余熱利用暖風器技術在燃煤電廠的應用研究

黃志成

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

我國北方地區環境溫度相對較低，燃煤鍋爐啟動、低負荷運行及冬季運行時，容易引起空預器冷端腐蝕和堵塞現象，為減輕此現象，需要提高空預器進口風溫。目前能夠提高空預器進口風溫的技術主要有蒸汽暖風器、熱風再循環加熱。蒸汽暖風器熱源是輔助蒸汽，優點是調節靈活、隨時投運，缺點是輔汽耗汽量大、提高鍋爐排煙溫度而降低鍋爐效率。熱風再循環加熱熱源是空預器出口熱空氣，優點是投資費低、系統簡單，缺點是增加送風機能耗、特殊工況達不到空預器進風溫度要求。通過分析傳統暖風器的優缺點，擇優杜缺，借鑒MGGH技術特點，將余熱利用技術與暖風器技術有機結合，配備相應的輔助系統，形成一種新型的余熱利用暖風器技術。

本文以甘肅常樂電廠1000MW機組為應用研究對象，介紹余熱利用暖風器技術的工作原理和系統構成，其作為一種基于熱媒體為載體的煙氣余熱利用氣氣換熱裝置，是余熱利用技術和暖風器技術有機結合的新技術，擁有調節靈活，隨時投運、系統簡單、提高鍋爐效率等傳統暖風器的優點，也擁有降低鍋爐排煙溫度、提高電除塵器除塵效率、降低脫硫水耗等低低溫電除塵器的優點。在減輕空預器冷端腐蝕和堵灰現象的同時提高了鍋爐效率以及電除塵的除塵效率，達到節能減排作用，實現較好的經濟和環保效率，可以作為超低排放技術進行推廣，具有廣闊的發展前景。

1 余熱利用暖風器技術的系統概述

余熱利用暖風器是由余熱利用裝置、一次風暖風器、二次風暖風器、熱媒水循環系統、穩壓膨脹系統、輔助蒸汽加熱系統、吹灰系統、補水系統、電控系統以及其他相應輔助系統組成。

余熱利用暖風器系統是一個閉式循環系統，余熱利用裝置和暖風器之間的中間傳熱媒介為除鹽水。除鹽水水源自帶壓力通過補水管道進入膨脹水箱，然后進入循環管路系統，循環管路系統中的空氣被除鹽水排擠后通過排氣閥排除管路，直至充滿整個系統。待膨脹水箱達到一定液位時，啟動熱媒水循環泵，除鹽水經熱媒水循環泵升壓后進入余熱利用裝置吸收熱煙氣余熱，加熱后的除鹽水通過循環管道進入一、二次風暖風器，釋放熱量，加熱空預器進口空氣，經一、二次風暖風器冷卻后的除鹽水，再通過循環管道回到熱媒水循環泵入口。

在設計工況下，通過除鹽水的一吸一放，余熱利用裝置可將煙氣溫度從125℃降至85℃，吸收的熱量滿足將一、二次風暖風器的出口空氣溫度從-9.5/8.8/24.4℃對應升至46/65/80℃的設計要求。但在低負荷等工況或者機組開啟期間時，余熱利用裝置回收的熱量無法滿足一、二次風暖風器的設計要求時，需開啟輔助蒸汽加熱系統，將經余熱利用裝置加熱后的除鹽水進一步加熱，以保證一、二次風暖風器出口空氣溫度達到設計要求。甘肅常樂項目的余熱利用暖風器技術工藝流程圖如圖1所示。

圖1 余熱利用暖風器技術工藝流程圖

2 余熱利用暖風器技術的設置方案

甘肅常樂電廠1000MW機組項目為1、2號兩臺爐，工程系新建性質，每臺爐配置一套余熱利用暖風器，同步建設脫硫、脫硝、除塵設施。余熱利用暖風器相關設計參數如表1所示。

