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1、制粉系统掺冷风项目,山东英电节能科技有限公司,掺冷风技术发展现状,对于外部余热进入回热系统对机组经济性的影响，早在80年代林万超等通过等效焓降理论给出了定性的结论及定量计算的准确公式，给外部低品位余热通过进入回热系统提高机组热经济性奠定了理论基础。自80年代以来外部余热进入回热系统比较成功的实践目前集中在以下两类：即低压省煤器技术和流化床排渣余热回收技术。由于余热品味较低，大多集中在机组8段抽气至6段抽气这个范围内汇入回热系统，抽气效率较低，热回收比例偏低。 目前国产锅炉机组运行时，排烟温度普遍高于设计值。虽然原因很多，情况各异，但其中很重要的一点是设计时认为进入炉膛的风量中，除炉膛及制粉系统
2、漏风外，都是通过预热器的这一概念所造成。实际上制粉系统在运行时，要掺入部分冷风，以保持一定的磨煤机出口温度，结果使通过预热器的风量小于设计值，因而导致排烟温度升高，降低锅炉效率。,为保证安全运行，通常对磨煤机出口的乏气温度有所限制。例如烟煤储仓制时该温度不超过70；烟煤直吹式不超过80；无烟煤虽然无煤粉爆炸的危险，但仍存在自燃问题，设计时乏气温度也不应超150。另一方面，锅炉实际时热风温度的选择主要取决于燃烧的需要，所选定的热风温度往往远高于所要求的磨煤机入口的干燥机温度，因此要求在磨煤机入口前掺入一部风温度较低的介质，使混合后的空气温度即为所要求的干燥机温度。在储仓制粉系统虽可部分采用乏气再
3、循环，但乏气再循环量应为最佳通风量与一次风量的差额，其数量有一定的限制。而且目前不少电厂由于担心再循环管积粉自燃而大多停止使用，仅靠掺入冷风以满足干燥剂温度的需要。事实上煤种及锅炉负荷一定时，进入炉膛的总风量基本不变。因此，制粉系统掺入冷风就等于减少通过预热器的风量，使预热器传热效果下降，排烟温度升高，其影响是随掺入冷风量的多少而有所增减。 锅炉运行工况的改变，如磨煤机的投入台数；一次风量的大小；乏气再循环的停用；原煤水分甚至大气温度的变化等均能影响冷风掺入比例，从而影响排烟温度的高低。,掺冷风技术简介,工作原理 利用汽轮机的小部分凝结水通过低压加热器级间压差流动，作为冷却介质，把去制粉系统的
4、热一次风温度从预热器出口温度降低到磨煤机进口混合风的温度，从而避免向制粉系统掺入的冷风，结果使预热器增加风量、排烟温度降低。在煤质、负荷变化（如煤中水分降低）时，通过调节热一次风冷却装置的传热功率，改变热一次风温的降低幅度，保证磨煤机出口温度在设定范围。,同类技术对比,和本项目类似的改造是采取低压省煤器技术降低排烟温度，两者技术上有以下几点不同。 1、低压省煤器积灰及磨损严重 由于低压省煤器技术回收的是烟气的余热，积灰及磨损问题非常严重，引起低压省煤器运行周期短，传热差。 而本技术热源为干净的空预器出口热风，其含灰量较烟气基本可以忽略。积灰及磨损非常轻微，其运行安全可靠性较低省大大增加。 2、
5、设备重量及投资差异大 低省由于冷热源换热温差小（基本在40以下），相同的换热量需要大量的换热面积，带来设备重量大，相关的基础及安装费用亦较高。 而掺冷风回收余热技术有相比低省大得多的换热温差（至少三倍以上），换热器整体换热面积小，投资相应下降。 3、回收热量的品味不同 低省技术由于排烟温度较低，回水温度很难超高120，相应回收余热的品味较低（集中中6抽以下，抽气效率低于15%）， 而掺冷风技术由于热风温度高（300以上），回水温度一般在140以上，回收余热的品味较低省高（可排挤5抽抽气，抽气效率接近20%）,项目案例（一）,华电国际十里泉电厂#7炉 1、项目概况 华电十里泉发电厂#7机组单机容
6、量为330MW，锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1021/18.2- YM9型亚临界锅炉，空气预热器为两分仓式，设计进风温度23，出风温度330。制粉系统采用4台DTM350/600型钢球磨，中储式乏气送粉、负压运行，干燥剂再循环正常投入。 配套汽轮机为哈尔滨汽轮机厂设计制造的C330-16.7/1.0/537/537型中间再热凝汽式汽轮机。汽轮机THA工况为320MW，常态负荷为240MW。机组投运于1997年6月。,现状分析,十里泉发电厂7号机组锅炉排烟温度偏高的一个重要原因是制粉系统掺冷风。空气预热器出口热风温度满负荷时约在325，实际运行中，磨入口的混合风温只需要230左右（随煤质不同混
