300 MW機組暖風器改造方案探討及可行性分析

廖光明，張佳寶

(1. 山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西 朔州 036800；2. 華北電力大學，河北 保定 071000)

300 MW機組暖風器改造方案探討及可行性分析

廖光明1，張佳寶2

(1. 山西平朔煤矸石發電有限責任公司，山西 朔州 036800；2. 華北電力大學，河北 保定 071000)

裝設鍋爐暖風器有效的避免了空氣預熱器冷端低溫腐蝕，但除極寒地區外，暖風器作為阻力件長期閑置在風道，無謂增大送風機電耗。旋轉式暖風器可以克服這種弊端，將暖風器旋轉一定角度，過程中不需要停運送、引風機，同時提出方案解決在運行實踐中也出現的泄露、堵塞、結冰等問題。針對某廠300 MW機組提出暖風器改造方案，并進行可行性分析，結果表明停運期間暖風器阻力顯著下降，有效降低一二次風機電耗，經濟效益明顯。

旋轉式暖風器；膨脹；改造；節能降耗

0 引 言

進入21世紀，全球氣候變化，能源緊缺，節能減排是關系經濟社會可持續發展的重大戰略問題，是中央確定的我國經濟社會發展的重大戰略任務。火電行業既是優質清潔能源的創造者，又是一次能源消耗大戶和污染排放大戶，因而也是國家實施節能減排的重點領域。火電廠降低供電煤耗的一個主要方面就是降低廠用電率，而風機電耗時常用電的一個大戶。固定式暖風器技術已在電廠中應用多年，在運行實踐中仍然存在較多問題，其中最主要問題是除極寒冷地區，大多數電廠暖風器長期閑置，作為阻力件橫置在風道，無謂增大送風機電耗。某300 MW機組根據設計煤種計算空預冷端綜合溫度控制在74 ℃，全年投運期在每年11月中旬到次年2月末，閑置時間長達5 600 h。 文中對暖風器由固定式改為節能低阻型進行經濟性分析，同時對運行中常見問題提出解決方案。

1 固定式暖風器常見問題

當鍋爐排煙溫度低于煙氣露點時，煙氣中的酸性氣體會在鍋爐尾部凝結，導致鍋爐尾部受熱面的腐蝕。鍋爐暖風器是布置在空氣預熱器進口風道中的換熱器，采用暖風器后，空氣預熱器的傳熱溫差減小，鍋爐排煙溫度隨之升高，可防止鍋爐受到低溫腐蝕，但對鍋爐的熱效率也存在一定的影響。鍋爐暖風器系統包括暖風器本體、疏水系統、閥門、管道等。暖風器一般位于送風機入口或送風機出口與空氣預熱器進口之間的管道上。該廠暖風器運行中主要存在以下問題：

(1)暖風器長期停用造成管道腐蝕，導致暖風器運行時疏水水質太差，無法回收利用，只能將疏水直接排入疏水擴容器，造成水資源浪費。

(2)泄漏。暖風器泄漏主要是由于管排間受熱不均，頻繁的熱脹冷縮造成焊縫開裂。長期停用造成管道局部腐蝕，在檢修時未做處理，再次投運后也易發生泄漏。

另外這個廠與國內其他電廠暖風器運行中共同存在的問題有：

(1)疏水結冰。該電廠所處位置冬季極端低溫可達-29 ℃，暖風器疏水系統易使管束內的凝結水因過冷而結凍, 使暖風器損壞。

(2)受熱膨脹。暖風器的熱膨脹有兩種情況，一種是整體熱膨脹，由管內工質溫度改變引起；另一種是管排間的熱膨脹，主要是由空氣進出口溫度不同引起。在以前的結構設計上，考慮了整體熱膨脹，但很少考慮管排間的熱膨脹，由于此熱膨脹在結構上不能吸收，導致薄弱的焊縫處拉裂，造成泄漏事故。

2 暖風器優化方案

為避免暖風器停運時的無謂增加風機電耗的問題，工程人員提出了多種優化方案，包括熱風再循環、抽屜式暖風器 、旋轉式暖風器等。

鍋爐熱風再循環系統的流程是：從鍋爐空氣預熱器空氣出口引出部分熱風，加入到送風機入口，與冷空氣混合，使混合后的空氣溫度達到鍋爐進風溫度要求后再進入鍋爐，系統見圖1。這種方案只適用于環境溫度較高地區，且要求燃料含硫量較低、排煙溫度較高。在經濟性和可靠性等方面，熱風再循環與鍋爐暖風器相比沒有顯著的優越性。

圖1 熱風再循環系統

抽屜式暖風器可以將傳熱管束抽出，在檢修時方便清掃。暖風器停運時不再放置于風道內，降低風機電耗。這種暖風器經濟性好，但抽出后需考慮原有位置密封問題，同時抽出后需考慮暖風器長期放置問題，不易保存。

