锅炉启动上水系统改造及经济性研究

锅炉启动上水系统改造及经济性研究

罗列

中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司内蒙古自治区伊金霍洛旗017209

摘要：本文通过对锅炉传统上水操作的分析，提出系统改造的必要性，结合中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司热电中心系统的特点，阐述了锅炉上水系统改造后的经济性及应用价值。

关键词：锅炉上水；凝结水系统；上水温度；节电；㶲损

引言

中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司热电中心（以下简称热电中心）为三炉（CFB）两机（空冷凝汽式）母管制运行方式。从2007年7月1日投产以来，由于给水系统母管制的特点及厂家对上水温度的设计要求，不能使用高温（140℃—230℃）高压（12.8—14MPa）的给水系统上水，一直使用除盐水经疏水箱混合除氧器热水，达到相应状态下的锅炉上水温度的要求后送入锅炉。

热水锅炉启动前的进水速度不宜过快，一般冬季不少于4h，其他季节2～3h，进水初期尤应缓慢。冷态锅炉的进水温度一般在40℃-90℃，以使进入汽包的给水温度与汽包壁温度的差值不大于40℃。

未完全冷却的热水锅炉，进水温度可比照汽包壁温，一般差值应控制在40℃以内，否则应减缓进水速度。

1锅炉上水现状及问题

1.1锅炉上水现状

1.1.1由于循环流化床锅炉的高磨损率及8年的运行时间，导致锅炉的爆管率相当高，热电中心2014年总计停运13次，其中压火检修（带压堵漏）2次，紧急停用检修9次，正常停用2次。以下参数以热电中心2014年实际工况计算。

1.1.2热电中心三台（CFB）锅炉汽水系统总容积为220t，汽包壁温等于环境温度时，锅炉上水直接由除盐水（20—25℃）放至疏水箱后，经两台疏水泵供给。当发生爆管，上水查漏、检修启动时，锅炉必须做水压试验，水温应适合该受压元件材料的要求并且不低于露点温度和不高于70℃[3]。这样就需要加热除盐水，热电中心采用由除氧器放水门提供热水水源（140℃—150℃），除盐水提供冷水冷源（20℃—25℃）。在疏水箱混合后经疏水泵供给锅炉冷态启动时底部上水所用。

1.2存在的问题

1.2.1人员浪费

除氧器放水门需一人手动调整热水水量，除盐水供疏水箱手动门需一人调整除盐水量，疏水箱水温计需一人查看疏水箱水位计，锅炉底部上水手门需一人控制上水流量，DCS盘面需一人全程监控、指挥就地人员控制上水温度及流速。这样前后就需要近5个人才能完成上水操作程序。

1.2.2除氧器热源损失

底部放水门开启必然增加了除氧器的出力，为了维持除氧器水位，除盐水供除氧器水量必然得增加，这样就造成除盐水进入除氧器加热后再经过疏水箱混合除盐水冷却的恶性循环，直至上水完成。

1.2.2.1锅炉上水所产生的㶲损

㈠、锅炉上水冷、热水量

（1）

式中：

t0——锅炉上水温度，单位℃（取全年平均值50℃）m0——锅炉上水总量，单位t（锅炉汽水系统总容积220t）m1——除盐水量，单位tt1——除盐水温度，单位℃（取全年平均值22.5℃）m2——除氧器放水量，单位tt2——除氧器水温，单位℃（取全年平均值145℃）

由式（1）计算可得：

除盐水量m1=170.6t

除氧器放水量m2=49.4t

由于每次锅炉爆管，都要进行查漏及水压试验的操作，因此就增加了锅炉上水次数。假设一次查漏、堵漏及一次水压试验合格，则每次检修上水2次，以2014年检修次数9次及正常启动两次计算得全年除盐水用水量2×9×170.6+2×170.6=3412t，全年除氧器放水量2×9×49.4+2×49.4=988t，全年锅炉上水量m=4400t。

㈡、上水产生的㶲损

①全年除氧器放水供锅炉上水所产生的㶲降

△Ec=△ecqc=（hc1-hc2-te（sc1-sc2））qc（2）

式中：△Ec——全年除氧器放水㶲降，单位kJ/年△ec——除氧器放水比㶲降，单位kJ/kghc1——除氧器（0.5MPa，145℃）比焓，610.692kJ/kghc2——疏水箱（0.087MPa，50℃）比焓，209.406kJ/kgte——环境温度，取全年平均值22.5℃sc1——除氧器比熵，1.791kJ/（kg•℃）sc2——疏水箱比熵，0.704kJ/（kg•℃）qc——全年除氧器放水量，988000kg/年

由式（2）计算可得，全年除氧器放水至锅炉上水的㶲降△Ec=372.306GJ/年。

②全年除盐水供锅炉上水所产生的㶲升

△EW=ewqw=（hw-he,w-te（sw-se,w））qw（3）

式中：

hw——除盐水母管（1.5MPa，22.5℃）比焓，95.77kJ/kg

he,w——环境状态下除盐水（0.087MPa，22.5℃）比焓，94.452kJ/kg

sw——除盐水母管比熵，0.332kJ/（kg•℃）

se,w——环境状态下除盐水比熵，0.332kJ/（kg•℃）

qw——全年除盐水供锅炉上水的流量，3412000kg/年

由式（3）计算可得，全年除盐水供锅炉上水所产生的㶲升△EW=4.497GJ/年。

③全年锅炉上水实际㶲降

△Ej=△Ec-△EW（4）

由式（4）计算可得，全年锅炉上水实际㶲降

△Ej=367.809GJ/年。

1.2.3上水时间过长

两台疏水泵的流量50m³/h，扬程125m，功率37kW。上水时间标准规定夏季≮2h、冬季≮4h，但是经疏水泵上水由于设计缺陷、管道沿程损失及疏水泵出力等原因一般都在7h-9h（#0炉7小时，#1炉8小时，#2炉9小时）。

