引言我国不少燃煤机组存在锅炉排烟温度高的问题，为解决此问题，部分发电企业采用加装低低温省煤器回收部分烟气余热，降低排烟温度[1-2]，该系统同时可排挤汽轮机部分低压段的抽汽量，从而提升电厂的整体能耗水平。对于部分电厂，冬季存在空预器低温腐蚀的问题，通过提高空预器进风温度可减缓空预器低温腐蚀。提出了一种暖风器和低温省煤器耦合系统，该系统根据现场空间位置可采用一级低温省煤器[3-4]或两级低温省煤器[5-6]，相比传统低温省煤器或暖风器，具有更好的经济效益和环保效益[5, 7]。以某660 MW机组为例，采用试验和理论建模计算，分析冬季和夏季工况联合暖风器的运行特性，探索不同负荷下一级低温省煤器的最佳运行流量，为其他类似项目提供参考依据。1热力计算方法1.1系统介绍低温省煤器联合暖风器系统如图1所示。一级低温省煤器通过回收部分烟气余热提升6#低压加热器出口凝结水温度，从而排挤5~8段抽汽量。二级低温省煤器和暖风器水侧形成闭式循环，二级低温省煤器进一步吸收烟气余热，由闭式水将热量传递给空预器入口冷风，提升风温。通过本系统可实现锅炉烟气余热的梯级利用[7]。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.F001图1联合暖风器系统循环示意图1.2计算方法联合暖风器对机组的节能量影响共分为3个部分，分别是一级低温省煤器回收烟气余热、暖风器提高风温从而影响锅炉效率及相关主要辅机设备功率变化等3部分引起的煤耗变化。以系统节能量最大为目标，确定一级低温省煤器的最佳凝结水流量。锅炉热效率计算的边界条件定义为：以暖风器风侧进口和空气预热器烟气侧出口为边界，基准温度为暖风器进口风温，排烟温度为空气预热器出口烟气温度，具体计算公式如下：ηb=(1-∑QLQ+QyrQ)×100 (1)式中：ηb——锅炉效率，%；Q——锅炉输入热量，MW；Qyr——通过余热回收系统进入锅炉的热量，MW；∑QL——锅炉各项热损失，MW。汽机热耗率计算采用等效热降法计算，计算公式如下：Qx=m×he,o-∑mihi (2)式中：Qx——一级低温省煤器水侧吸热量，t/h；m——流经一级低温省煤器的凝结水流量，t/h；he,o——一级低温省煤器出口比焓，kJ/kg；mi——7#（8#）低压加热器出口混合水流量，t/h；hi——7#（8#）低压加热器出口混合水比焓，kJ/kg。根据等效焓降理论，该系统节能量由两部分组成：因低温省煤器吸热而排挤6~8段抽汽做功量ΔNe1；5#低压加热器实际进水温度升高（降低）而引起5段抽汽量变化而影响的做功量ΔNe2。排挤6~8段抽汽节能量：ΔNe1=m8×(Δτ8×η8+Δτ7×η7)+m×Δτ6×η6 (3)当低温省煤器出口温度比6#低压加热器出口温度低而影响5段抽汽节能量：ΔNe2=m×(he-h6w,o)×(η5-η6) (4)当低温省煤器出口温度比6#低压加热器出口温度高排挤5段抽汽节能量：ΔNe2=m×(he,o-h6w,o)×η5 (5)式中：∆τ6、∆τ7、∆τ8——6#、7#、8#加热器的凝结水温升，℃；η5、η6、η7、η8——5~8段抽汽效率，%；h6w,o——6#低压加热器出口水比焓，kJ/kg。Δηi=(ΔNe1+ΔNe2)/(Ne+ΔNe1+ΔNe2) (6)Δq=Δηi×q (7)Δb=Δq/(29.308×ηb×ηp) (8)式中：Ne——机组功率，MW；Δq——汽机热耗率变化量，kJ/kWh；Δb——发电煤耗变化量，g/kWh；ηp——锅炉效率，%。2试验内容及结果分析通过调整一级低温省煤器进水温度和流量，计算不同负荷下锅炉效率、热耗率、辅机耗电量等特性指标，分析不同运行方式对系统整体能耗的影响，试验工况如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.T001表1试验工况序号负荷/MW工况1660800—400—85—552650—400—70—553600—500—70—504600—500—85—505850—530—70—506700—530—70—527600—530—70—538500700—530—76—51.59600—530—76—50.610500—550—76—51.611400—550—73.6—53.412500—550—95.6—56.513500—550—85.3—55.814600—550—86.8—55.515600—550—80—52.816600—550—69—51.217600—550—90—54.518330600—530—75—58.219600—530—85—58.720600—530—85—59.721500—530—80—59.622400—530—80—53.423230500—530—80—55.924600—530—80—54.325400—530—80—54.426400—530—75—53.42.1一级低温省煤器进水温度变化影响为满足低温省煤器对于低温腐蚀的要求，省煤器进口水温不能低于70 ℃，同时7#低压加热器出口额定水温为98.2 ℃，一级低温省煤器进口凝结水温度调整范围为70~98 ℃。各试验工况下一级低温省煤器进口水温变化对机组热耗率的影响，如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.F002图2进水温度对热耗率的影响当一级低温省煤器进水温度变化20 ℃，影响机组热耗率最大约5 kJ/kWh，折合发电煤耗0.16 g/kWh，一级低温省煤器进水温度增加。