廖光明，張佳寶

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

300 MW機(jī)組暖風(fēng)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(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036800；2. 華北電力大學(xué)，河北 保定 071000)

裝設(shè)鍋爐暖風(fēng)器有效的避免了空氣預(yù)熱器冷端低溫腐蝕，但除極寒地區(qū)外，暖風(fēng)器作為阻力件長期閑置在風(fēng)道，無謂增大送風(fēng)機(jī)電耗。旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器可以克服這種弊端，將暖風(fēng)器旋轉(zhuǎn)一定角度，過程中不需要停運(yùn)送、引風(fēng)機(jī)，同時提出方案解決在運(yùn)行實(shí)踐中也出現(xiàn)的泄露、堵塞、結(jié)冰等問題。針對某廠300 MW機(jī)組提出暖風(fēng)器改造方案，并進(jìn)行可行性分析，結(jié)果表明停運(yùn)期間暖風(fēng)器阻力顯著下降，有效降低一二次風(fēng)機(jī)電耗，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器；膨脹；改造；節(jié)能降耗

0 引 言

進(jìn)入21世紀(jì)，全球氣候變化，能源緊缺，節(jié)能減排是關(guān)系經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題，是中央確定的我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重大戰(zhàn)略任務(wù)?；痣娦袠I(yè)既是優(yōu)質(zhì)清潔能源的創(chuàng)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(shí)施節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域?；痣姀S降低供電煤耗的一個主要方面就是降低廠用電率，而風(fēng)機(jī)電耗時常用電的一個大戶。固定式暖風(fēng)器技術(shù)已在電廠中應(yīng)用多年，在運(yùn)行實(shí)踐中仍然存在較多問題，其中最主要問題是除極寒冷地區(qū)，大多數(shù)電廠暖風(fēng)器長期閑置，作為阻力件橫置在風(fēng)道，無謂增大送風(fēng)機(jī)電耗。某300 MW機(jī)組根據(jù)設(shè)計(jì)煤種計(jì)算空預(yù)冷端綜合溫度控制在74 ℃，全年投運(yùn)期在每年11月中旬到次年2月末，閑置時間長達(dá)5 600 h。 文中對暖風(fēng)器由固定式改為節(jié)能低阻型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，同時對運(yùn)行中常見問題提出解決方案。

1 固定式暖風(fēng)器常見問題

當(dāng)鍋爐排煙溫度低于煙氣露點(diǎn)時，煙氣中的酸性氣體會在鍋爐尾部凝結(jié)，導(dǎo)致鍋爐尾部受熱面的腐蝕。鍋爐暖風(fēng)器是布置在空氣預(yù)熱器進(jìn)口風(fēng)道中的換熱器，采用暖風(fēng)器后，空氣預(yù)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(fēng)器系統(tǒng)包括暖風(fēng)器本體、疏水系統(tǒng)、閥門、管道等。暖風(fēng)器一般位于送風(fēng)機(jī)入口或送風(fēng)機(jī)出口與空氣預(yù)熱器進(jìn)口之間的管道上。該廠暖風(fēng)器運(yùn)行中主要存在以下問題：

(1)暖風(fēng)器長期停用造成管道腐蝕，導(dǎo)致暖風(fēng)器運(yùn)行時疏水水質(zhì)太差，無法回收利用，只能將疏水直接排入疏水?dāng)U容器，造成水資源浪費(fèi)。

(2)泄漏。暖風(fēng)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(yùn)后也易發(fā)生泄漏。

另外這個廠與國內(nèi)其他電廠暖風(fēng)器運(yùn)行中共同存在的問題有：

(1)疏水結(jié)冰。該電廠所處位置冬季極端低溫可達(dá)-29 ℃，暖風(fēng)器疏水系統(tǒng)易使管束內(nèi)的凝結(jié)水因過冷而結(jié)凍, 使暖風(fēng)器損壞。

(2)受熱膨脹。暖風(fēng)器的熱膨脹有兩種情況，一種是整體熱膨脹，由管內(nèi)工質(zhì)溫度改變引起；另一種是管排間的熱膨脹，主要是由空氣進(jìn)出口溫度不同引起。在以前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)上不能吸收，導(dǎo)致薄弱的焊縫處拉裂，造成泄漏事故。

2 暖風(fēng)器優(yōu)化方案

為避免暖風(fēng)器停運(yùn)時的無謂增加風(fēng)機(jī)電耗的問題，工程人員提出了多種優(yōu)化方案，包括熱風(fēng)再循環(huán)、抽屜式暖風(fēng)器 、旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器等。

