CFB锅炉主汽压力降低运行经济性分析

CFB锅炉产汽压力降低经济性分析李红华中国石油化工股份有限公司长岭分公司动力厂湖南岳阳414012摘要通过分析CFB锅炉产汽压力对汽轮机及系统的影响，提出降低锅炉产汽压力运行，并进行试验。通过试验，发现降压运行有利于降低产汽标煤耗，经济效益显著。关键词CFB锅炉主汽压力产汽标煤耗1引言某炼化企业动力厂煤代油工程整体设计由三台CFB石油焦锅炉与两台CC50双抽汽轮机组组成，一期工程只投运一台锅炉与一台汽轮机。锅炉与汽轮机参数见表1、表2。表1锅炉主要参数锅炉型号HM260-9.81/540-A燃料工况一100%石油焦(设计燃料)燃料工况二石油焦和瓦斯气(设计燃料)燃料工况三50%煤和50%石油焦(按重量比)(校核燃料)短时最大工况蒸汽流量/t.h-1280额定工况蒸汽流量/t.h-1260过热器出口压力/MPa(g)9.81过热器出口温度/℃540表2汽轮机主要参数汽轮机型号CC50-9.20/3.92/1.08功率/kW额定50000最大63000纯凝50000主汽门前新蒸汽参数压力/MPa(a)9.20+0.2-0.3温度/℃535+5-10进汽量/t.h-1额定311.1最大411.5纯凝192.93从表1与表2可看出，锅炉额定产汽量为260t/h，短时最大产汽量为280t/h。而汽轮机因考虑到抽汽供热，高压部分通流能力大，最大进汽可达411.5t/h。在只有一台锅炉与一台汽轮机运行时，由于汽轮机高压部分通流能力严重过剩，高压调节阀节流严重。采用单阀运行方式时，当主蒸汽流量为240t/h，高调阀开度约为24%，高调阀后压力约为5.1MPa。切换为顺序阀运行方式后，1号与2号阀开度也仅为35%，阀后压力约为5.5MPa。由于高调阀的节流作用，使锅炉主汽压力高出汽机实际进汽压力（高调阀后压力）较多，并维持锅炉蒸汽压力正常。2对主蒸汽压力分析在蒸汽动力系统中，真正对热力循环效率取到作用的主蒸汽压力为汽轮机进汽压力，也就是汽轮机高调阀后压力，锅炉产汽压力高于高调阀后压力的部分在管道损失与阀门节流损失中损失掉，不能做功。汽轮机进汽压力决定于汽轮机通流特性与运行情况。当汽轮机运行于某一工况（配汽方式、真空、回热系统、抽汽负荷等）时，汽轮机进汽压力只取决于进汽流量，与锅炉产汽压力无关。锅炉产汽压力决定于锅炉产汽量、汽轮机高调阀开度及减温减压器负荷等。当产汽量一定时，汽轮机进汽压力不变。若汽轮机高调阀开度增大，锅炉主汽压力下降。当汽轮机高调阀采用单阀运行方式时，全周进汽，高调阀节流严重，锅炉产汽压力对热系统效率没有影响。当汽轮机采用顺序阀控制方式时，在第一个开启的阀门没有全开之前，锅炉产汽压力对热系统效率没有影响。当汽轮机采用顺序阀控制方式时，第一个（或第一、二个同时）开启的阀门全开之后，其他阀门再相继开启。锅炉产汽压力越高，第一个阀门控制的进汽压力越高，循环效率越高。当锅炉产汽压力高出汽轮机进汽压力较多时，运行并没有实际意义。而且还使主蒸汽管道应力增加，增加泄露几率。当热负荷变化较大时，主汽压力调整余地小，不利于操作。3降低产汽压力对炉膛换热影响分析提高床层与换热壁面之间的换热温差，换热系数能明显提高[1]。影响管内沸腾的因素可以分为三类：一类是热负荷（或温差）；一类是流体的物理性质；再一类是固-液-汽相界面上的条件。增加热负荷，管内沸腾换热加剧[2]。通过降低产汽压力，降低饱和水压力温度。由于饱和水温度、焓值下降，饱和汽焓值稍有上升，蒸发管内沸腾作用增强，水侧传热作用增强。同时，在床温保持不变的情况下，由于床料与管壁温差增大，增加蒸发面传热量。降低压力时，虽然饱和水汽化潜热增加，但是蒸发受热面传热量增加。当给水温度不变时，饱和汽与给水的焓差增加较少。如传热量增加超过饱和汽焓增加时，产汽量增加。并且由于饱和水焓值下降较多，沸腾区域尤其欠热沸腾区域面积增加较多，整体换热系数增加。10.4MPa（a）与8.2MPa（a）时饱和水的特性见表3。