330MW燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐空氣預(yù)熱器性能優(yōu)化

戴 禮，姚 杰

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

燃煤發(fā)電是我國目前主要的電力供應(yīng)形勢，2016年其發(fā)電的發(fā)電量占總發(fā)電量的71.6%[1]。空氣預(yù)熱器作為鍋爐重要的輔助設(shè)備，可以將入爐空氣進(jìn)行預(yù)熱，提高整個機(jī)組的運(yùn)行效率[2]。然而在實(shí)際運(yùn)行過程中，空氣預(yù)熱器一般存在漏風(fēng)，積灰堵塞以及腐蝕等問題，增加供電煤耗的同時降低經(jīng)濟(jì)效益，甚至導(dǎo)致機(jī)組無法在高負(fù)荷的條件下穩(wěn)定運(yùn)行[3-4]。

某發(fā)電廠330MW燃煤機(jī)組鍋爐為亞臨界參數(shù)，一次中間再熱、平衡通風(fēng)、前后墻對沖燃燒、單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、煙氣擋板、噴水調(diào)節(jié)再熱汽溫、鍋爐房緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)“Π”型汽包鍋爐，燃用蒲白、澄合貧煤。空氣預(yù)熱器為回轉(zhuǎn)式，受熱面分為高溫段、中溫段和低溫段。鍋爐主要設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

表2 電廠煤質(zhì)特性

表2(續(xù))

1 空氣預(yù)熱器現(xiàn)存問題研究

在330MW負(fù)荷工況下，空氣預(yù)熱器A、B兩側(cè)的傳熱效率分別為0.5820和0.6186,均低于設(shè)計煙氣側(cè)傳熱效率0.6997。對影響由于空氣預(yù)熱器傳熱能力的三個主要因素漏風(fēng)率、阻力以及排煙溫度進(jìn)行測試，找出空氣預(yù)熱器現(xiàn)存問題。

1.1 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率測試

回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器普遍存在漏風(fēng)問題。當(dāng)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)時，大量空氣會通過間隙直接進(jìn)入煙氣管道。引風(fēng)機(jī)抽走直接進(jìn)入的空氣，增大了引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)的電耗，增大排煙熱損失，導(dǎo)致鍋爐效率下降[5-6]。漏風(fēng)嚴(yán)重時，爐膛內(nèi)的送風(fēng)量不足，使得入爐煤份不能完全燃盡，鍋爐系統(tǒng)只能維持在較低負(fù)荷運(yùn)行，甚至?xí)?dǎo)致停爐等事故的發(fā)生。本文在300MW、240MW、165MW三個負(fù)荷工況下進(jìn)行空預(yù)器漏風(fēng)率試驗，結(jié)果見圖1所示。

圖1 三種負(fù)荷下的漏風(fēng)率

空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率隨負(fù)荷減小而增大，三種工況下，AB兩側(cè)的空預(yù)器漏風(fēng)率均高于10%，漏風(fēng)嚴(yán)重。研究表明，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率在6.5%以下，才能達(dá)到煤粉鍋爐的控制水平[7]。

1.2 空氣預(yù)熱器阻力測試

本文在330MW工況下進(jìn)行空預(yù)器阻力測試結(jié)果見表3。

表3 空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)阻力測試

330MW工況下空氣預(yù)熱器A、B兩側(cè)的阻力分別為2060Pa和2091Pa，比設(shè)計值1284Pa分別高776Pa和807Pa，說明空氣預(yù)熱器存在嚴(yán)重的堵灰現(xiàn)象。

1.3 排煙溫度低于煙氣酸露點(diǎn)