7、合风温在160到250之间变化）。根据运行数据分析，以上状况引起制粉系统掺入25%40%的冷风。此点导致排烟温度升高1015。运行中受粉管最低风速限制，干燥剂再循环门不能再开大（排出口风压维持在3.8kpa4.2kpa）。因此靠开大再循环门减小进磨热风量的措施降低掺冷风率，作用十分有限。根据以上现状，决定采用热一次风冷却技术将制粉系统冷风掺入率减少到接近于零，以此降低排烟损失、提高机组效率。,主要设计参数 煤质成分分析,锅炉相关参数,注1：表中数据取自华电电科院的7号机组整机优化性能诊断试验报告 注2：排烟温度可调。,1、技术路线 利用汽轮机的小部分凝结水作为冷却介质，把去制粉系统的热一次风温
8、度从预热器出口温度降低到磨煤机进口混合风的温度，从而避免向制粉系统掺入的冷风以及减小排粉机单独运行时的冷风量，结果使预热器增加风量、排烟温度降低。在煤质、负荷变化（如煤中水分降低）时，通过调节热一次风冷却装置的传热功率，改变热一次风温的降低幅度，保证磨煤机出口温度在设定范围。,2方案简介 原则性热系统见右图 热一次风冷却器（PALD）安装于热风道与热一次风道交接处的水平一次风风道上。利用汽轮机回热加热系统的小部分主凝结水冷却热一次风，冷却水从7号低加出口管道上抽出，进入PALD本体，吸收热风热量后返回5号低加出口管道，排挤抽汽在汽轮机做功使汽轮机热耗降低。利用两级低加的级间压降克服冷风机系统的
9、新增阻力，故系统不必增加升压泵。返回点选在除氧器水位调节阀的上游管段，可以避免对除氧器的水位调节发生影响。,掺冷风原则性系统图,PALD参数表,PALD 在热风道的总体布置见图2。PALD 采用立式布置、沿风道前后分成两组，每组管箱数为2个。给水从后向前与空气呈逆向流动。传热元件采用宽节距螺旋翅片管束，翅片垂直地面，以防止磨损和积灰。基管材质20钢（GB3087），翅片材质低碳钢，加工工艺为镍基渗层钎焊。风道截面尺寸为2600x2720mm，前后总长度2900m。 PALD 设计了旁路风道和旁路风调节装置，旁路风系统可以实现的功能是：一、调节PALD的传热量；二、调整管间平均风速，降低空气阻力
10、和磨损。 系统的水管路设计管径为194x5,材质为20钢（GB3087），管路系统由管道、电动调节阀、截止阀、流量计等组成。设计流量为79.5t/h，系统设计水阻力为0.035 Mpa。 本系统设计了PLC自控系统，实现磨煤机进风温度和掺冷风率的自动控制,自动维持磨煤机进口的冷风零掺入状态。PLC自控系统由两个调节通道组成：一、传热功率调节通道。通过改变旁路风门的开度来调整传热功率。调节信号为热一母管风温、大混合后风温，被调量为二者温差dt，控制dt等于一个给定的小值。热风挡板的开度仍按原逻辑由原磨煤机出口温度调整。二、回水温度调节通道。功率调整的同时，通过改变PALD的进水流量来维持设定的回
11、水温度不使过低，以保证高的热经济性和防止给水管道的汽化水击。调节信号和被调量均为PALD的回水温度，调节机构为升压泵出口的电调阀。 通过以上调节，可适应煤质、负荷、季节变化时对磨煤机进口干燥剂温度和掺冷风率的控制要求。,3、改造预期目标 本系统投运后可降低排烟温度10左右，扣除汽轮机冷源损失和辅机电耗、按常态负荷240MW计算，可节省标准煤耗近1.0g/kwh，计算效益如下,效益计算,热经济性计算,效益与回收期,本系统投运后年节标煤1680t，投资回收年限不超过3年,效益与回收期计算表,项目优势,1、本系统所有换热装置均不与烟气发生接触，故没有低温腐蚀的潜在危险。2、 核心换热装置PALD的传
12、热温差在130以上，与低压省煤器相比，PALD可以做的比较紧凑。3、 磨煤机进口的混合温度可根据煤质、负荷和季节进行灵活调整，且实现自动控制，确保零漏风掺入。4、 本项目投资回收期较短，不到3年。,掺冷风调整试验,华电电科院于4月份对#7炉掺冷风项目进行试验考核，结论如下：试验分别在320MW、270MW、240MW和210MW工况下进行锅炉效率试验，其试验结果如下：320MW工况掺冷风锅炉效率为90.64%，比不投入掺冷系统炉效90.21%提高0.43%；300MW工况掺冷风锅炉效率为90.44%，比不投入掺冷系统炉效90.27%提高0.17%；270MW工况掺冷风锅炉效率为90.25%，比