2.1 余熱利用裝置

余熱利用裝置布置在電除塵器前、空氣預熱器后的水平煙道上，一臺爐配置6套余熱利用裝置。其受熱面由模塊式的H型翅片蛇形管組成，通過回收電除塵器前的煙氣熱量來提供一、二次風暖風器熱源。同時降低電除塵器進口煙氣溫度，減少電除塵器處理的煙氣量，降低煙氣粉塵比電阻，極大提高了除塵器效率。下游設備吸收塔進口煙氣溫度也隨著降低，這樣可以降低塔內對防腐的工藝技術要求，降低了脫硫水耗。余熱利用裝置總平圖如圖2所示。

表1 余熱利用暖風器相關設計參數

圖2 余熱利用裝置總平圖

2.2 一、二次風暖風器

一、二次風暖風器分別布置在一、二次風送風機出口的豎直風道上，一臺爐各配置2套一、二次風暖風器。其受熱面由模塊式的鋼鋁復合螺旋翅片蛇形管組成，通過利用余熱利用裝置回收的熱量作為熱源，對一、二次風進行加熱，提高空預器空氣溫度，減輕空預器冷端腐蝕和堵灰現象，節約能耗，提高了鍋爐效率。一、二次風暖風器總平圖如圖3所示。

圖3 一、二次風暖風器總平圖

2.3 熱媒水循環系統

由熱媒水循環泵組、循環水管道、電動閥門、手動閥門等形成封閉式的熱媒水循環系統。由熱媒水循環泵提供動力，使中間傳熱媒介除鹽水在管路里形成閉式循環水路，達到熱量傳輸的效果。熱媒水循環泵采用變頻調節，控制循環管路里的循環水量，以此來控制煙溫。

2.4 穩壓膨脹系統

由膨脹水箱、液位計及其配套儀表、管路、電動閥門、手動閥門等組成，用于吸收管路內循環水的體積膨脹量，保持系統管路內壓力的穩定。膨脹水箱需布置在整個余熱利用暖風器系統的最高點，通過膨脹水箱的儲水和液位計的監控，可以補充管路內的水量并控制水位，也可以通過水位的變化來判斷，換熱管是否有泄漏。

2.5 輔助蒸汽加熱系統

由輔助蒸汽加熱器、液位計及其配套儀表、管路、電動閥門、手動閥門等組成。當余熱利用裝置回收熱量不足時（啟動工況、低負荷工況、冬季工況、事故工況），通過輔助蒸汽加熱循環水，補足熱量，保證一、二次風暖風器出口空氣溫度達到設計要求。

2.6 吹灰系統

由蒸汽吹灰器及其配套的儀表、管路、電動閥門、手動閥門等組成。用于余熱利用裝置受熱面的清灰、除垢，降低系統阻力，保證換熱效果。根據吹灰器的運行環境，為達到清潔換熱面的效果，以達到預期的換熱效率，選用半伸縮式蒸汽吹灰器。蒸汽吹灰器噴吹前，須通過疏水電動閘閥強制疏水，當疏水溫度達到一定值時，需保證疏水干凈，才能啟動蒸汽吹灰器進行吹灰。

2.7 補水系統

由電動閘閥、管路、手動閥門等組成，使除鹽水能進入熱媒水循環系統，保證能順利充水或補水。

2.8 電控系統

由溫度元件、變送器、電動閥門、水泵、變頻柜、DCS柜等電氣熱控設備組成。用于控制整個余熱利用暖風器系統，保證余熱利用暖風器系統的穩定運行，控制方式分為自動或手動。

3 余熱利用暖風器技術的可行性分析

3.1 提高電除塵器除塵效率，滿足環保要求

甘肅常樂電廠配套的余熱利用裝置是布置在電除塵器之前，將煙氣溫度從125℃降至85℃，可滿足低低溫電除塵工藝要求。低低溫電除塵工藝在國內已經有很好的運行業績，效果良好。煙氣溫度的下降，減小了進入電除塵器的煙氣量，從而減小電場風速，增大了電場擊穿電壓；煙氣溫度的下降，降低了進入電除塵器的煙氣粉塵比電阻，從而提高粉塵的荷電性能；煙氣溫度的下降，加大了SO3去除率，SO3去除率可達到95%；煙氣溫度的下降，下游設備吸收塔進口煙氣溫度也隨著下降，這樣可以降低塔內對防腐的工藝技術要求，降低了脫硫水耗。可見煙氣溫度下降到一定程度，滿足低低溫除塵工藝要求后，極大提高了電除塵器除塵效率，滿足環保要求，同時降低了脫硫水耗，SO3的大部分去除，也保護下游設備的不發生低溫腐蝕。

