一种通用的锅炉烟气余热利用系统性能试验方法

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及一种通用的锅炉烟气余热利用系统性能试验方法，尤其涉及燃煤锅炉尾部烟道加装烟气余热深度利用系统后节能量的修正计算方法，属于燃煤发电领域。背景技术：2.目前，电站锅炉烟气余热利用系统为电站的必备系统之一，全国大部分电厂通过新建项目或改造工程安装了锅炉烟气余热利用系统。随着技术的进步，烟气余热利用系统从最开始的低压/低温省煤器系统，发展到串联系统及并联系统，串联/并联系统目前尚无统一的名称，本发明仅从布置形式上做了分类。为了突出烟气余热利用系统，图1-图4进行了简化示意，比如高压加热器与低压加热器系统仅仅由一个加热器表示。实际工程中，各种烟气余热利用系统形式复杂多变，全部来自这四种基本系统的变化。3.复杂多变的烟气余热利用系统为热力试验性能评价带来了新的问题，在传统的低压/低温省煤器系统应用初期，由于锅炉排烟温度没有改变，投运/停运低压/低温省煤器系统时，仅仅通过汽轮机热力性能试验，根据标准与已知的锅炉效率就可以得到烟气余热利用系统的节能量。但是，对于串联系统与并联系统而言，由于锅炉的排烟温度改变造成了锅炉效率的变化，就不能仅依靠汽轮机热力性能试验进行节能量评价，必须同时进行锅炉热力性能试验才能得到准确的结果。技术实现要素：4.本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种通用的锅炉烟气余热利用系统性能试验方法，仅仅通过汽轮机和烟气余热利用系统的性能试验，以及一次锅炉性能试验，辅以锅炉效率修正的方法，就能确定不同烟气余热利用系统的节能量。5.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种通用的锅炉烟气余热利用系统性能试验方法，其特征是，包括以下步骤：6.步骤一：确定锅炉边界7.低压/低温省煤器系统：锅炉边界位于空气预热器烟气侧出口；8.烟气余热利用系统串联布置：锅炉边界位于空气预热器烟气侧出口；9.烟气余热利用系统并联布置：锅炉边界位于空气预热器出口烟道与旁路烟道汇合点之后。10.步骤二：判断投停烟气余热利用系统锅炉效率是否发生变化11.根据《电站锅炉性能试验规程》，主要通过反平衡方法得到锅炉机械不完全燃烧损失q4与排烟损失q2，再考虑其他保持不变的损失，计算得到锅炉效率；试验过程中，投停烟气余热利用系统前后，机械不完全燃烧损失q4基本保持不变，影响锅炉效率最大的损失是排烟损失q2，影响排烟损失的主要因素有排烟温度和烟气流量；12.因此，投停烟气余热利用系统前后，当发电量保持不变时，锅炉效率发生变化的判据是排烟温度与烟气流量是否变化；如果任何一项有变化，则锅炉效率就有变化，就需要对锅炉效率进行修正；13.对于低压/低温省煤器系统：烟气余热利用系统投停前后，锅炉排烟温度与烟气量基本保持不变，锅炉效率不变；14.对于烟气余热利用系统串联布置：烟气余热利用系统投停前后，锅炉排烟温度升高，烟气量基本保持不变，锅炉效率发生变化，需修正；15.对于烟气余热利用系统并联布置：16.1)无烟气再循环时：烟气余热利用系统(含旁路烟道换热器)投停前后，锅炉排烟温度上升，烟气量基本保持不变，锅炉效率发生变化，需修正；17.2)有烟气再循环时：烟气余热利用系统(含旁路烟道换热器)投停前后，锅炉排烟温度基本不变，但烟气再循环引起排烟气量改变，锅炉效率发生变化，需修正。18.步骤三：修正锅炉效率19.1)低压/低温省煤器系统20.烟气余热利用系统投停前后，锅炉排烟温度与烟气量基本保持不变，锅炉效率不变，无需修正；21.2)其他系统22.停运烟气余热利用系统锅炉效率为ηb，投运烟气余热利用系统锅炉效率为：23.ηb'＝ηb+δq224.