基于EBSILON的低温省煤器热力系统节能分析

基于EBSILON的低温省煤器热力系统节能分析

尹君

内蒙古京能盛乐热电有限公司，内蒙古呼和浩特市，011500

Analysis of heat rate of thermal system of low temperature economizer based on ebsilon

Yin Jun

Yin Jun、Inner Mongolia Jingneng Shengle Thermal Power Co., Ltd., Hohhot, Inner Mongolia, 011500；

摘要：“双碳”目标下，提升利用效率将是火电厂研究及技改的主要方向，低温省煤器作为烟气管道余热再利用项目符合当前国家的基本政策，废热再利用对企业长期发展存在社会及经济双重效益。对烟气余热利用热力系统接入方式采用Ebsilon软件进行建模仿真分析，其计算结果精度高于工程经验的“温度对口”原则，通过软件模拟分析及现场热耗率试验对比，其软件模拟结果与实际热耗率偏差值满足工程应用要求。对小热力系统改造方案采用软件模拟进行节能分析，可较真实的优化改造方案。

关键词：Ebsilon；低温省煤器；热耗率；热力系统

Abstract:Under the goal of "dual carbon", saving energy resources and improving utilization efficiency will be the main direction of thermal power plant research and technical innovation. As a residual heat reuse project of flue gas pipeline, low temperature economizer conforms to the basic national policy. There are social and economic benefits for long-term development of enterprises for waste heat reuse.The access mode of thermal system for flue gas residual heat utilization is modeled and simulated by ebsilon software. The accuracy of calculation results is higher than the principle of "temperature matching" of Engineering experience. Through software simulation analysis and comparison with field heat consumption test, the deviation of software simulation results and actual heat consumption values meets the engineering application requirements.The rebuilding scheme of small thermal system can be optimized by ebsilon software simulation analysis.

Key words:Ebsilon; Low temperature economizer; Heat consumption rate; thermodynamic system

0  引言

实现碳达峰、碳中和，是我国重大战略决策，对我国实现高质量发展、全面建设社会主义现代化强国具有重要意义。煤炭消费总量的 50%以上来自于以火力发电为主的电力行业，火电厂降低单位产出能源资源消耗，普遍通过提升热力系统循环效率，而提升热力系统循环效率的主要可分为三个方向：（1）提高汽轮机运行参数[1]（2）降低汽轮机冷源损失[1]（3）降低烟气排烟温度。排烟损失是锅炉运行中最重要的一项热损失，排烟温度每增加 10℃，排烟热损失增加 0.6%~1.0%。降低排烟温度可有效提升锅炉效率，实现节能减排。

1 低温省煤器布置

国内外低温省煤器已运行多年，拥有较多的设计安装生产经验，系统布置成熟，新建机组中烟气余热梯级利用系统布置已成为主流设计方案，通过技术改造实现烟气余热利用的机组根据电厂边界情况普遍采用一段是低温省煤器。烟气余热梯级利用系统可实现烟气旁路、除尘器前及脱硫塔前布置低温省煤器。一段是低温省煤器普遍采用除尘器前[2]或脱硫塔[3]前进行单级烟气余热吸收。根据低温省煤器的不同布置，低温省煤器常规加热用户有凝结水、暖风器、热网循环水、热网循环水＋凝结水、高压给水等方案。

2 节能收益分析

Ebsilon软件可实现对不同热力系统性能进行仿真分析，根据分析结果对比选择最佳设计方案。烟气余热利用系统改造多关注于低温省煤器本体设备，对于加热用户如凝结水系统普遍采用工程经验及热力学“温度匹配”的原理及等效焓降法与热平衡法进行节能计算[4]。本文将通过Ebsilon建模分析低温省煤器加热凝结水系统凝结水侧系统不同接入方式的节能效益进行方案比选。基于汽轮机厂热平衡图提供的设计工况数据（ 100%THA 工况）对设备模型进行参数设置，仿真计算了三种方案在100%THA工况下的节能情况，计算时低温省煤器烟气入口温度取127℃，烟气出口温度取90℃。具体方案为：