表3饱和水与饱和汽特性P/MPa（a）T/℃h'/kJ.kg-1h''/kJ.kg-1r/kJ.kg-110.4313.861425.22720.61295.38.2296.701326.62757.01430.3从表3可看出，汽包压力降低2.2MPa，温度降低17.16℃，饱和水焓下降98.6kJ/kg，汽化潜热增加135kJ/kg，饱和汽焓值增加36.4kJ/kg。CFB锅炉设计产汽标煤耗为95kg/t，现在实际产汽标煤耗较高。燃烧瓦斯时为97kg/t左右，停运瓦斯时为102kg/t左右，数据见表4与表5。燃烧瓦斯对降低产汽标煤耗主要有两个方面影响。一方面由于燃烧瓦斯，炉膛燃烧份额增大，不完全燃烧损失减少，对产汽标煤耗有一定影响。另一方面在床温保持不变时，燃烧器（床上启动燃烧器，可烧柴油或瓦斯）以上部位炉膛温度升高，循环物料及烟气与蒸发受热面的温差加大，传热作用增强，产汽量上升，产汽标煤耗下降。由于CFB锅炉不完全燃烧损失非常小，燃烧瓦斯对降低产汽标煤耗的影响主要表现在强化炉膛传热方面。若通过降低产汽压力，增大循环物料及烟气与蒸发受热面的温差，使产汽标煤耗降低，则降低产汽压力会产生一定的经济效益。4降低产汽压力试验2009年11月16日8:30，进行CFB锅炉产汽压力降低运行试验，采用汽机控制主汽压力方式，将汽机主汽压力设定值由9.0MPa缓慢连续降低，14:00设定值定为6.8MPa。为了观察降压过程中的数据，先将锅炉床温床压等参数调稳，在整个降压过程中，锅炉未进行燃烧调整，主蒸汽温度与给水温度控制不变。通过观察，降低锅炉产汽压力对汽机及回热与供热系统没有影响。主汽压力降低过程中，主汽压力与高调阀后压力变化曲线见图1。由于采用单阀方式，四个高调阀后压力变化趋势基本相同，取第一与第三高调阀后压力进行显示。CFBDCS:PT82102MpaCFBDCS:PT82179MPaCFBDCS:PT82177MPaAd-HocTrend2009-11-168:01:122009-11-1615:13:337.21小时5.25.76.26.77.27.78.28.74.79.55.208465.161037.07238图1主汽压力降低时主汽压力与高调阀后压力变化趋势从图1可看出，高调阀后压力（黄线CFBDCS:PT82177与蓝线CFBDCS:PT82179）变化情况并不受主汽压力（绿线CFBDCS:PT82102）的影响。若通过降低产汽压力使产汽标煤耗降低，则锅炉的热效率提高，排烟温度应稍下降。主汽压力降低时排烟温度的变化情况见图2。CFBDCS:TE81136℃Ad-HocTrend2009-11-168:01:41.2352009-11-1615:13:41.2357.20小时113113.5114114.5115115.5116112.5116.5113.21578图2主汽压力降低时排烟温度变化曲线从图2可看出，随着主汽压力降低，排烟温度下降。由于降压过程经历时间较长（约7小时），可以较大程度抵消锅炉热惯性的影响。从排烟温度下降可反映出锅炉效率得到提高。当主汽压力降低，炉膛换热效率提高，床温易于控制，风量（尤其一次风量）可以适当降低，烟气含氧量下降，排烟损失进一步下降，进一步提高热效率。由于降压开始时使用的是1#焦棚的石油焦，内有较多的燃煤，加上瓦斯量波动大，燃料燃烧热值变化大，不能进行有效的比较。为了使试验数据可比性增强，11月19日将瓦斯停运，22日将燃料由1#焦棚切换至2#焦棚。2#焦棚堆放的是充分干燥的石油焦，成分稳定。同时要求锅炉负荷保持在230t/h左右，控制床温稳定，烟气含氧量控制小于4.8%。11月26日将主汽压力重新升高。通过11月22日至12月2日的数据进行分析，可得出降低主汽压力对锅炉产汽标煤耗的影响。试验数据见表5与图3。