鍋爐暖風器疏水系統節能改造

馬 偉，張 健，武 玉

(1.神華河北國華定洲發電有限責任公司，河北 定州 073000；2.石家莊市石門小學，石家莊 050002)

鍋爐暖風器是有效控制鍋爐低溫腐蝕的一個輔機設備，在國內外都已普遍使用，但多數沒有控制措施。當暖風器投運時，鍋爐進風溫度升高造成鍋爐排煙溫度升高，機組運行經濟性變差；當暖風器不投運的時候，鍋爐進風溫度降低造成低溫腐蝕加劇。少數電廠在傳統設計基礎上在暖風器出口和疏水箱之間增設了自動疏水器，但在使用過程中還存在一些問題[1-2]。也有極少數電廠在傳統設計基礎上在暖風器出口設置了疏水調節門，但沒有相應的控制調節門的邏輯，因此疏水調節門只能對疏水進行粗調節。暖風器疏水不暢是導致暖風器不能正常工作的主要原因，疏水系統故障不僅導致暖風器冷凝水不能回收，而且使暖風器無法投運。文獻[3]中經比較得出采用疏水側調節可使暖風器出力調節范圍增大，提高熱能利用率。因此通過對某電廠的暖風器系統進行改造，以達到節能的目的。

1 暖風器系統概況及存在的問題

某電廠暖風器系統入口安裝電動閥門及手動閥門，主要用來投運及解列暖風器，出口未安裝疏水器，只安裝調節門及其旁路門，暖風器系統見圖1。暖風器用汽來自輔汽聯箱，蒸汽壓力為0.5～0.8 MPa，溫度大于250 ℃。蒸汽從暖風器上部進入，疏水從下部排出經疏水調節門，進入排氣裝置，整個系統的運行依靠運行人員手動調節。

圖1 暖風器疏水系統

正常運行時，運行人員通過控制電門后的手動閥門來控制一次風溫與二次風溫，從而間接地調節排煙溫度。環境溫度的變化、輔汽聯箱壓力及負荷的升降都會影響排煙溫度，而手動閥門不能隨時跟蹤并調節排煙溫度，因此排煙溫度變化較大。冬季暖風器投入以來，空氣預熱器出口煙氣溫度普遍高于120 ℃，有效防止了空氣預熱器的積灰、堵灰及低溫腐蝕，保證了機組的安全穩定運行。暖風器投入后，鍋爐排煙溫度明顯上升，投入前平均排煙溫度為92 ℃左右，投入后平均排煙溫度上升至121 ℃左右。投入暖風器后，雖然平均排煙溫度大幅度提高，但隨著負荷及環境溫度的變化，排煙溫度也不穩定，經常高于130 ℃，或者低于110 ℃。因為輔汽壓力相對固定，而暖風器系統處在手動方式，很難及時調節。如果負荷增加，一二次風量變大，蒸汽量相對變化較小，排煙溫度相對下降；如果環境溫度上升，蒸汽量相對變化較小，排煙溫度就會大幅提高，造成不必要的浪費，也可能導致空氣預熱器腐蝕(規程規定排煙溫度大于110 ℃)。正常運行時為防止疏水溫度過低，凝結水凍結，引起疏水不暢，疏水溫度一般控制在100 ℃以上，也造成了不必要的能源浪費。

綜上所述，置于手動方式下的暖風器運行會導致排煙溫度大幅高于正常值，疏水溫度過高，降低了鍋爐熱效率，造成較大浪費。由于該廠暖風器系統出口自身安裝氣動調門，因此可以充分利用氣動調門來控制疏水溫度及疏水量，從而達到對暖風器控制的目的[4-5]。

2 改造方案

利用暖風器原有供汽疏水系統，變直接調節為間接調節，有效利用疏水調門進行邏輯調節。對疏水調門進行調節相當于間接調節蒸汽流量，因為暖風器中的壓力始終是供汽壓力，所以飽和溫度不變。它對暖風器熱負荷的調節主要是靠暖風器內部水位的高低即改變傳熱面積來實現的。改變疏水溫度可以改變暖風器中過熱蒸汽、飽和蒸汽與疏水的面積比，達到對煙氣溫度的控制。