方案一：7号低加进出口混水方案。在7号低压加热器入口凝结水管道处加装三通，将部分凝结水旁路到板式换热器。加热后的凝结水一部分流入7号低压加热器出口凝结水管道，与经过7号低压加热器的凝结水混合后一起进入6号低压加热器，一部分流入板式换热器入口与低温凝结水混合后进入板式换热器，如图1、图2所示。

图1 方案一热力系统图示图2 方案一热力系统模型

Fig.1 Schemes I Thermal System DiagramFig.2 Scheme 1 Thermal System Model

方案二：在7号低压加热器入口凝结水管道处加装三通，将部分凝结水旁路到板式换热器。加热后的凝结水流入7号低压加热器出口凝结水管道，与经过7号低压加热器的凝结水混合后一起进入6号低压加热器，如图3、图4所示。

图3 方案二热力系统图示 图4 方案二热力系统模型

Fig.3Scheme 2 Thermal System DiagramFig.3 Scheme 2 Thermal System Model

方案三：在7号低加入口凝结水管道处加装三通，将部分凝结水旁路到板式换热器内进行换热。与方案二不同之处在于本方案将板式换热器换热后的凝结水流入6号低压加热器出口凝结水管道，既低温省煤器凝结水水侧旁路6、7号低压加热器，如图5、图6所示。

图5 方案三热力系统图示图6 方案三热力系统模型

Fig.5Scheme 3 Thermal System DiagramFig.6 Scheme 3 Thermal System Model

通过Ebsilon软件模拟仿真结果可知，方案二可使100%THA工况下热耗降低至7997.63kJ/（kW· h），发电煤耗降低1.43g/(kW·h)，具体数据见表1。选定方案二为最优改造方案，虽然方案一与方案二热力系统接口位置没变但依然存在节能差异，表明在温度对口的热力系统设计情况下，依然存在流程不同节能收益不同的情况。最优节能方案确定后，对已有Ebsilon模型进行参数修正。主要基于实际运行数据对热力系统模型进行参数修正，模拟仿真接近实际边界条件下的节能效果，计算结果见表2。

表1 理想转态下热力系统模拟分析结果

Tab.1 Analysis results of thermal system simulation under ideal transition

表2 接近实际工况下热力系统模拟及现场热耗率试验结果（100%THA工况）

Tab.2Thermal System Simulation and Field Thermal Consumption Test Results Near Actual Conditions (100% THA Conditions)

3 结论

某厂1号机组采用Ebsilon软件优化的热力系统接入方案进行现场改造，实施后开展汽轮机热耗率试验验证模拟仿真结果，计算结果见表2。由软件模拟结果及现场热耗率试验结果得出如下结论：

（1）设计工况下低温省煤器节能效益较高，在直接空冷或间接空冷机组中由于夏季背压高于设计值较多，导致热井凝结水温度较高，为保证低温省煤器循环水入口温度，将会损失一小部分节能收益。

（2）软件模拟结果与现场热耗率结果相近，热耗率下降值偏差1.14 kJ/（kW·h），可满足实际个工程应用要求。

参考文献

（1） 阎维平.  超临界蒸汽参数发电技术发展评述[J].  电力科学与工程,  2014(1):1-7。

（2）  刘鹤忠，连正 权．低温省煤器在火力发电厂中的运用探讨 ［Ｊ］．电力勘测设计，2010（4）：32－38。

（3） 杨玉环,侯致福.基于余热利用的低温省煤器布置方案研究[J].应用能源技术,2021(08):42-46。

（4）  张方,修正平,方津.低低温省煤器经济性计算及应用[J].华电技术,2019,41(02):65-68。

作者简介：

尹君(1981)，男，高级工程师，主要从事汽轮机运行管理，供热、供汽、制冷等系统的运行维护，多次解决现场疑难问题，尤其对汽轮机节能、长距离输送管道供热等有一定的研究。18804718137