燃料特性 胜利发电厂燃用山西晋中贫煤，其燃煤特性见表 2-2 上海交通大学工程硕士学位论文 第二章 山东胜利发电厂机组概述及存在问题 10 表 2-2 山西晋中贫煤的燃煤特性 项目 符号 单位 数据 碳 c y % 56.89 氢 h y % 2.83 氮 n y % 0.98 氧 o2 y % 2.4 硫 s y % 1.08 水份 w y % 9 化学成分 灰份 a y % 26.82 挥发份 v y % 13.72 低位发热量 qdw y kj/kg 22198.4 可磨系数 k 1.35 三氧化硅 sio2 % 49 氧化硅 al2o3 % 35.88 灰渣成分 氧化铁 fe2o3 % 6.83 变形温度 t1 1330 软化温度 t2 1500 灰熔点 溶化温度 t3 1500 2、汽机概述2、汽机概述 5656 山东胜利发电厂采用 n220-12.7/535/535 型汽轮机，即超高压、中间再热、单 轴、三缸三排汽、凝汽式汽轮机，配用 dg670/13.7-8a 型锅炉和 qfsn-220-2 型发电 机，组成单元式发电机组。本机组采用一次中间再热，也就是新蒸汽由锅炉过热器 出来，经过汽轮机高压汽缸做功后，再回到锅炉再热器加热，再热后的蒸汽回到汽 轮机的中压汽缸继续做功，其简图如图 2-2 所示。 上海交通大学工程硕士学位论文 第二章 山东胜利发电厂机组概述及存在问题 11 fig2-2: sketch of turbing 图 2-2：汽轮机简图 （1） 、其主要技术规范如下： （1） 、其主要技术规范如下： 生产厂家：东方汽轮机厂 型号：n220-12.7/535/535 型 型式：超高压中间再热三缸三排汽凝汽式汽轮机 额定功率：220mw 保证最大功率：230 mw 高压主汽门前额定蒸汽压力：12.7 mpa 主汽门前额定蒸汽温度：535 再热主汽门前额定蒸汽压力：2.22 mpa 再热汽阀前额定蒸汽温度：535 额定转速：3000r/min 旋转方向：从机头往发电机看，为顺时针方向 额定冷却水温：20 维持额定功率的最高冷却水温度：33 冷却水流量：25000t/h 额定排汽压力：0.0052mpa(a) 额定排汽流量：436.43t/h 上海交通大学工程硕士学位论文 第二章 山东胜利发电厂机组概述及存在问题 12 额定凝结水流量：550t/h 额定工况时汽轮机主蒸汽流量：638t/h 额定工况再热蒸汽流量：569.51 t/h 额定工况给水温度：244.1 回热系统：3 高加+1 除氧器+4 低加，除氧器采用滑压运行 额定工况下净热耗率：8143kj/（kw.h） （2） 、额定工况下的抽汽参数： （2） 、额定工况下的抽汽参数： 胜利发电厂汽轮机在额定工况下的抽汽参数如表 2-3 所示， 表 2-3 额定工况下的抽汽参数 名 称 项 目 #1 高 加 #2 高 加 #3 高 加 蒸冷 器 除氧 器 #5 低 加 #6 低 加 #7 低 加 #8 低加 抽汽 点 9 12 15 15 17 20 22 28/33 25/30/3 5 抽汽 压力 mpa 3.89 2.52 - 1.250.840.430.240.14 0.04 抽汽 流量 t/h 30.82 37.67 - 16.1522.4614.3214.7923.98 30.39 进 口 370.3 315.8 251.9 454.5397.4310.1242.2191.9 81 汽 侧 温 度 出 口 243.8 196.1 186.1 251.9169.6143.4123.8107.7 74.8 进 口 218 186.1 172.6 241.8142.4120.8104.173.6 35 水 侧 温 度 出 口 241.8 218 186.1 - 169.6142.4120.8103.7 70.8 3、现存在问题及拟采用的方法 3、现存在问题及拟采用的方法 上海交通大学工程硕士学位论文 第二章 山东胜利发电厂机组概述及存在问题 13 （1） 、现存在问题 （1） 、现存在问题 胜利发电厂期锅炉因燃用山西晋中贫煤，含硫分较高，为防止锅炉排烟温度 降低使排烟中的二氧化硫结露损伤设备，故额定设计排烟温度为153。由于机组设 计、 机组运行调整等因素造成排烟温度高出额定值20-30， 造成了很大的余热损失。 为降低排烟温度，考虑到胜利发电厂锅炉尾部烟道空间较大，防磨、防腐蚀要求较 高，引风机的压头裕量较大等实际情况，需要进行改造方案的论证、优化工作，以 便达到在有限空间内最大限度降低排烟温度、并同时确保锅炉安全工作。 （2） 、可采用的技术改造方案 （2） 、可采用的技术改造方案 根据目前国内降低排烟温度一般所采用的技术方案，为解决我厂锅炉的排烟温 度偏高问题，初步提出以下几种可行方案以供选择: (1)、改善运行条件，消除锅炉漏风、进行燃烧调整; (2)、采用热管式前置空气预热器降低排烟温度: (3)、进行高压省煤器改造，采用扩展表面增强换热量; (4)、设计安装低压省煤器。 对第一个方案，不进行设备改造，投资少、费用低，治理周期相对较短。但该 方案的效果有限。即使能够将所有运行条件配置、调整到最佳状况，排烟温度的降 低值也不会超过8-9。况且象运行煤种这一类条件的改变难度极大，一般只能是来 什么煤烧什么煤，自主选择的余地很小。因此不拟采取这个方案。 对第二个方案，即采用热管式前置空气预热器的方案，可以有效降低排烟温度 至经济值，但这种方案对于炉膛进风温度直接产生影响。按降低排烟温度25估算， 热风温度将至少升高35，对于炉内燃烧而言，过高的入炉风温有可能要产生燃烧 器结焦或炉膛结焦。就空气预热器而言，这么高的出口风温则会使预热器的上部金 属超过材料的极限允许温度而过热变形，从而导致空气预热器的漏风等新问题。从 受热面布置空间上看，本炉为回转式空气预热器，结构十分紧凑，空气预热器前的 空间难以再布置更多的受热面，这样设计上能够降低的排烟温度达不到经济排烟温 度，使节能效果打了折扣。此外，热管式空气预热器的单位造价偏高，每吨重量受 热面的价格大致为普通光管的2.5倍，是螺旋肋片管的1.5倍。从本质上看，热管换 热器元件的传热为单面传热，尽管它可以用扩展表面的方式增加空气侧的传热面积， 上海交通大学工程硕士学位论文 第二章 山东胜利发电厂机组概述及存在问题 14 但总的传热系数与光管相比增加不多。因此，目前国内普遍认为，前置式热管式空 气预热器当用于解决低温受热面的低温腐蚀问题时的推荐方案，若仅从技术经济的 观点考虑，则其优势并非很大。从以上诸方面的分析，本次改造也暂不考虑热管式 空气预热器的方案。 下面重点进行第三方案和第四方案的比较和论证： （a）、对锅炉工作性能的影响 本厂#1,2炉燃用煤种与设计煤种偏差较大，这是在考虑省煤器改造方案时必须 首先考虑的。由于