左世忠
（内蒙古大唐国际锡林浩特有限责任公司 内蒙古锡林浩特市 026000）
摘要：对大唐国际锡林浩特发电公司2×660MW超超临界空冷机组锅炉烟气高效利用方案进行选型分析，对燃煤煤质、除尘器入口温度、前置换热器工作流程与布置方式进行分析说明，并针对磨煤机干燥出力不足问题提出解决方案。通过对机组经济性进行测算，认为该机组锅炉烟气利用采用空预器前置换热器方案可行。
关键词：直流锅炉；烟气利用；前置换热器；磨煤机干燥出力；经济性
燃煤锅炉的排烟损失是锅炉热损失中最大的一部分，占燃料热量的4%~8%，因此，降低排烟损失是提高锅炉热效率的关键。对电力企业而言，采用大容量、高参数燃煤机组，在降低发电煤耗的同时，也需要最大限度地对系统进行优化设计，使机组实现超低排放。本文就大唐国际锡林浩特发电公司2×660MW超超临界空冷机组锅炉烟气高效利用方案进行二次设计，将设置两级低温省煤器改为设置一级前置式烟气换热器（以下简称前置换热器）方案，并就前置换热器方案的可行性进行分析。
1设备概况
该公司为煤电一体化大型坑口电厂，该电厂2×660MW超超临界空冷机组是1000kV特高压交流输电工程的配套电源点项目。机组同步建设SCR脱硝、石灰石湿法脱硫设施，除尘系统采用双室五电场高效静电除尘器。锅炉为单炉膛、四角切圆燃烧、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全悬吊结构、紧身封闭布置、II型变压运行直流炉，汽轮机为一次中间再热、三缸两排汽、单轴、双背压、空冷凝汽式汽轮机，发电机为静态励磁、水—氢—氢冷却汽轮发电机。
2设计条件
2.1煤源及煤质分析
锅炉设计煤种为该能源公司露天煤矿生产的褐煤，锅炉燃煤属于高水分、高挥发分、低硫分、低灰分的低热值煤。
2.2除尘器入口烟气温度
对锅炉燃煤的烟气酸露点分别采用Verhoff&Banchero和Haase&Borgmann估算公式确定上、下限值。经计算，设计煤种的烟气酸露点为106.5℃，校核煤种的烟气酸露点为102℃。当烟气温度降低时，结露的SO3液滴在高含尘的环境中会被粉尘吸附包裹，同时被粉尘中的碱性物质中和，从而避免对换热器、除尘器及下游设备产生腐蚀。当灰硫比大于100时，烟气中SO3质量浓度低于2.86mg/m3，对下游设备及烟道的低温腐蚀风险很小。基于上述理论，该发电厂2×660MW机组锅炉烟气利用装置出口、除尘器入口烟气温度取110℃。
3组合场地及施工机械准备
根据现场情况，选择钢架卸车场地、烟道组合场地、反应器组合场地。钢架卸车尽量选择在脱硝钢架左右侧，使钢架主吊设备便于一次性吊装到位避免二次倒运，钢架吊装完毕后可在此场地进行SCR出口灰斗组合。
本工程采用吊机械选择：锅炉右侧（B71.6外）横向第三四跨（BG-BH间）布置了一台120t塔机（80m半径），脱硝钢架后侧机动布置一台250t履带吊负责炉左侧组合件吊装。
4具体施工方案
4.1 脱硝钢架安装
脱硝钢架安装过程适用锅炉本体钢架安装规范进行施工，全部钢结构分立柱、横梁、垂直支撑、水平支撑，高强螺栓副连接方式。施工前需对高强螺栓副及钢结构摩擦试板送具备检测资质的机构进行抽样复检。一层钢架安装完毕后验收1m标高、柱顶标高、跨距、对角偏差等尺寸后终紧高强螺栓进行空预器底梁安装前的钢架划线垫板安装。
钢架安装过程与空预器安装过程同步进行，待钢架到顶，空预器完成除模式扇形仓外其他大件吊装安装完毕。
缓装件：SCR入口烟道吊装前，需将33m以上层钢架入口烟道周围内伸次梁及水平支撑全部缓装；SCR出口灰斗吊装前需将33m（包括33m）以上出口灰斗及反应器周边次梁及水平支撑全部缓装，待临时就位后方可完善。
平台楼梯需与钢架同步施工，将每层环形通道安装，便于施工人员通行，降低高空作业危险系数。上述吊装区域平台需缓装。
4.2 SCR出口灰斗组合与安装
4.2.1 SCR出口灰斗选择在脱硝钢架右侧进行现场组合，组合前用[20a槽钢在地面搭设组合平台，底部垫平，保持平台平整一致。根据主吊250t履带吊工况，选择全部组合并将反应器出口连接法兰与SCR出口灰斗组合一起吊装，组合后每件出口灰斗56t，炉左、炉右各一件。在组合时，分别将前后面护板与内侧桁架组合成块，每台共2件；其他内部横向桁架组合成片；在组合平台上放出底口尺寸，将前后护板与桁架放置到位进行内部成片桁架连接，最后进行剩余护板安装。
4.2.2 SCR出口灰斗在空预器模式扇形仓吊装完毕后进行临时就位（因到货周期限制，可在扇形仓吊装前的阶段安排施工人员进行烟道及反应器地面组合，上述工程量较大，不会因等待扇形仓吊装而造成窝工或影响施工进度）。SCR出口灰斗临时就位标高需较就位位置低100mm，在反应器底梁就位后再上提进行密封焊对口。
4.3 SCR入口烟道的组合安装
SCR入口烟道布置在省煤器出口水平烟道后侧，连接部分设置有非金属膨胀节，SCR入口烟道垂直段下方设计有放灰小灰斗，垂直段中间位置布置有喷氨栅格，外部设备形状类似于受热面集箱，内部为均匀分布的带有向上喷口的管道，用于还原剂氨气的输入。