13、不投入掺冷系统炉效88.89%提高1.36%；240MW工况掺冷风锅炉效率为90.58%，比不投入掺冷系统炉效89.79%提高0.79%。与未加入冷风对比分析可知，锅炉效率略有升高。因此，当一次风温偏高时，适当掺入一定量的冷风有助于提高炉效率。 右图为掺冷投入和不投入时锅炉效率和排烟温度的对比,项目案例（二）,华电国际章丘电厂#2炉 一、机组概况 华电国际章丘发电厂#2机组单机容量145MW，锅炉为上海锅炉厂生产的SG435/13.7M760型超高压锅炉，设计煤种为贫瘦煤。空气预热器两分仓式，设计工况预热器进风温度20，出口热风温度346，运行值310320。制粉系统采用中储式热风送粉系统，预
14、热器出口热风分三路去锅炉，沿预热器出口风道依序为磨煤风（三次风）、二次风和热一次风（带粉）。制粉系统配2台钢球磨，2台排粉风机,单磨设计出力35t/h。 配套汽轮机为上海汽轮机厂设计制造的N145-13.24/535/535型中间再热凝汽式汽轮机。回热系统为三高四低一除氧。机组投运于1997年6月。 #2炉计划由贫煤改烧烟煤,改造方案,根据近年来国内许多电厂已成功实施的简易方案，即不改变制粉系统的型式、不对燃烧器作整体改造，实现改烧烟煤的方案。本次改造的另一个目的，是降低预热器出口的二次风压，解决低氮燃烧器SOFA风量偏低、降低NOx排放浓度。而这一目的与通过降低热一次风温改烧烟煤的技术措施完
15、全相合。 利用汽轮机的小部分凝结水作为冷却介质，把去送粉的热一次风温度，从预热器出口温度降低到烟煤安全燃烧温度200，给粉后的混合温度降至160。从而避免向制粉系统掺入冷风。 原则性系统图见下,原则性系统图,原则性水系统图,原则性风系统图,安装方案,新增的热一次风冷却系统的风侧阻力由两台热一次风增压风机克服，新增的热一次风冷却系统的水侧阻力由并联低加压降和凝结泵克服。热一次风增压风机除用于克服新增系统阻力之外，还可分离热一次风、热二次风压力，降低预热器出口二次风压（目前预热器出口以后各风门开度均打开50%70%），节省送风机电耗和降低NOx。 考虑到煤种变化的适应性，一旦改回烧贫煤，机组关闭增
16、压风机进口挡板，开启热一母管上的隔离风门，恢复原系统。 增压风机安装于16.5米标高的除氧间水泥平台上。热一次风冷却器安装于热风挡板7前面接出的水平风道上，经变径由1220mm圆截面变为2200x2000的矩形截面，热一次风冷却器本体总厚度1236mm，加上前后接头占用长度3000mm。 热一次风本体采用卧式布置、沿空气流向共4个管箱。传热元件采用宽节距螺旋翅片管束，翅片垂直地面，以防止磨损和积灰。基管材质20（GB5310），翅片材质低碳钢，加工工艺为镍基渗层钎焊。本体尺寸2200x2000x1236mm。 热一次风冷却器出口风道方变圆后与增压风机进口连接，增压风机出口垂直向上，冷却后的热一
17、次风返回热风挡板7后的水平圆风道。 每侧本体总重4吨，其载荷连同相关风道由16.5米层的承重梁承担。每台风机重量约3吨，其载荷由16.5米层的水泥平台承担。,冷却水从5号低加和6号低加进口管道上抽出，汇合后经159x5管子进入热一次风冷却器本体，吸收热风热量后返回5号低加出口管道。利用5号低加的级间压降（约0.05MPa）克服冷风机系统的新增阻力（0.065MPa），不足部分由汽轮机凝泵克服。系统不设置升压泵。 水管路设计管径为159x5,材质与现主凝结水低压段管路一致，为20钢（GB3087）。管路系统由管道、电动调节阀、截止阀、流量计 等组成。往返总长度约300米。设计流量为80100t/h，系统设计水速为1.65m/s,水阻力为0.065Mpa。 本系统设计的自控系统与DCS接口，实现热一次风加热器出口水温、水量的自动控制。自动维持系统的安全和经济运行的必要条件。自控系统通过改变热一次风冷却器的进水流量来维持设定的回水温度在设定值，以保证高的热经济性和防止给水管道的汽化水击。调节信号和被调量均为热一次风冷却器的回水温度，调节机构为回水母管新装的电调阀。安全保护系统通过风机跳闸连锁和进水关断门连锁实现本系统的安全保护功能。,
