華能大連電廠4號機組空氣預熱器優化改造

張 偉，李明輝，王 博

（華能國際電力股份有限公司大連電廠，遼寧 大連 116100）

華能大連電廠4號機組空氣預熱器優化改造

張 偉，李明輝，王 博

（華能國際電力股份有限公司大連電廠，遼寧 大連 116100）

以華能大連電廠4號機組的空氣預熱器為例，從降低預熱器整體運行阻力的角度，提出了通過重新布局換熱元件，降低空氣預熱器漏風率進而提升鍋爐熱效率的優化改造方案。實踐證明，優化改造效果明顯，可供類似機組空氣預熱器的優化改造參考。

鍋爐；空氣預熱器；換熱元件；漏風率

為了提高大型電站鍋爐的熱效率，空氣預熱器被廣泛應用在大功率機組中。對于功率重復350 MW重復的鍋爐，通常采用結構緊湊，傳熱面密度、質量較輕且低溫腐蝕不嚴重的回轉式空氣預熱器作為尾部換熱設備?；剞D式空氣預熱器由于其自身固有的特性漏風量較大，會隨著使用時間以及工況環境的變化被逐步放大，甚至影響整個機組的經濟性和可靠性，因此該問題一直為各電廠提高經濟效益需要解決的關鍵點。

華能大連電廠4號機組的空氣預熱器采用容克式三分倉回轉式，原始設計中未加裝二次密封，也未安裝氣隙控制系統，在長時間運行狀況下，其密封性能下降、轉動部件之間摩擦加大。此外，煙氣長時間接觸空氣預熱器的換熱元件后，會產生伴有腐蝕性的粘聚積灰，尤其當鍋爐使用含硫量較高的燃煤時，對回轉式空氣預熱器內金屬表面會造成腐蝕，冷端熱交換層特別明顯。腐蝕和積灰嚴重影響了換熱效率，且難以清除，增加了空氣預熱器轉子的運行阻力，進而增大漏風率。根據2015年4月對其進行的漏風率測定，在350 MW負荷下漏風率已經超過10%。

這2種情況不但降低鍋爐的整體效率、增加風機的耗電量，也嚴重影響鍋爐正常工作。為了降低漏風率，提高機組效率，針對華能大連電廠4號鍋爐空氣預熱器進行優化改造。

1 原理分析及改造方案

回轉式空氣預熱器漏風率高是由其自身特點所決定的，整體機構分為動、靜2個部分，各倉室之間密封不良，存在間隙。由于從鍋爐排出的煙氣壓力高于自上而下的空氣壓力，這個壓力差和空氣預熱器自身的密封間隙，造成漏風。該漏風根據形成原因不同被分為直接漏風和結構漏風（攜帶漏風）2部分。前者占主要部分，由2個倉室之間的壓力差作為動力，通過密封系統的縫隙，產生漏風；后者則是由自身構造引起的。結構漏風量的計算公式為

式中D——轉子直徑，m；

d——中心軸直徑，m；

n——轉子旋轉速度，r／min；

y——轉子內換熱元件所占容比，%；

H——轉子高度，m。

對于這類空氣預熱器而言，結構漏風可看做是自身特點，也是自身缺點，并且是不可避免的。通過該渠道造成的漏風一般僅占總漏風量的5%，份額很少。而且當空氣預熱器部分施工完成后，該漏風量不隨著時間而變化，可認為是不變的。直接漏風量會隨著空氣預熱器的長時間運行變得愈為嚴重，其計算公式如下：

式中 Δp——進風空氣氣道與煙氣氣道的壓差，kPa；

ρ——空氣預熱器內平均氣體密度，kg／m3；

K——空氣預熱器泄漏系數；

F——間隙面積，m2。

根據式（2）可以得到如下結論：漏風率與泄漏系數K、間隙面積F、空氣與煙氣的壓力差ΔP的平方根成正比，要降低漏風量，就必須減小K，F，Δp值。

其中Δp是直接漏風的主要因素，由于回轉式空氣預熱器本身分為靜、動2個部分，為了便于動轉子的機械轉動，2個部分之間必留有間隙，因此氣體會在Δp的壓力下，壓力高的一側會向低壓側和煙氣側漏風，而其它3個變量基本上對于同1臺空氣預熱器是常量。