該廠暖風器入口無蒸汽調節門，疏水側有調節門，因此可以對調節門進行邏輯設置，從而達到改造暖風器的目的。最終的疏水到達凝汽器，如果暖風器疏水溫度小于凝汽器溫度不僅會影響機組整體的經濟性，還可能導致暖風器結冰，造成疏水阻塞，影響暖風器的正常運行。所以邏輯判斷疏水溫度小于凝汽器壓力下的飽和溫度時，應優先打開疏水門，增加蒸汽流量。邏輯中增加暖風器入口蒸汽(一般都為過熱蒸汽)過熱度大于5 ℃可以防止暖風器內部有凍結，同樣可作為疏水通暢的一個判斷，邏輯判斷見圖2。

圖2 暖風器水側調節邏輯判斷

暖風器垂直布置，過熱蒸汽從暖風器上部進入暖風器，疏水從下部流出，整個過程中蒸汽過熱段、冷凝段及疏水過冷段分層明顯，因此發生振管的可能性不大。在暖風器實際運行過程中，運行人員曾將疏水調節門關小，減少蒸汽流量，并未發生振管現象。因此可以判斷關小調節門對管道振動影響較小。

3 節能效果計算

暖風器運行時，鍋爐效率影響總量的計算公式為：

(1)

式中：Δηg為暖風器投入時對鍋爐效率影響的總量；tr為進入預熱器的煙氣溫度，℃；tps為暖風器投入前的排煙溫度，℃；tk為暖風器不投入時預熱器進風溫度，℃；Δtk為暖風器投入前后預熱器進風的溫升值，℃；h為排煙溫度每變化1 ℃的熱損失修正值(0.54×10-3)；qf為暖風器的單位吸熱量，kJ/kg；ηg為暖風器未運行時鍋爐的效率(取92.8%)[6]。

根據該廠1號、2號鍋爐現有運行水平，取2009年冬季實際運行中相關參數平均值，暖風器正常運行時tr平均值約為300 ℃ ，tps通常平均約為100 ℃，冬季tk取8 ℃，溫升Δtk約 20℃，qf取值1.976%[6]，代入式(1)計算得出鍋爐效率降低約0.60%。采用改造方案后排煙溫度可以下降至114 ℃，當溫升Δtk取15 ℃時，代入式(1)計算可得鍋爐效率大約降低0.42%。綜上可知本次邏輯改造提升鍋爐效率約為0.60%-0.42%=0.18%。該廠4臺600 MW鍋爐,每臺爐滿負荷設計煤量為240 t/h,按照50%負荷計算，每天燃煤量約為240 t/h×4×24 h×50%=11 520 t，每年暖風器至少需要投入50天，每年可以節約燃煤約11 520 t/d×50 d×0.18%=1 036 t，節能效果顯著。

4 結束語

從以上分析可以看出，通過DCS邏輯控制疏水調節門的開度，可以調節風溫，從而達到控制排煙溫度的目的。對暖風器疏水調節門的改造，不僅可以節約大量燃料，也可以節約輔汽用量，提高機組整體效率。由于暖風器只在冬季投入運行，缺乏長期運行的經驗，疏水側調節對暖風器內部腐蝕的影響尚不確定。而疏水溫度控制較低，暖風器各部件溫差相對較大，疏水側調節對暖風器產生的熱應力也需要長期觀察。

參考文獻：

[1] 羅洪新，蘇盛波，趙 敏.國產首臺600 MW機組鍋爐暖風器系統在運行中存在的問題及解決的措施[J].黑龍江電力，2000，22(1)：45-48.

[2] 李 雄.國電安順電廠一期機組暖疏系統改造[J].熱力發電，2007，36(9)：61-62，68.

[3] 趙之軍，黃志強，劉瑞陽，等.電站鍋爐暖風器疏水側調節的優越性[J].發電設備，2002，16(5)：15-17.

[4] 張 賢，張智山，劉玉波.鍋爐暖風器熱力系統分析[J].發電設備，2005，19(1)：34-36.

[5] 曹 勇，李佩舉.鍋爐熱風再循環系統及暖風器的設置條件[J].吉林電力，2001，29(3)：10-13.

[6] 翟培強.暖風器運行對機組效率影響的探討[J].華中電力, 2001，14(6)：8-9.