新型電站鍋爐暖風器系統(tǒng)優(yōu)化分析

田 鑫，胡 清，孫少鵬，朱文中，王光培

(1.華電電力科學研究院，杭州 310030; 2.杭州華電能源工程有限公司，杭州 310030)

新型電站鍋爐暖風器系統(tǒng)優(yōu)化分析

田 鑫1,2，胡 清1,2，孫少鵬1,2，朱文中1,2，王光培1,2

(1.華電電力科學研究院，杭州 310030; 2.杭州華電能源工程有限公司，杭州 310030)

文章從空氣預熱器的運行特性出發(fā)，分析介紹了前置式液相介質空氣預熱器、前置式液相介質空氣預熱器與低壓省煤器的組合系統(tǒng)、新型電站鍋爐暖風器系統(tǒng)的運行特性，并對這三種系統(tǒng)進行了對比分析。得出以下結論：新型電站鍋爐暖風器系統(tǒng)冬季工況下可作為暖風器使用，防止空預器出現積灰及低溫腐蝕問題，且可部分回收煙氣余熱，夏季工況下則可實現煙氣余熱的深度回收；控制合理的熱媒水流量，系統(tǒng)不存在低溫腐蝕問題。

空氣預熱器；前置式；新型電站鍋爐暖風器系統(tǒng)；煙氣余熱回收；低溫腐蝕

0 引 言

空氣預熱器是將鍋爐尾部的煙氣預熱進入鍋爐前的空氣的熱交換器。其主要作用是利用煙氣熱量加熱進入鍋爐的空氣，以提高鍋爐換熱效率，降低鍋爐的能量消耗[1]。空氣預熱器的運行效果對機組的安全穩(wěn)定運行具有重大影響。

但由于空預器進口為常溫空氣，其風溫較低，由此帶來換熱器的運壁溫很低，換熱器易出現低溫酸腐蝕以及堵灰等問題，帶來運行阻力增大、風機功率增大等問題，最終導致廠用電增加，系統(tǒng)的熱經濟性降低。這些問題在燃用劣質煤種及高灰分的煤種時尤為嚴重，大大降低鍋爐負荷、縮短空預器的使用壽命，對電廠鍋爐的安全穩(wěn)定運行帶來重大威脅[2-5]。

為解決空預器存在的的上述運行問題，國內外的很多電廠都為機組配備了暖風器系統(tǒng)。暖風器系統(tǒng)是采用汽輪機抽汽預熱空預器進口空氣，提高空預器的運行溫度，以提高換熱器的運行壁溫，可有效防止空預器的低溫腐蝕和堵灰問題[6]。但根據節(jié)能定量分析理論[7]，暖風器系統(tǒng)采用汽機抽汽加熱空氣雖然可有效防止空預器的低溫腐蝕和堵灰問題，但由于空預器的進口風溫提高，空預器出口溫度也即鍋爐排煙溫度升高，導致鍋爐效率降低。針對以上問題，國內外的專家學者對暖風器做出了很多的改進。

1 前置式液相介質空氣預熱器

前置式液相介質空氣預熱器，系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)由煙氣側受熱面、空氣側受熱面、熱媒水循環(huán)管道、循環(huán)泵及閥門等部件構成，以閉式循環(huán)的熱媒水或其他溶劑作為中間傳熱媒介，將鍋爐尾部排煙余熱轉移至空預器入口空氣側，該系統(tǒng)采用全年運行的方式[8-10]。