容克式空氣預熱器直接漏風的主要區域如下：轉子上部熱端徑向密封片和扇形板之間；轉子側面軸向密封片和軸向圓弧板之間；轉子下部冷端徑向密封片和扇形板之間；轉子中心筒上下固定密封盤和中心密封片之間；扇形板和軸向圓弧板側面和兩端的靜密封區域；轉子上、下部T字鋼和旁路密封片之間（煙、空氣旁通）。

對于華能大連電廠4號鍋爐空氣預熱器情況，要保證其快速實現正常生產，最有效的辦法就是減小空氣側與煙氣側的壓力差。因此，此次空氣預熱器采用的優化方案如下：

a.將3層布置的換熱元件改為2層，通過優化換熱元件結構，一方面保證交換效率；另一方面，優化空氣動力機構，使空氣阻力減小，從而減小2個氣道之間的壓力差；

b.采用濕法噴涂工藝冷端換熱元件，采用符合EN10209標準的脫碳鋼作為金屬基材，鍍層為進口搪瓷釉料，能有效減少低溫腐蝕和粘聚積灰；

c.對必要的密封原件加以更換。

2 改造效果評估及分析

2.1 測算公式

鍋爐熱效率試驗的測定以入爐煤低位發熱量為基準，采用反平衡法計算各項熱損失［1］。計算公式如下：

式中q2——排煙熱損失比例，%；

q3——未完全燃燒可燃氣體熱損失比例，%；

q4——未完全燃燒固體熱損失比例，%；

q5——鍋爐散熱損失比例，%；

q6——殘留灰渣物理熱損失比例，%。

在鍋爐試驗期間，送風溫度、給水溫度以及燃料自身特性會偏離其對應的設計值，因此對鍋爐的熱效率測量值進行修正。

溫度偏差對排煙溫度的修正公式如下：

式中—排煙溫度，℃；

——設計送風溫度，℃；

——低溫段進口煙氣溫度，℃；

——實測排煙溫度，℃；

——實測基準溫度，℃。

給水溫度偏差對排煙溫度的修正公式如下：

式中θ′sm——省煤器入口煙氣溫度，℃；

θ″sm——省煤器出口煙氣溫度，℃；

t′k——進入空氣預熱器實測空氣溫度，℃；

θ′ky——進入空氣預熱器煙氣溫度，℃；

——實際給水溫度，℃；

——設計給水溫度，℃。

當實際給水溫度與設計值偏差在10℃以內，可以考慮不予修正，本試驗小于10℃的偏差未予修正。

整個鍋爐燃煤機組試驗發電煤耗計算公式如下：

式中bf——發電煤耗，g／kWh；

HRt——汽輪機熱耗率，kJ／kWh；

ηgl——鍋爐效率，%；

hgd——管道效率，%。

另有供電煤耗與廠用電率關系如下：

式中bg——供電煤耗，g／kWh；

ec——廠用電率，%。

空氣預熱器漏風率測試是與350 MW負荷下鍋爐熱效率試驗同時進行的。對于煙氣的組分，采用網格法進行測定，試驗位置取空氣預熱器入口以及出口煙道，采樣周期為15 min，每次采樣檢驗煙氣中的O2、RO2和CO含量。