3.2 減輕空預器腐蝕和堵灰現象，節約能耗，提高鍋爐運行效率

新型的余熱利用暖風器，其借鑒了MGGH相關技術優點，調節靈活，隨時投運，通過熱媒水循環系統等相關輔助系統的中間搭橋，有機結合了余熱利用裝置和暖風器，通過余熱利用裝置回收的熱量來加熱一、二次風，將空預器進口空氣溫度從 -9.5/8.8/24.4℃對應升至 46/65/80℃，基本可以解決空預器冷端腐蝕和堵灰現象的問題。同時提高空預器出口空氣溫度，節約能耗，提高鍋爐運行效率。

3.3 防止磨損的技術措施

由于余熱利用裝置布置在電除塵器前，受熱面處在高粉塵沖刷的惡劣環境下，氣流分布不均勻，煙氣偏流，容易造成受熱面內部積灰和磨損等影響設備使用壽命的問題。為保證受熱面換熱管的壽命，在全部受熱面換熱管迎風面增加3排防磨管，即假管，起到防磨和導流作用，保護換熱管不被第一時間受到粉塵沖刷，并在迎風面第一排換熱管加裝防磨瓦，提升抗磨性能。其次，可采用 CFD 計算機數值模擬技術，對余熱利用裝置進行氣流分布分析，確保受熱面的煙氣流暢均勻，避免出現局部高風速、高濃度磨損區。余熱利用裝置CFD計算模擬圖如圖4所示。

圖4 余熱利用裝置CFD計算模擬圖

3.4 防止積灰的技術措施

合理控制煙氣流速，受熱面的換熱元件選擇自清灰能力好的H型翅片管，結合對煙氣中飛灰粘污指數分析，可采用不同間距的換熱翅片。吹灰方案采用吹灰能力大、效果好的蒸汽吹灰器，如在低負荷煙氣流速較低以及停機檢修時，可采用輔助蒸汽吹掃方法清除換熱管上殘余積灰。

3.5 防止腐蝕的技術措施

暖風器受熱面處在一個多變環境下，空氣的多變性以及潮濕、成分復雜性，會對普通鋼管造成腐蝕，若采用不銹鋼換熱管，將大大提高投資成本。所以通過對比分析以及材質合理選擇，甘肅常樂電廠項目暖風器受熱面采用鋼鋁復合螺旋翅片管，用鋁包裹鋼管，隔絕了空氣與鋼管接觸機會，防止鋼管腐蝕生銹，甚至穿孔漏水。通過上述分析，余熱利用暖風器技術結合了余熱利用技術和傳統暖風器技術的相關優點，且在完善的技術防護措施下，該技術具有較高的可行性，是值得推廣的新技術。

4 結語

余熱利用暖風器技術作為一種基于熱媒體為載體的煙氣余熱利用氣氣換熱裝置，是余熱利用技術和暖風器技術有機結合的新技術。其結合了余熱利用技術和傳統暖風器技術的相關優點，擇優杜缺，擁有調節靈活，隨時投運、系統簡單、提高鍋爐效率等傳統暖風器的優點，也擁有降低鍋爐排煙溫度、提高電除塵器除塵效率、降低脫硫水耗等低低溫電除塵器的優點。在減輕空氣預熱器冷端腐蝕和堵灰現象的同時也提高了鍋爐效率以及電除塵的除塵效率，達到節能減排作用，實現較好的經濟和環保效率，適用于我國絕大部分燃煤電廠的煙氣治理，是可以作為超低排放技術進行推廣，具有廣闊的發展前景。