虽然一级低温省煤器吸热量减少，系统能耗升高，但由于凝结水回水温度提高，增加能量利用能级，因此一级低温省煤器进水温变化对汽轮机侧能耗影响较小。一级低温省煤器进水温度对锅炉效率的影响，如图3所示。计算过程中同时考虑暖风器提高空预器进口风温和锅炉排烟温度的双重影响，一级低温省煤器进水温度对锅炉效率的影响较大。以500 MW工况为例，当一级低温省煤器进水温度变化20 ℃，对锅炉效率的影响最大约0.14%，折合发电煤耗0.5 g/kWh，且随着低温省煤器进水温度的升高，暖风器吸热量增加，锅炉效率逐渐提高，系统节能量逐渐增加。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.F003图3进水温度对锅炉效率的影响在保证一级低温省煤器进口流量和暖风器进口流量基本不变的前提下，低温省煤器增压泵和暖风器循环泵的功率基本不变，仅需对比凝泵及三大风机耗电量的变化趋势，如图4所示。相同负荷下辅机总耗电量变化趋势较小，且对整个系统节能量的影响较小。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.F004图4进水温度对辅机电耗的影响基于以上对汽轮机热耗率、锅炉效率、辅机电耗的计算，分析一级低温省煤器进水温度变化对机组总节煤量的影响，试验结果如图5所示。在70~85 ℃之间，进口温度每提升5 ℃，系统节煤量增加约0.12 g/kWh；当进水温度超过85 ℃后，系统节能量增势趋于减缓。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.F005图5进水温度对系统总节煤量的影响2.2一级低温省煤器进水流量变化影响汽轮机热耗率随一级低温省煤器进水流量变化趋势如图6所示。随着一级低省进水流量的增加，汽轮机热耗率呈现先上升后下降趋势，不同负荷下均存在最佳流量。锅炉效率随一级低温省煤器进水流量变化趋势如图7所示，锅炉效率与一级低省进水流量之间无明显规律。辅机总电耗随一级低省进水流量变化趋势如图8所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.F006图6进水流量对热耗率的影响10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.F007图7进水流量对锅炉效率的影响10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.F008图8进水流量对辅机总电耗的影响暖风器循环泵的功率基本不变，仅需对比低温省煤器增压泵和凝泵及三大风机的耗电量。不同负荷下系统总节煤量随一级低温省煤器进口流量变化趋势如图9所示。不同负荷下均存在最佳一级低温省煤器进口流量，最佳流量拟合曲线Y=0.784 04X+179.608。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.F009图9进水流量对系统总节煤量的影响3变工况计算分析3.1环境温度影响计算分析600 MW工况不同暖风器入口风温对系统吸热量的影响，变化特征如图10所示。随着环境温度升高，暖风器进、出口风温升高，导致一、二级低温省煤器进出口烟温及相对吸热量均升高，系统有效利用热量增加，但空预器出口烟温升高，锅炉的排烟热损失增加，环境温度对各参数的影响成正比关系。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.F010图10环境温度对系统吸热量的影响3.2夏季工况系统计算以暖风器进口风温35 ℃（夏季工况）为边界条件，分析进水温度变化对系统节煤量的影响，如图11所示。随着低温省煤器进口水温的升高，系统总体节煤量呈上升趋势，因为一级低温省煤器吸热量逐渐降低，汽轮机侧节能量随之减小，但暖风器的有效利用热量逐渐升高，总节能量呈上升趋势，因此夏季工况一级低温省煤器进水温度应尽量维持最高。为验证不同一级低温省煤器进水温度下，最佳一级低温省煤器进水流量是否一致，分析500 MW负荷，环境温度35 ℃，暖风器进水流量550 t/h工况，总节煤量变化如图12所示。不同一级低温省煤器进水温度，系统整体节能量最优值对应的最佳一级低温省煤器进水流量基本保持不变。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.F011图11夏季工况下进水温度变化对系统节煤量的影响10.3969/j.issn.1004-7948.2021.11.008.F012图12夏季工况下进水流量对系统节煤量的影响4结语闭式暖风器循环水流量越大，二级低温省煤器及暖风器的吸热量越大，同时系统节能收益越大。随着一级低温省煤器进口水温升高，汽轮机热耗率影响较小，锅炉效率明显增大，应尽量提高一级低温省煤器进口水温，但当进口水温超过85 ℃后，随进口水温提升变化不明显。随着一级低温省煤器进水流量增大，系统节能量呈现先增大后减小趋势，存在最佳流量，冬季最佳流量与机组负荷呈线性关系，后期运行可据此进行调整。随着外界环境温度升高，暖风器循环水流量、一级低温省煤器进水温度及流量对机组经济性的影响未发生改变，且一级低温省煤器最佳凝结水流量基本一致。