表4正常产汽压力燃烧瓦斯时的标煤耗日期主汽流量累计主汽量/t主汽流量/t.h-1给煤机总流量累计瓦斯流量累计产汽标煤耗/kg.t-1平均产汽标煤耗/kg.t-111.081112875532322262481363334698.1397.9111.091118198541922662883368484099.5811.101123617537822463308372898597.7911.111128995543622763715377873796.3811.121134431550622964134381563298.2111.131139937560923464557386256597.7911.141145546545122764969392615397.0011.151150997541122565362399134198.3811.161156408657634051951表5降低主汽压力试验数据日期锅炉产汽压力/MPa主汽流量累计主汽量/t主汽平均流量/t.h-1给煤机总流量累计产汽标煤耗/kg.t-1平均产汽标煤耗/kg.t-111.227.31191419580824268781100.16100.2211.23119722754922296929099.8911.241202719549522969770100.4511.251208214567023670253100.3811.269.51213884562123470751101.86102.6811.271219505555323171252102.7011.281225058556123271751102.7611.291230619577424172251103.3211.301236393569823772773102.6912.011242091547022873285102.5912.021247561566623673776102.8712.03125322774286表4中，汽轮机主汽给定压力为9.0MPa，锅炉产汽压力为9.5MPa，使用的是2#焦棚的石油焦。表4与表5中，主蒸汽流量采用温压补偿后的数据计算，石油焦消耗以给煤机总量计算。累积流量以当天8:00:00的数据进行计算，总量为次日与当日累积量差。产汽标煤耗为燃料根据热值折算成标准煤后与产汽量的比。100.1699.89100.45100.38101.86102.70102.76103.32102.69102.59102.879910010110210310411.2211.2311.2411.2511.2611.2711.2811.2911.3012.0112.02日期产汽标煤耗/kg.t-1图3降压运行试验时产汽标煤耗从表5与图3可看出，降压运行比正常压力运行产汽标煤耗明显降低。从11月22日到12月2日分析数据算出，降压运行（降低2.2MPa）后，产汽标煤耗平均降低2.46kg/t5效益分析降压运行后，产汽标煤耗降低2.46kg/t。若全年运行280天，平均产汽量230t/h。则全年节约标煤为：2.46*230*280*24=3802t换算成石油焦为3327t。石油焦按1000元/t计算，全年节约成本333万元。降压运行其他方面的优点有：1）离锅炉安全阀动作压力较远，可增加突发事件（如发电机跳闸、供汽负荷突然大幅度降低）时调整余地；2）汽轮机高调阀节流减少，噪声降低；3）主蒸汽管道阀门及锅炉水汽管道应力减少，减少泄露几率，提高运行安全性；4）由于蒸发受热面传热加强，床温有所下降，有利于提高锅炉负荷与床温调整；5）如给水泵采用变频调速，可以节省给水泵电耗。6结语供热机组通流能力大，锅炉产汽量相对较少，汽机高调阀节流严重。降低锅炉产汽压力对汽机及回热与供热系统没有影响，在主汽温度不变时，循环效率没有变化。降低锅炉产汽压力后，由于蒸发受热面传热作用增强，传热量增加，引起产汽量增加，锅炉热效率提高，达到了降低产汽标煤耗的效果，经济效益显著。同时，安全环保上也有优势。参考文献[1]林宗虎等《循环流化床锅炉》化学工业出版社2004年3月第一版190页[2]马建隆《锅内过程》水利电力出版社1986年10月