根據ASMEPTC4.3，該試驗漏風率按下面公式計算：

式中AL——漏風率，%；

WG14——煙氣氣道中入口濕煙氣量，kg／kg；

WG15——煙氣氣道中出口濕煙氣量，kg／kg。

2.2 鍋爐效率試驗分析

4號機組鍋爐熱效率對比如表1所示，μ0表示機組熱效率，T1表示修正后排煙溫度，μ1表示機組修正熱效率。

表1 4號機組鍋爐熱效率對比

通過表1，得到如下結論。

a.該機組工作負荷為350 MW時，經改造后鍋爐機組熱效率為94.18%，經換算、修正計算后熱效率為93.91%，與改造前熱效率93.89%相比，提高了0.02%。

b.該機組工作負荷為280 MW時，經改造后鍋爐機組熱效率為93.94%，經換算、修正計算后熱效率為93.95%，與改造前熱效率93.89%相比，提高了0.07%。

c.該機組工作負荷為210 MW時，經改造后鍋爐機組熱效率為93.66%，經換算、修正計算后熱效率為93.68%，與改造前熱效率93.42%相比，提高了0.26%。

與改造前的3種負荷狀態下鍋爐效率平均值相比，經過升級后，鍋爐的熱效率平均提高了0.12%。比較表中q2、q3、q4、q5可以看出，升級后的鍋爐機組熱效率損失主要為排煙熱損失q2，該結果進一步驗證了本次優化改造是提升鍋爐熱效率的主要因素。

3 空氣預熱器漏風試驗結果

根據對空氣預熱器氣道入口的煙氣量進行檢測以及式（8）的計算，能夠得到表2所示的漏風率情況。A、B空氣預熱器經過改造后，A側預熱器漏風率為4.418%，B側漏風率為4.626%；兩側的預熱器平均漏風率為4.522%，與改造前相比，漏風率降低了5.488%。

表2 空氣預熱器漏風率對比

空氣預熱器壓力變化如表3所示，經過升級、改造后的空氣預熱器風機出口的一、二次風壓降低，這是由于將換熱層從3層改為2層后預熱器整體阻力變小。根據式（2）可知，漏風率也隨著一、二次風壓的降低而減小。另外，冷端元件的更換，使得2層換熱器更不容易積累灰塵，對降低預熱器的整體阻力有所幫助［2－5］。

表3 空氣預熱器壓力變化 kPa

4 結束語

漏風量大、旋轉部件空氣阻力大是回轉式空氣預熱器在各電廠鍋爐機組運行中存在的常見問題。從華能大連電廠4號鍋爐空氣預熱器升級改造的試驗結果來看，優化改造方案達到了預期效果，相比增加密封層而言，其可靠性更高，易損元件較少，為電廠提高效率提供有效解決方案，可為其它電廠提供借鑒。

［1］張永德，段鐵成，邱愛玲.淺談回轉式空氣預熱器漏風控制［J］.東北電力技術，2000，21（8）：2－5.

［2］綦明明，肖 靜，冷 杰，等.600 MW亞臨界機組綜合升級改造后鍋爐性能探討［J］.東北電力技術，2014，35（11）：19－21.

［3］羅江勇，呂新樂，韓 琪.超臨界鍋爐脫硝改造后空預器吹灰器異常分析［J］.東北電力技術，2015，36（7）：29－32.

［4］吳景興，徐憲斌.三分倉回轉式空氣預熱器漏風治理［J］.東北電力技術，2002，23（5）：35－37.

［5］馬金鳳，吳景興，韓志華.回轉式空氣預熱器漏風綜合治理［J］.東北電力技術，2001，22（11）：1－4.

Optimizing Transformation on Air Preheater of No.4 Boiler for Huaneng Dalian Power Plant

ZHANG Wei，LI Ming?hui，WANG Bo
（Huaneng Power Inc.Dalian Power Plant，Dalian，Liaoning 116100，China）

The air preheater of boiler No.4 unit in Huaneng Dalian power plant is taken as the research object in this study.From lower preheat?er overall running resistance angles，reducing the optimization of air preheater leakage rate and improving the thermal efficien?cy of the boiler are presented through the relayout.Facts show that the optimization effect is obvious.The results offer a reference to optimize the transformation of similar units for air preheater.

Boiler；Air preheater；Heat exchanger component；Leakage rate

TK264

A

1004－7913（2016）06－0049－04

張 偉（1975—），男，碩士，工程師，研究方向為火力發電機系統及其控制。

2016－02－18）