式中：η′b为投运烟气余热利用系统的锅炉效率，δq2为排烟损失增加值；[0025][0026]式中：g为烟水换热器内的热媒水流量，cp为水的比热，t1、t2分别为烟水换热器的进、出口水温，gds为经过高、低压省煤器的凝结水流量，tds1、tds2分别为高、低压省煤器的进、出口凝结水温，b为燃煤量，qdw为煤的低位发热量；[0027]gcp(t2-t1)的物理意义为烟水换热器的吸热量；gdscp(tds2-tds1)的物理意义为烟气余热利用系统内各省煤器的总吸热量，对于串联系统为低压省煤器的吸热量，对于并联系统为旁路高压省煤器与旁路低压省煤器的总吸热量；bqdw的物理意义为锅炉的输入热量。[0028]步骤四：修正锅炉输出热量[0029]低压/低温省煤器系统无需修正锅炉输出热量；串联系统或并联系统采用烟气余热利用系统之后修正得到的反平衡锅炉效率提高，锅炉的输出热量也会增加，因此需要修正锅炉的输出热量q1；[0030]1)烟气余热利用系统串联布置[0031]锅炉输出增加低压省煤器的吸热量：qds＝gdscp(tds2-tds1)[0032]修正后的锅炉输出热量：q1'＝q1+qds[0033]2)烟气余热利用系统并联布置[0034]锅炉输出增加旁路高压省煤器与旁路低压省煤器的吸热量：[0035]其中：i＝1表示旁路低压省煤器，i＝2表示旁路高压省煤器；[0036]修正后的锅炉输出热量：q1'＝q1+qds。[0037]步骤五：修正汽轮机热耗率及计算节能量[0038]按照修正之后的锅炉输出热量计算采用烟气余热利用系统之后，汽轮机修正后热耗率为：[0039][0040]式中：pel为发电机有功功率；[0041]按照《汽轮机热力性能验收试验规程》，对于常规试验，汽轮机热耗率经过参数修正后得到修正后的汽轮机热耗率q"；[0042]烟气采用余热利用系统之后，机组发电煤耗率计算公式如下：[0043][0044]式中：ηp为管道效率；[0045]投停烟气余热利用系统前后，机组节能量为：δb＝b-b'；[0046]式中：b为停运烟气余热利用系统状态的机组发电煤耗率。[0047]进一步的，本发明通过汽轮机热力性能试验和一次锅炉热力性能试验，就能确定不同烟气余热利用系统的节能量，该方法对不同烟气余热利用系统均通用。几种烟气余热利用系统包括：锅炉尾部烟道空气预热器之后布置低压省煤器的余热利用系统；低压省煤器之后布置烟水换热器加热二次风的余热利用系统；空气预热器旁路布置高压省煤器和低压低省煤器，尾部布置烟水换热器的余热利用系统。低压省煤器和旁路高、低压省煤器均用于加热凝结水，烟水换热器用于加热二次风。[0048]进一步的，烟气余热利用系统在停运和投运时，保证汽轮机、锅炉的运行状态和发电机功率不变，即保证在投运烟气余热利用系统之后，机组其他热力系统的运行方式不变。[0049]进一步的，本发明只对锅炉进行一次试验。投停前后分别对汽轮机系统和烟气余热利用系统进行试验，记录停运前的系统参数包括锅炉效率、输出热量、机组热耗率和煤耗率。投运后基于停运时锅炉性能试验得到的数据，进行投运后锅炉效率、输出热量、热耗率的修正。根据修正后的数据计算投运后的机组煤耗率，最后将投停前后的机组煤耗率进行对比，得到烟气余热利用系统的节能量。[0050]本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：[0051]烟气余热利用系统串联或并联布置，从锅炉出口到锅炉排烟点的热量又回到了锅炉，相当于这部分热量被回收，锅炉的排烟损失降低，锅炉效率升高，同时锅炉输出热量也增加。通过汽轮机和烟气余热利用系统性能试验，以及一次锅炉性能试验，就能确定不同烟气余热利用系统的节能量，该方法对不同烟气余热利用系统均通用。对于采用烟气再循环调节二次再热汽温的机组而言，虽然烟气再循环量改变了流经空气预热器的烟气量以及排烟温度，但是只要计算烟水换热器的传热量，在试验中就可以不考虑烟气再循环带来的计算工作量的增加，即该修正方法不受再循环烟气量的影响。与现行《电站锅炉性能试验规程》锅炉出口边界相同，便于试验人员理解与操作。附图说明[0052]图1是本发明中低压/低温省煤器系统结构示意图。[0053]图2是本发明中烟气余热利用系统串联布置结构示意图。[0054]图3是本发明中烟气余热利用系统并联布置结构示意图。