圖1 前置式液相介質空氣預熱器

目前，在工業(yè)鍋爐中，已有設置前置式空氣預熱器來提高機組效率、穩(wěn)定鍋爐燃燒的應用案例[11]。同時在火力發(fā)電廠煙氣余熱的深度回收利用領域，國際上也使用了前置式空氣預熱器。德國Niederaussem電廠K號機組[12]布置了一級前置式空氣預熱器，利用除塵器后的低溫煙氣預熱空預器入口的低溫空氣，并在空預器旁路煙道設置高溫省煤器利用鍋爐的高溫煙氣加熱機組回熱系統(tǒng)高加凝結水，實現機組供電標煤耗下降7g/(kW.h)的目的，節(jié)能效益顯著。德國Mehrum電站的712 MW煙煤燃用機組則在脫硫塔進口布置了一級前置式空氣預熱器，利用煙氣余熱加熱空預器入口的一、二次冷風[13]。但該系統(tǒng)在夏季進口風溫較高的工況下，若繼續(xù)運行前置式液相介質空氣預熱器，對全廠熱效率的貢獻會有較大的降低，導致機組的熱經濟性變差。

2 前置式液相介質空氣預熱器與低壓省煤器的組合系統(tǒng)

針對前置式液相介質空氣預熱器夏季工況經濟性較差的問題，山東大學的陸萬鵬、孫奉仲等[14-15]人提出了一種前置式液相介質空氣預熱器與低壓省煤器的組合系統(tǒng)，系統(tǒng)如圖2所示。該系統(tǒng)的中間熱媒介質通常為閉式循環(huán)水，系統(tǒng)包含煙氣側受熱面和空氣側受熱面，并與機組回熱系統(tǒng)并聯連接。在需要暖風器時段，系統(tǒng)以前置式空預器方式運行，通過空預器進風回收煙氣余熱；在不需要暖風器時段，系統(tǒng)以低壓省煤器方式運行時，通過回熱系統(tǒng)的凝結水回收鍋爐尾部煙氣余熱，排擠汽機的低加抽汽，進入汽輪機做功，提高機組做功量，提高全廠熱效率。

圖2 前置式液相介質空氣預熱器與低壓省煤器組合系統(tǒng)

系統(tǒng)克服了在不需要暖風階段，前置式液相介質空氣預熱器經濟性較差的缺陷，但由于系統(tǒng)采用金屬材質的煙氣換熱器，因此換熱器的運行受到壁溫的限制；另外，由于換熱器的設計必須匹配暖風器的運行特性，因此在不需要暖風階段，低壓省煤器的運行存在著煙氣余熱回收力度有限、無法實現深度回收的問題。

3 新型電站鍋爐暖風器系統(tǒng)

綜合分析以上前置式液相介質空氣預熱器存在的問題，并結合國內外專家學者在氟塑料換熱器領域的研究成果[16-17]，文章提出一種新型電站鍋爐暖風器系統(tǒng)，系統(tǒng)如圖3所示。該系統(tǒng)主要包含低壓省煤器、氟塑料換熱器以及空氣側換熱器共三組換熱器，其中：低壓省煤器布置在空預器和除塵器之間，通過熱媒水(凝結水或熱網水)回收煙氣余熱；氟塑料換熱器布置在除塵器和脫硫塔之間，通過熱媒水深度回收煙氣中的余熱，回收的煙氣余熱可回到系統(tǒng)的凝結水或熱網水中，在冬季工況下也可用于加熱空預器進口低溫空氣；空氣側換熱器布置在空預器進風管道上，空氣側換熱器的熱媒水進回水管道與氟塑料換熱器相連接。

圖3 新型電站鍋爐暖風器系統(tǒng)

在空預器進口空氣溫度較低需要暖風的季節(jié)，關閉氟塑料換熱器與低壓省煤器的連接閥門，氟塑料換熱器與低壓省煤器單獨運行，氟塑料換熱器中的熱媒水吸收脫硫塔入口煙氣余熱后，進入暖風器，加熱空預器進口空氣，提供空預器進口風溫；低壓省煤器則吸收空預器出口煙溫的余熱，排擠低加或供暖抽汽，增加機組的做功量，提高機組效率。

在空預器進口空氣溫度較高不需要暖風的季節(jié)，關閉氟塑料換熱器與暖風器相連的閥門，熱媒水依次經過氟塑料換熱器、低壓省煤器，回收煙氣余熱回到機組的凝結水或熱網水中，實現煙氣余熱的深度回收。