目前應用較多的旋轉式暖風器，這種暖風器可在機組運行中實現無故障切換，將暖風器旋轉一定角度，旋轉過程中不需要停運送、引風機。

比較各方案只有旋轉式暖風器經濟性較好且易于操作。通過改造后可以實現幾個主要功能。

(1)旋轉暖風器前后通蒸汽時功效不變，防止因結露引發不利影響，保證暖風器正常運行。

(2)可以實現機組運行過程中的無故障切換，不需要停運風機；另外，可作為并聯風機運行調節平衡的有效手段，有利于調整風機出力平衡。

在旋轉暖風器的設計和安裝過程中，需要解決一些技術難點。

(1)暖風器受熱面內蒸汽和疏水需進出風道，因此，需解決旋轉暖風器與風道之間的間隙密封問題。

(2)旋轉暖風器進汽管和疏水管與進汽聯箱和疏水聯箱之間的連接實現旋轉功能。

(3)旋轉暖風器在風道內的布置要避免形成煙氣走廊。

3 經濟性計算

目前該300 MW機組采用四分倉回轉式空氣預熱器?？諝忸A熱器一次風和二次風均經暖風器加熱。兩側一次風交匯經暖風器加熱后進入空氣預熱器，兩側二次風分別加熱后進入空氣預熱器。一次風暖風器界面尺寸即風道截面尺寸為：3 356×4 920 mm。二次風暖風器界面尺寸即風道截面尺寸為：2 204×2 924 mm。一、二次風暖風機結構相同，一次暖風器由四塊屏組成，二次暖風器兩塊屏，呈水平布置，其結構如圖2所示，主要技術參數見表1。

圖2 暖風器結構

表1 暖風器技術參數

改造后在暖風器運行時，其阻力略微減小。在暖風器停運期間，可以將暖風器旋轉90°與風道平行，此時阻力大大減小。暖風器旋轉后如圖3所示。

圖3 暖風器旋轉示意圖

旋轉后的空氣通過暖風器的局部阻力系數計算可由文獻查得公式：

根據風機性能曲線和運行情況，暖風器改造前后額定負荷運行時數據對比情況見表2。

表2 暖風器改造前后數據對比

改造后一次風暖風器壓降減少340Pa，二次風暖風器壓降分別減少116Pa和63Pa，各風機電流共減少49A，合計功率降低294kW，廠用電率降低顯著。按機組暖風器停運3 000h計算，全年節電88.2萬kW。一次風機出口壓力降低同時也降低了冷渣器流化風和外置床——爐膛煙道流化風的節流損失。

4 其他改造措施

此次暖風器改造同時還要解決管束結冰、暖風器受熱膨脹等問題。

避免結冰可以用橢圓管束代替原傳熱管束，因為由于截面大, 管子里只有很小的部分充有凝結水, 管子的其它部分充滿蒸汽。每根管子的整個長度上凝結水和蒸汽都保持接觸, 這樣結冰就不容易發生, 而且把凝結水發生過冷的可能降到最低。

解決熱膨脹問題的關鍵在于在結構上要有吸收上述兩種熱脹冷縮現象的結構措施。對于整體熱膨脹可以在進汽管和疏水管進出風道時增加一個垂直彎頭，利用這個彎頭吸收整體膨脹。對于內部膨脹需改進傳熱管束連接方式。

5 結束語

暖風器改造完成后，管道腐蝕、泄露，疏水結冰、暖風器受熱膨脹等問題得到很好解決，停運期間暖風器阻力顯著下降，有效降低一二次風機電耗。機組投運后，廠用電率降低了約0.049%，經濟效益明顯。

綜上所述，鍋爐暖風器系統合理設計以及日常維護非常重要，關系到系統和設備安全可靠運行，更與電廠運行經濟性相關。因此，旋轉式暖風器改造技術在國內火電廠具有一定的推廣應用價值。

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The Discussion and Feasibility Analysis to Steam-air Heater Transformation of 300MW Power Unit

LIAO Guang-ming1，ZHANG Jia-bao2

(1.Shanxi Pingshuo Gangue-fired Power Generation Co., Ltd, Shuozhou 036800,Shanxi Province,China; 2. North China Electric Power University, Baoding 071000, Hebei Province, China)

It effectively avoids the low temperature corrosion in the cold-end of air preheater to install the boiler steam-air heater. But in addition to the extremely cold area, steam-air heater idles for a long time in air duct, that increases the fan consumption. Rotating steam-air heater can overcome these drawbacks. When the steam-air heater is rotating, it doesn't need to shut down the forced draft fan and induced draft fan. At the same time, it puts forward solutions to solve the problem such as leakage, blocking and icing. In view of the 300MW unit, it puts forward retrofit scheme and a feasibility analysis for steam-air heater. The results show that steam-air heater resistance significantly reduces, the fan power consumption effectively reduces, and economic benefit is obvious during the shutdown time.

Rotating steam-air heater; Expansion; Retrofit; Energy saving

2014-09-10

2014-11-10

廖光明(1974-)，男，工程師，研究方向為空冷系統的在線監測與節能分析。

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.12.008

TU834.1

B

1009-3230(2014)12-0031-04