SCR入口烟道的组合选择在50t龙门吊组合场进行。1100MW机组该设备单件总重为75.5t，底部和顶部均设计有导流板（总重19t），根据250t履带吊回转半径及主臂工况情况，决定将入口烟道组合成三段进行吊装就位，底部与顶部均将导流板地面安装完毕，分段组合后，底部重量32.5t，中间段重量27t，顶部重量35t。最大限度地减少了高空作业（每个入口烟道仅需两道现场安装焊缝的施工），且地面组合过程中便于质检人员的质量控制。分段位置设计在钢架梁附近，便于脚手架搭设施焊。
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5前置换热器设置方案
5.1布置方式及工作流程
设计在空气预热器的入口烟道上方及脱硝装置烟道出口下方区域布置前置换热器。换热工质取自3号高压加热器入口，经过烟气换热后回到2号高压加热器出口。这种布置方式相当于省煤器分组布置，能够将原省煤器出口烟气温度（脱硝装置入口烟气温度）提高10℃左右，保证脱硝装置在全负荷下运行。在预热器入口布置前置换热器，利用高压加热器水源将脱硝装置出口烟气温度降至365℃左右，充分利用空气预热器的烟气余热加热高压加热器给水，提高机组的经济性。
5.2设计说明
5.2.1边界条件设计
（1）汽轮机主要参数：主蒸汽出口汽温605℃，主蒸汽流量2145t/h，再热器出口汽温603℃，再热器流量1765t/h。
（2）前置式换热器：进口给水温度190.7℃，出口给水温度300.8℃，进口烟气温度403℃，出口烟气温度363℃。
（3）空气预热器：入口烟气温度363℃，出口烟气温度冬季135.7℃、夏季143.9℃，入口一次风温350.6℃、夏季351.1℃，入口二次风温度冬季30℃、
夏季42℃，出口二次风温度冬季334.4℃、夏季335.5℃，烟气侧阻力入口为1108Pa、出口1115Pa。
（下转第186页）
5.2.2性能设计
根据上述边界条件，进行前置式烟气换热器的热力计算。
5.3结构设计调整
5.3.1钢结构调整
根据现有设计条件及现场施工情况，为保证钢架变化最小，确保原脱硝装置最后一排钢架保持不变，需要取消原钢架Q排柱（即原风机房位置），钢架R排柱需要调整位置。
5.3.2脱硝装置调整
在原有脱硝装置设计中，催化剂的模块只能采用9×11的布置形式。脱硝装置入口烟道呈喇叭形，入口宽、出口窄，对烟气的流场均匀性产生较大影响，导流板布置难度较大。若烟气流速不均，则易造成催化剂磨损或堵塞。
对钢结构进行调整后，R排柱向炉前移动1980mm，则催化剂模块的布置可变为11×9，反应器宽度与深度比较合理，流场均匀性更好，且导流板布置简单。经过数值模拟计算，调整后的烟气流速偏差较调整前小。
通过以上调整后，前置换热器暂定布置在空气预热器入口烟道上方、脱硝装置烟道出口下方区域，换热工质取自3号高压加热器入口，经过烟气换热后回到2号高压加热器出口。
5.3.3脱硝装置出口烟道的调整
原脱硝反应器出口烟道倾斜30°布置。由于前置换热器的布置要求，烟道必须避开脱硝反应器的支撑钢梁，为高压给水管道提供足够的空间。因此需要将倾斜烟道调整为水平烟道。
5.3.4调整后的结构优势
前置换热器布置在脱硝装置与空气预热器之间的烟道上，保证了全负荷下脱硝系统可以正常运行，系统简单，结构紧凑。前置换热器不采用凝结水换热，不会对管材造成低温腐蚀、延长了管道的运行寿命。而且前置换热器与高压加热器的高质量蒸汽进行换热，提高了高质量蒸汽的利用效率。
6磨煤机热一次风干燥出力问题处理
由于采用前置换热器会降低空气预热器前烟温，需重点考虑提高磨煤机干燥出力。为此，在保证一次风率维持设计值的前提下，通过3段抽汽提高一次热风的温度，确保制粉系统可以采用中速磨正压直吹式运行方式。具体方案为：在磨煤机热一次风入口加装蒸汽加热器，利用汽轮机3段抽汽加热空气预热器出口的热一次风，将预热器出口热一次风温度（约350℃）提升至410℃以上，满足制粉系统干燥出力的要求。放热后的3段抽汽再次回到汽轮机回热系统，进入3号高压加热器。
经热力计算，该方案能将空气预热器出口热一次风温从358℃加热至413℃，满足制粉系统不同负荷下对干燥出力的要求，且有一定的调节余度。
7.结束语
通过对燃煤煤质、除尘器入口温度、前置换热器工作流程与布置分析后可知，锅炉燃煤为高水分、高挥发分、低硫分、低灰分的低热值煤，除尘器前烟气温度取110℃，前置式烟气换热器宜布置在预热器入口烟道，脱硝烟道出口下方区域。磨煤机热一次风增加蒸汽换热器，将热一次风温从358℃加热至413℃，解决了磨煤机干燥出力不足问题。通过经济性分析可知，采用前置换热器后，每台机组的年运行费用可节省214.5万元/a，7.2a回收成本。综上所述，本工程采用前置换热器方案后，在节水、降耗、减排、提高机组效率等方面具有显著优势。
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论文作者:左世忠
论文发表刊物:《河南电力》2018年7期
论文发表时间:2018/9/13
标签：烟气论文; 组合论文; 钢架论文; 换热器论文; 入口论文; 烟道论文; 预热器论文; 《河南电力》2018年7期论文;