當(dāng)鍋爐出口煙氣溫度低于酸露點(diǎn)時，酸蒸氣便會在受熱面上凝結(jié)，造成受熱面的低溫腐蝕[8-9]。

在燃燒煤質(zhì)(收到基碳52.55%，收到基氫2.89%，收到基氧4.24%，收到基氮0.72%，收到基硫2.26%，收到基灰分33.05%，全水分4.30%)，機(jī)組負(fù)荷330MW時，根據(jù)前蘇聯(lián)《鍋爐機(jī)組熱力計算標(biāo)準(zhǔn)方法》(1973年版)計算出煙氣露點(diǎn)溫度為104.72。修正后(試驗期間含硫量最大值為2.87%，過量空氣系數(shù)1.40)112℃。在環(huán)境溫度為24.85℃時，空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度最低為114.3℃。當(dāng)鍋爐負(fù)荷較低、煤種含硫量增大、環(huán)境溫度低于24.85℃時，空氣預(yù)熱器的排煙溫度會低于煙氣酸露點(diǎn)溫度，造成空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕，積灰堵塞，阻力增大，換熱能力下降。

2 空氣預(yù)熱器性能優(yōu)化措施

2.1 空氣預(yù)熱器密封治理

傳統(tǒng)空氣預(yù)熱器密封技術(shù)是采用剛性有間隙密封技術(shù)，在動靜間保持一個最小間隙，達(dá)到漏風(fēng)最小。由于空氣預(yù)熱器的蘑菇狀變形問題，而且這種變形隨負(fù)荷環(huán)境溫度不斷發(fā)生變化，很難達(dá)到一個最佳的動靜之間的間隙值。為了有效的解決空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)嚴(yán)重的問題，將剛性有間隙密封技術(shù)更換為柔性接觸式空預(yù)器密封技術(shù)，可以長期有效控制空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率在5%左右。

2.2 空氣預(yù)熱器蓄熱元件改造

對空氣預(yù)熱器進(jìn)行熱力平衡計算，校核換熱面積。按校核后的換熱面積制作新蓄熱元件，整體更換原有蓄熱元件，增強(qiáng)預(yù)熱器換熱效果，降低排煙溫度。排煙溫度低于酸露點(diǎn)，會產(chǎn)生酸性腐蝕，因此將中溫段和低溫段受熱面合并為一段，冷鍛受熱面涵蓋整個酸蒸氣的生成溫度。采用抗堵塞和腐蝕能力較強(qiáng)的鍍搪瓷材料設(shè)計成高吹灰通透性的大波紋型，如NF型等，提高抗腐蝕能力的同時增強(qiáng)堵塞能力。

3 空氣預(yù)熱器性能優(yōu)化后效果分析

3.1 空氣預(yù)熱器優(yōu)化后漏風(fēng)率測試

如圖2所示，空氣預(yù)熱器優(yōu)化后，漏風(fēng)率最低可達(dá)6.89%，空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率大幅降低。

圖2 空氣預(yù)熱器優(yōu)化前后漏風(fēng)率對比

3.2 空氣預(yù)熱器優(yōu)化后阻力測試

由圖3可知空氣預(yù)熱器改造后A側(cè)阻力為1490Pa，B側(cè)阻力為1530Pa與優(yōu)化前的A側(cè)阻力2060Pa和B側(cè)阻力2091Pa相比，效果明顯。

圖3 空氣預(yù)熱器改造前后阻力對比圖

3.3 排煙溫度

空氣預(yù)熱器優(yōu)化后排煙溫度得到較大降低，在330MW負(fù)荷下修正后的排煙溫度為138.94℃已經(jīng)達(dá)到設(shè)計水平，與修前330MW工況修正后排煙溫度149.87℃，修后排煙溫度降低10.93℃，空氣預(yù)熱器的換熱能力增強(qiáng)。

4 結(jié)論

通過空氣預(yù)熱器的受熱面優(yōu)化調(diào)整，增加蓄熱元件面積，有效降低排煙溫度，降低煤耗。受熱面采用抗堵塞和腐蝕能力較強(qiáng)的鍍搪瓷材料設(shè)計成高吹灰通透性的大波紋型，解決了空氣預(yù)熱器堵灰和腐蝕問題，提高機(jī)組的帶負(fù)荷能力。優(yōu)化調(diào)整后，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，該優(yōu)化方案具有較好的推廣和借鑒價值。