[0055]图4是本发明中带有烟气再循环的并联布置结构示意图(再循环点位于烟水换热器之前)。[0056]图5是本发明中带有烟气再循环的并联布置结构示意图(再循环点位于烟水换热器之后)。具体实施方式[0057]下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。[0058]实施例。[0059]本实施例中给出了超超临界1000mw机组燃煤锅炉烟气余热利用系统节能量的试验方法，具体如下：[0060]某1000mw等级燃煤机组装有烟气余热利用系统，锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计制造的1000mw等级二次再热超超临界参数变压运行直流锅炉，锅炉型号为hg-2773/33.6/605/623/623-ym1，采用塔式布置、单炉膛、燃烧器低nox分级送风燃烧系统、角式切圆燃烧方式。汽轮机是上海汽轮机厂生产的n1000-31/600/620/620型超超临界、二次中间再热、五缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机。烟气余热利用系统采用并联和串联布置方式实现锅炉排烟余热的梯级利用，整个系统由旁路高压省煤器、旁路低压省煤器、烟水换热器三部分组成。旁路高压省煤器和旁路低压省煤器布置在与空预器并联的烟道内，烟水换热器布置在电除尘器入口水平烟道上，利用烟气的余热加热热媒水；二次风暖风器布置在送风机出口的冷二次风水平风道上，用被烟气余热加热后的热媒水加热冷二次风。烟气余热利用系统示意图如图4所示。[0061]空预器设置旁路烟道，并在其内装设旁路省煤器，采用高压省煤器和低压省煤器两级进行换热以降低排烟温度，同时提高机组效率。高压省煤器水源取自给水泵出口，4号高加之前；低压省煤器水源取自9号低加出口。[0062]高压省煤器与低压省煤器串联布置，高压省煤器布置在烟气入口段，低压省煤器布置在出口段，以逆流方式换热。高压省煤器和低压省煤器均采用h型鳍片管。高、低压旁路省煤器入口设置调节挡板，可调节空预器和旁路省煤器烟气量比例，控制锅炉出口排烟温度。高压旁路省煤器换热器采用常规省煤器布置方式；低压旁路省煤器采用小集箱结构。[0063]烟气余热深度利用装置是在每台机组设置6台(套)17％容量的烟水换热器，布置在电除尘器入口水平烟道上，利用烟气的余热加热热媒水；每台机组设置2台(套)50％容量的二次风暖风器，布置在送风机出口的冷二次风水平风道上，用被烟气余热加热后的热媒水加热冷二次风。每台机组设置1套完整的热媒水闭式循环换热系统，每套系统至少包括3台50％容量的热媒水循环泵(2运1备，变频调节)、1个热膨胀水箱、阀门组及管道系统。[0064]为了确定以上烟气余热利用系统的节能效果，需要进行锅炉、汽轮机组的热力性能试验。[0065]本实施例中提供的通用的锅炉烟气余热利用系统性能试验方法，仅仅通过汽轮机热力性能试验和一次锅炉性能试验，就能确定不同烟气余热利用系统的节能量。[0066]试验在投运与停运烟气余热深度利用系统两种工况下进行，准确测定烟气余热利用系统停运下的汽轮机热耗率及锅炉效率，在投运工况下，修正得到机组热耗率和锅炉效率，进而得到机组发电煤耗率。将两个工况的煤耗率进行对比，得到烟气余热利用系统投运后的节能量。在相同负荷下投运与停运烟气余热深度利用系统的对比试验中，两次试验的主、再热蒸汽参数尽量保持一致，除烟气余热深度利用系统外的其他机、炉热力系统运行方式保持一致，并且主要辅机设备的运行状况前后保持一致，以烟气余热利用系统入口凝结水温度及排烟温度作为试验边界条件。在整个试验过程中，主机及辅机设备运行状态良好，通过对锅炉及汽机侧所有可能发生外漏阀门的仔细检查，保证热力系统不存在大的外漏，并且不进行吹灰、定连排等可能导致系统隔离状态发生变化的操作。[0067]机组电负荷1000mw，烟气余热利用系统停运和投运工况下，汽轮机侧对比试验结果见表1。