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摘 要：本文主要对660MW超超临界机组直流锅炉的优化设计进行了分析。包括烟气高效利用方案的选型、燃煤的煤质、前置换热器工作流程及布置方式、除尘器入口温度等进行了详细的说明和分析，以便更好的提升600MW超超临界机组直流锅炉烟气的高效利用率。
关键词：660MW；超超临界机组；直流锅炉；烟气；设计优化
中图分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0303-01
在锅炉热损失中燃煤锅炉的排烟占其整体损失的大部分，占燃料热量的4～8%，所以，要想提升锅炉的热效率就必须要降低排烟损失。对电力企业而言，采用大容量、高参数燃煤机组，在对发电煤耗进行降低的同时也要最大化的对系统进行优化设计，以此来达到超低排放的效果。以下主要以某发电厂为实例，对660MW的超超临界机组的优化设计进行了分析。
1 实际情况概述
某发电厂为煤电一体化大型坑口电厂，此电厂660MW的超临界空冷机组是1000kV特高压交流输电工程的配套电源点项目，在机组建设中同时建有石灰石湿法脱硫以及SCR脱销设施，除尘系统采用双室五电场高效静电除尘器。锅炉主要是单炉膛，四角切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、全悬吊结构、一次中间再热、紧身封闭布置、Ⅱ型变压运行直流炉，汽轮机为一次中间再热、单轴、双背压、三缸两排汽、空冷凝汽式汽轮机，发电机主要是以静态励磁为主，水一氢冷却汽轮发电机。
2 设计条件分析
2.1 煤原以及煤质地分析
锅炉在设计中的煤种所采用的是褐煤，锅炉燃煤属于高挥发分、高水分、低灰分、低硫分的低热值煤。
2.2 除尘器入口烟气温度的设计
对锅炉燃煤烟气的酸露点的上下限制进行计算时，要依照Verhoff&Banchero和Haase&Borgmann估算公式来确定，设计煤种的烟气酸露点为106.5℃，而对该煤种的烟气酸露点进行校核时其温度应为102℃。当烟气温度降低时，结露的SO3液滴在高含尘的环境中会被粉尘吸附包裹，同时会与粉尘中的碱性物质发生中和反应，从而避免对换热器、除尘器及下游设备产生腐蚀。在灰硫比超出100的情况下，烟气中S03的质量浓度低于2.86mg/m3，此时其下游设备和烟道会发生的低温腐蚀性很小。基于上述理论，所以在对此发电厂660MW机组锅炉烟气的装置出口以及其除尘器入口烟气的温度设计应在110℃。
3 对前置换热器设计方案的分析
3.1 工作流程及其布置方法的设计
将前置换热器布置在空气预热器的入口烟道上方及脱硝装置烟道出口下方的区域。换热工质取自3号高压加热器人口，在由烟气换热后转回到2号高压加热器的出口位置。
这种布置方法就等同于将省煤器进行分组布置，以此将原省煤器的出口烟气温度进行提升，通常会提高10℃左右，保证脱硝装置在全负荷下运行。
3.2 设计说明
边界条件设计：
一方面，汽轮机的主要参数由：主蒸汽流量、主蒸汽出口汽温、再热器流量、再热器出口汽温构成，数值分别为2145t/h、605℃、1765t/h、603℃。另一方面，的参数由进口给水温度，出口给水温度，进口烟气温度，出口烟气温度构成，数值分别为：190.7℃、300.8℃、403℃、363℃。而空气预热器的参数是：人口烟气温度363℃，出口烟气温度冬季135.7℃、夏季143.9℃，入口一次风温度冬季为30℃，夏季为42℃，出口一次风温度，冬季在350.6℃，夏季为351.1℃，入口的二次风温度与一次风相同，但其二次风的出口温度冬季在334.4℃，夏季为335.5℃，烟气侧阻力入口和出口值为1108和1115Pa。对前置换热器的性能设计，其性能指标：进口烟气温度为403℃，出口烟气温度为363℃，进口给水温度为190.7℃，出口给水温度为300.8℃，给水流量为142t/h，BMCR工况烟气侧提供热量为19.23MW，烟速为9.2（m*s-1），烟气阻力为40.4Pa，水侧阻力为439Pa。