1.2.4全年锅炉上水所产生电量的损耗

（5）

式中：

WS——全年锅炉上水所产生电量，单位kW•h/年

df——发电汽耗，4.262kg/k•Wh

P2b——疏水泵功率，37kW（由于设备原因两台疏水泵上水时为一用一备，所以计算单台泵功率）

T2b——锅炉年平均上水时间，8h/次

D2b——锅炉年上水次数，20次/年

注：紧急停用检修上水18次（9次上水查漏后放水+9次上水打压），正常停用后上水2次。锅炉压火2次不需要上水系统上水。每次上水用时取平均值8h。则总次数为18+2=20次/年

由式（5）计算得，全年锅炉上水所产生电量

WS=29892kW•h/年=2.989万度/年

2上水系统改造

2.1上水系统改造目的

①是为了缩短上水时间，提高机组运行效率；

②减少操作程序，节约人力资源；

③降低能耗。

2.2热电中心汽机凝结水系统

单台汽机凝结水系统为3台（流量210m³/h，扬程224m，功率200kW）凝结水泵并联后，经两道手动门送至除氧器平台的凝结水母管，再分别经三个调节阀门送入三台除氧器，用于除氧器加热及水位的调节。正常运行两台运行一台备用。凝结水压力在1.2—2.2MPa之间，温度在50—60℃之间。完全可以满足锅炉上水所需要的流量。

2.3系统改造

在汽机0米三台凝结水泵出口母管T接一路至锅炉0米底部上水母管，连接管路设一手阀及一逆止门，防止锅炉正常运行时高压给水窜入凝结水系统。

2.4凝结水系统改造后的运行方式

锅炉接到上水命令后，打开凝结水至锅炉底部上水截止阀，逆止门自动开启，利用相应锅炉底部上水手动阀控制上水速度。汽机根据热井水位及凝结水压力做出实时调整。以达到既满足锅炉上水压力及流量的要求，又能保证凝结水系统的正常运行。上水时间控制在年平均3h/次。

2.5改造后年节省上水时间

△T=T2bD2b-TsD2b（6）

式中：

△T——年节省上水时间，单位h/年

Ts——改造后的上水时间，平均值3h/次

由式（6）计算得改造后年节省上水时间

△T=100h/年

2.6改造后人员操作频次降低

改造后疏水箱上水系统可以作为冬季极端气温（锅炉房温度5℃以下，汽包温度0℃以下）情况下或者电厂公用系统检修后第一次启动时的的备用水源。当使用凝结水为锅炉上水时，操作人员在逐个开启汽机凝结水泵出口母管至锅炉底部上水手动门之间各阀门，然后根据汽机凝结水泵出口流量表与凝结水至除氧器流量表的差值变化可以判断出上水速率。只需一人在DCS画面配合就地操作人员调整好上水速率，就只要在DCS画面观察水位情况即可。这样前后操作加起来只需要2人/次。每次节约用人3个。

3全年所产生的经济效益

3.1上水产生的热能耗

由于上水温度的要求，不管是经除氧器放水混合除盐水后用于锅炉查漏后放水的热能损耗，和经凝结水上水用于锅炉查漏后放水的热能损耗是近似相等的数值。所以此损耗不用于计算在能耗中。

3.2由上水时间缩短而多发的电量

Wh=（△T×Qnet/df）/10000（7）

式中:

Wh——上水时间缩短而多发的电量，单位万度/年Qnet——锅炉额定蒸发量，440000kg/h

由式（7）计算得，由上水时间缩短而多发的电量Wh=1032.38万度/年

3.3全年产生的经济效益

鄂尔多斯煤制油分公司由锅炉停用或供汽量增大而产生的倒购电量，每度电价0.56元，则：

△￥=0.56×△W=0.56×（Wh+WS）（8）

式中：

△￥——全年产生的经济效益，单位万元/年

△W——全年节省的发电量，万度/年

由式（8）计算得，全年产生的经济效益

△￥=579.8万元/年

4结束语

电厂设计初期由于考虑不完全，或者在安装过程中产生的各种问题，正式投产后没有得到设计构想的效果。这样就要在后续生产中运行、检修及设备管理人员不断改进，做到早发现、早整改，就能早的产生经济效益和节能降耗的目的。

参考文献

[1]《135MW级循环流化床锅炉运行导则》中华人民共和国电力行业标准，DL/T1034-2006.

[2]《工业蒸汽锅炉参数系列》中华人民共和国国家标准，GB1921-88.

[3]《锅炉水压试验技术条件》中华人民共和国国家标准，JB/T1612-1994.

[4]Theinternationalassociationforthepropertiesofwaterandsteam.ReleaseontheIAPWSInternationalFormulation1997fortheThermodynamicpropertiesofWaterandSteam,ErlangenGermany.September1997.

[5]《热电技术》2009年04期，供热机组锅炉上水方式优化的探索。作者：李强,常昊.

作者简介

罗列，男，1980年3月3日出生，大学本科，助理工程师，从事发电厂节能降耗、技术改造及发明创造。