系統(tǒng)不僅可以降低除塵器入口及脫硫塔入口的煙氣溫度，實現煙氣余熱的深度回收，還可提高除塵器的除塵效率， 節(jié)約脫硫系統(tǒng)的減溫水補水量；在需要暖風的季節(jié)，還可以利用煙氣余熱加熱空預器的進風，防止空預器出現低溫腐蝕、積灰等問題，降低空預器運行過程中的損失。此外，通過控制流經低壓省煤器的熱媒水流量，保證低壓省煤器出口煙溫始終高于酸露點溫度，確保換熱器不受到低溫酸腐蝕問題；同時，該系統(tǒng)布置在脫硫塔前的換熱器為氟塑料換熱管材質，因此在實現煙氣余熱深度回收的同時，換熱器不存在低溫腐蝕問題，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。

4 綜合對比分析

以上論述分析了前置式液相介質空氣預熱器的特性，并對其與低壓省煤器組合的系統(tǒng)進行了介紹，還提出了一種新型電站鍋爐暖風器系統(tǒng)。結合系統(tǒng)的結構特點、運行特點等條件，三種系統(tǒng)的對比分析結果見表1。

表1 三種系統(tǒng)的對比分析

通過表1的對比分析可知：相比于前置式液相介質空氣預熱器及其與低壓省煤器的組合系統(tǒng)，新型電站鍋爐暖風器系統(tǒng)冬季可作為暖風器使用，防止空預器出現積灰及低溫腐蝕問題，低壓省煤器則可部分回收煙氣余熱；夏季工況下，低壓省煤器則與氟塑料換熱器串聯運行，實現煙氣余熱的深度回收；另外，合理地控制流經低壓省煤器的熱媒水流量，保證低壓省煤器不存在低溫腐蝕問題，氟塑料換熱器則完全避免了換熱器的低溫腐蝕問題。

5 結束語

文章從空預器的運行特性出發(fā)，分析介紹了前置式液相介質空氣預熱器及其與低壓省煤器的組合系統(tǒng)的運行特性，并提出了一種新型電站鍋爐暖風器系統(tǒng)。通過對比分析，得出以下結論：

(1)新型電站鍋爐暖風器系統(tǒng)冬季工況下可作為暖風器使用，防止空預器出現積灰及低溫腐蝕問題，且可部分回收煙氣余熱，夏季工況下則可實現煙氣余熱的深度回收。

(2)控制合理的熱媒水流量，可保證低壓省煤器不存在低溫腐蝕問題，氟塑料換熱器則不存在低溫腐蝕問題。

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The Optimization Analysis of the New System of the Air Heaterin the Utility Boiler

TIAN Xin1,2, HU Qing1,2, SUN Shao-peng1,2, ZHU Wen-zhong1,2, WANG Guang-pei1,2

(1. Huadian Electric Power Research Institute, Hangzhou 310030, China;2. Hangzhou Huadian Energy Engineering Institute, Hangzhou 310030, China)

From the operating characteristics of the air preheater, this article introduced and analyzed the operating characteristics of the front-loading air preheater with liquid mediator and the combined system with the low pressure coal feeder, and the new system of the air heater in the utility boiler. The characteristics of these three systems were analyzed comparatively. The results showed that: during the winter condition, the new system about the air heater in the utility boiler could be used as the air heater, preventing the air preheater from the low temprature corrision, meanwhile the new system can recovery the fuel gas heat; during the summer condition, the new system can achieve the deeply heat recovery of the fuel gas. Viaing the flow rate control of the medium water, the system has no low temprature corrision problem.

Air preheater; Front-loading; New system of the air heater in the utility boiler; Fuel gas heat recovery; Low temprature corrision

2015-04-28

2015-05-11

田鑫(1979-)，男，博士研究生，畢業(yè)于重慶大學動力工程學院，工程熱物理專業(yè)。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.06.007

TK229.3

B

1009-3230(2015)06-0032-04