3.3 结构的设计和完善
首先对脱硝装置进行调整，在原有脱硝装置设计中，催化剂模块的布置形式职能是9×11，脱硝装置人口烟道呈喇叭形，出口相对较窄，入口相对较宽，会对烟气的流场均匀性产生较大影响，使刘板的布置难度增加。一旦烟气的流速不够均匀，就会造成催化剂磨损或堵塞。
在调整钢结构之后，R排柱向炉前移动1980mm，催化剂模块的布置可以改为11×9，会提升反应器深度与宽度的合理性，使其流场均匀性更好，且导流板布置简单。在对数值进行模拟计算后可知，在对其调整后烟气的流速与偏差相比之前要小很多，调整前后2种结构数据为：催化剂层数仍保持3+1层，水平入口烟道尺寸未发生变化为4450×10380mm，入口烟道扩口尺寸由21380mm调整为17480mm，竖直上升烟道尺寸由3000×21380mm调整为3000×17480mm，催化剂模块布置由9×11块调整为11×9块，反应器截面尺寸由8940×21380mm调整为10920×17480mm，出口烟道缩口尺寸调整前后未改变为13416mm，水平出口烟道尺寸为4000×13416mm，未发生变化。
4 总 结
通过以上对660MW超超临界机组直流锅炉的设计优化分析，能够充分将电厂的发电煤耗最大程度的降低，其数值在2.17g/kWh，能够使电厂的总效率提升0.37%，使汽轮机的热耗率降低59kJ/kWh。而且在THA工况下脱硫入口烟气温度也得到了降低，有原先的136.6℃降低到了90℃，每台锅炉脱硫系统耗水量从125t/h降至75t/h。水费按5.8元/t计算，则脱硫系统能够有效的节约水费159.5万元/a，总的计算下来每台机组的年运行费用可以节省约为214.5万元。
参考文献
[1]郭 馨，赵广播，孙志浩，宋宝军，郭建明，赵志锋，李会一.再循环烟气对660MW二次再热锅炉蒸汽参数的影响[J].中國电机工程学报，2018，38（04）：1101～1110+1287.
[2]高建强，陈元金，袁宏伟，李德波.660MW机组超超临界锅炉运行中NO_X调整试验分析[J].浙江电力，2017，36（04）：35～39.
收稿日期：2018-9-3
关键词：660MW；超超临界机组；直流锅炉；烟气；设计优化
中图分类号：TM621.2 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）29-0303-01
在锅炉热损失中燃煤锅炉的排烟占其整体损失的大部分，占燃料热量的4～8%，所以，要想提升锅炉的热效率就必须要降低排烟损失。对电力企业而言，采用大容量、高参数燃煤机组，在对发电煤耗进行降低的同时也要最大化的对系统进行优化设计，以此来达到超低排放的效果。以下主要以某发电厂为实例，对660MW的超超临界机组的优化设计进行了分析。
1 实际情况概述
某发电厂为煤电一体化大型坑口电厂，此电厂660MW的超临界空冷机组是1000kV特高压交流输电工程的配套电源点项目，在机组建设中同时建有石灰石湿法脱硫以及SCR脱销设施，除尘系统采用双室五电场高效静电除尘器。锅炉主要是单炉膛，四角切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、全悬吊结构、一次中间再热、紧身封闭布置、Ⅱ型变压运行直流炉，汽轮机为一次中间再热、单轴、双背压、三缸两排汽、空冷凝汽式汽轮机，发电机主要是以静态励磁为主，水一氢冷却汽轮发电机。
2 设计条件分析
2.1 煤原以及煤质地分析
锅炉在设计中的煤种所采用的是褐煤，锅炉燃煤属于高挥发分、高水分、低灰分、低硫分的低热值煤。
2.2 除尘器入口烟气温度的设计