[0068]表1汽轮机性能试验结果计算表[0069][0070][0071]机组电负荷1000mw，余热利用系统投运、停运工况下的试验结果见表2。[0072]表2烟气余热利用系统试验结果计算表[0073][0074][0075]1000mw负荷工况下，烟气余热利用系统停运时，机组各项热力性能指标如表3所示。[0076]表3 1000mw工况机组烟气余热利用系统停运的热力性能指标[0077]参数名称单位烟气余热系统停运工况发电功率mw999.988锅炉效率-0.8202热耗率kj/(kw·h)7203.78煤量t/h386.4煤耗率g/(kw·h)302.7[0078]根据已知的汽轮机和烟气余热利用系统的热力性能试验，利用本实施例提出的试验方法，通过锅炉效率、锅炉输出热量、汽轮机热耗率等参数的修正，计算烟气余热利用系统的节能量。[0079]投停烟气余热利用系统前后，机械不完全燃烧损失q4基本保持不变，影响锅炉效率最大的损失就是排烟损失q2。而影响排烟损失的主要因素有排烟温度和烟气流量。因此，投停烟气余热利用系统前后，当发电量保持不变时，锅炉效率发生变化的判据是排烟温度与烟气流量是否变化。如果任何一项有变化，则锅炉效率就有变化，就需要对锅炉效率进行修正。[0080](1)锅炉效率修正方法：[0081]停运烟气余热利用系统的锅炉效率为ηb，投运烟气余热利用系统的锅炉效率ηb'＝ηb+δq2[0082][0083]gcp(t2-t1)+gdscp(tds2-tds1)在这里为烟气余热利用系统烟水换热器的吸热量和高低压旁路省煤器的吸热量之和；则δq2等于：[0084][0085]ηb'＝ηb+δq2＝0.8202+0.0284＝0.8486[0086]从锅炉出口到锅炉排烟点的热量又回到了锅炉，相当于这部分热量被回收，锅炉的排烟损失降低，锅炉效率升高，同时锅炉输出热量也增加。[0087](2)修正锅炉输出热量：[0088]烟气余热利用系统投运后，对锅炉的输出热量q1进行修正得到q1'＝q1+qds；[0089]锅炉输出增加了旁路高压省煤器与旁路低压省煤器的吸热量为：[0090][0091]q1'＝q1+qds＝2024870.4+50948.09＝2075818.49kw[0092](3)修正汽轮机热耗率：[0093]按照修正之后的锅炉输出热量q1'计算余热利用系统投运之后汽轮机修正后热耗率为：[0094][0095](4)煤耗率和节能量计算：[0096]投运烟气余热利用系统之后，机组的发电煤耗率为：[0097][0098]投运余热利用系统后的节能量(按发电煤耗率计算)为：[0099]δb＝302.7-301.07＝1.635g/(kw.h)[0100]本实施例是针对1000mw等级机组的烟气余热利用系统的节能量计算分析方法。对于其他类型机组的烟气余热利用系统可使用相同的修正方法进行节能量的计算。[0101]通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。[0102]此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例是某1000mw等级机组仅通过汽轮机和烟气余热利用系统的性能试验，与一次锅炉性能试验进行烟气余热利用系统节能量的计算方法，其汽轮机组热力系统组成、烟气余热深度利用系统与机、炉热力系统的连接方式、机组和附属设备的台数、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。凡依据本发明构思所述的特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包含于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的原理或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。









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