对锅炉燃煤烟气的酸露点的上下限制进行计算时，要依照Verhoff&Banchero和Haase&Borgmann估算公式来确定，设计煤种的烟气酸露点为106.5℃，而对该煤种的烟气酸露点进行校核时其温度应为102℃。当烟气温度降低时，结露的SO3液滴在高含尘的环境中会被粉尘吸附包裹，同时会与粉尘中的碱性物质发生中和反应，从而避免对换热器、除尘器及下游设备产生腐蚀。在灰硫比超出100的情况下，烟气中S03的质量浓度低于2.86mg/m3，此时其下游设备和烟道会发生的低温腐蚀性很小。基于上述理论，所以在对此发电厂660MW机组锅炉烟气的装置出口以及其除尘器入口烟气的温度设计应在110℃。
3 对前置换热器设计方案的分析
3.1 工作流程及其布置方法的设计
将前置换热器布置在空气预热器的入口烟道上方及脱硝装置烟道出口下方的区域。换热工质取自3号高压加热器人口，在由烟气换热后转回到2号高压加热器的出口位置。
这种布置方法就等同于将省煤器进行分组布置，以此将原省煤器的出口烟气温度进行提升，通常会提高10℃左右，保证脱硝装置在全负荷下运行。
3.2 设计说明
边界条件设计：
一方面，汽轮机的主要参数由：主蒸汽流量、主蒸汽出口汽温、再热器流量、再热器出口汽温构成，数值分别为2145t/h、605℃、1765t/h、603℃。另一方面，的参数由进口给水温度，出口给水温度，进口烟气温度，出口烟气温度构成，数值分别为：190.7℃、300.8℃、403℃、363℃。而空气预热器的参数是：人口烟气温度363℃，出口烟气温度冬季135.7℃、夏季143.9℃，入口一次风温度冬季为30℃，夏季为42℃，出口一次风温度，冬季在350.6℃，夏季为351.1℃，入口的二次风温度与一次风相同，但其二次风的出口温度冬季在334.4℃，夏季为335.5℃，烟气侧阻力入口和出口值为1108和1115Pa。对前置换热器的性能设计，其性能指标：进口烟气温度为403℃，出口烟气温度为363℃，进口给水温度为190.7℃，出口给水温度为300.8℃，给水流量为142t/h，BMCR工况烟气侧提供热量为19.23MW，烟速为9.2（m*s-1），烟气阻力为40.4Pa，水侧阻力为439Pa。
3.3 结构的设计和完善
首先对脱硝装置进行调整，在原有脱硝装置设计中，催化剂模块的布置形式职能是9×11，脱硝装置人口烟道呈喇叭形，出口相对较窄，入口相对较宽，会对烟气的流场均匀性产生较大影响，使刘板的布置难度增加。一旦烟气的流速不够均匀，就会造成催化剂磨损或堵塞。
在调整钢结构之后，R排柱向炉前移动1980mm，催化剂模块的布置可以改为11×9，会提升反应器深度与宽度的合理性，使其流场均匀性更好，且导流板布置简单。在对数值进行模拟计算后可知，在对其调整后烟气的流速与偏差相比之前要小很多，调整前后2种结构数据为：催化剂层数仍保持3+1层，水平入口烟道尺寸未发生变化为4450×10380mm，入口烟道扩口尺寸由21380mm调整为17480mm，竖直上升烟道尺寸由3000×21380mm调整为3000×17480mm，催化剂模块布置由9×11块调整为11×9块，反应器截面尺寸由8940×21380mm调整为10920×17480mm，出口烟道缩口尺寸调整前后未改变为13416mm，水平出口烟道尺寸为4000×13416mm，未发生变化。
4 总 结
通过以上对660MW超超临界机组直流锅炉的设计优化分析，能够充分将电厂的发电煤耗最大程度的降低，其数值在2.17g/kWh，能够使电厂的总效率提升0.37%，使汽轮机的热耗率降低59kJ/kWh。而且在THA工况下脱硫入口烟气温度也得到了降低，有原先的136.6℃降低到了90℃，每台锅炉脱硫系统耗水量从125t/h降至75t/h。水费按5.8元/t计算，则脱硫系统能够有效的节约水费159.5万元/a，总的计算下来每台机组的年运行费用可以节省约为214.5万元。
参考文献
[1]郭 馨，赵广播，孙志浩，宋宝军，郭建明，赵志锋，李会一.再循环烟气对660MW二次再热锅炉蒸汽参数的影响[J].中國电机工程学报，2018，38（04）：1101～1110+1287.
[2]高建强，陈元金，袁宏伟，李德波.660MW机组超超临界锅炉运行中NO_X调整试验分析[J].浙江电力，2017，36（04）：35～39.
收稿日期：2018-9-3