鍋爐熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)的流程是：從鍋爐空氣預(yù)熱器空氣出口引出部分熱風(fēng)，加入到送風(fēng)機(jī)入口，與冷空氣混合，使混合后的空氣溫度達(dá)到鍋爐進(jìn)風(fēng)溫度要求后再進(jìn)入鍋爐，系統(tǒng)見圖1。這種方案只適用于環(huán)境溫度較高地區(qū)，且要求燃料含硫量較低、排煙溫度較高。在經(jīng)濟(jì)性和可靠性等方面，熱風(fēng)再循環(huán)與鍋爐暖風(fēng)器相比沒有顯著的優(yōu)越性。

圖1 熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)

抽屜式暖風(fēng)器可以將傳熱管束抽出，在檢修時方便清掃。暖風(fēng)器停運(yùn)時不再放置于風(fēng)道內(nèi)，降低風(fēng)機(jī)電耗。這種暖風(fēng)器經(jīng)濟(jì)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(fēng)器長期放置問題，不易保存。

目前應(yīng)用較多的旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器，這種暖風(fēng)器可在機(jī)組運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)無故障切換，將暖風(fēng)器旋轉(zhuǎn)一定角度，旋轉(zhuǎn)過程中不需要停運(yùn)送、引風(fēng)機(jī)。

比較各方案只有旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器經(jīng)濟(jì)性較好且易于操作。通過改造后可以實(shí)現(xiàn)幾個主要功能。

(1)旋轉(zhuǎn)暖風(fēng)器前后通蒸汽時功效不變，防止因結(jié)露引發(fā)不利影響，保證暖風(fēng)器正常運(yùn)行。

(2)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行過程中的無故障切換，不需要停運(yùn)風(fēng)機(jī)；另外，可作為并聯(lián)風(fēng)機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)平衡的有效手段，有利于調(diào)整風(fēng)機(jī)出力平衡。

在旋轉(zhuǎn)暖風(fēng)器的設(shè)計(jì)和安裝過程中，需要解決一些技術(shù)難點(diǎn)。

(1)暖風(fēng)器受熱面內(nèi)蒸汽和疏水需進(jìn)出風(fēng)道，因此，需解決旋轉(zhuǎn)暖風(fēng)器與風(fēng)道之間的間隙密封問題。

(2)旋轉(zhuǎn)暖風(fēng)器進(jìn)汽管和疏水管與進(jìn)汽聯(lián)箱和疏水聯(lián)箱之間的連接實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能。

(3)旋轉(zhuǎn)暖風(fēng)器在風(fēng)道內(nèi)的布置要避免形成煙氣走廊。

3 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

目前該300 MW機(jī)組采用四分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。空氣預(yù)熱器一次風(fēng)和二次風(fēng)均經(jīng)暖風(fēng)器加熱。兩側(cè)一次風(fēng)交匯經(jīng)暖風(fēng)器加熱后進(jìn)入空氣預(yù)熱器，兩側(cè)二次風(fēng)分別加熱后進(jìn)入空氣預(yù)熱器。一次風(fēng)暖風(fēng)器界面尺寸即風(fēng)道截面尺寸為：3 356×4 920 mm。二次風(fēng)暖風(fēng)器界面尺寸即風(fēng)道截面尺寸為：2 204×2 924 mm。一、二次風(fēng)暖風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)相同，一次暖風(fēng)器由四塊屏組成，二次暖風(fēng)器兩塊屏，呈水平布置，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖2 暖風(fēng)器結(jié)構(gòu)

表1 暖風(fēng)器技術(shù)參數(shù)

改造后在暖風(fēng)器運(yùn)行時，其阻力略微減小。在暖風(fēng)器停運(yùn)期間，可以將暖風(fēng)器旋轉(zhuǎn)90°與風(fēng)道平行，此時阻力大大減小。暖風(fēng)器旋轉(zhuǎn)后如圖3所示。

圖3 暖風(fēng)器旋轉(zhuǎn)示意圖

旋轉(zhuǎn)后的空氣通過暖風(fēng)器的局部阻力系數(shù)計(jì)算可由文獻(xiàn)查得公式：

根據(jù)風(fēng)機(jī)性能曲線和運(yùn)行情況，暖風(fēng)器改造前后額定負(fù)荷運(yùn)行時數(shù)據(jù)對比情況見表2。

表2 暖風(fēng)器改造前后數(shù)據(jù)對比

改造后一次風(fēng)暖風(fēng)器壓降減少340Pa，二次風(fēng)暖風(fēng)器壓降分別減少116Pa和63Pa，各風(fēng)機(jī)電流共減少49A，合計(jì)功率降低294kW，廠用電率降低顯著。按機(jī)組暖風(fēng)器停運(yùn)3 000h計(jì)算，全年節(jié)電88.2萬kW。一次風(fēng)機(jī)出口壓力降低同時也降低了冷渣器流化風(fēng)和外置床——爐膛煙道流化風(fēng)的節(jié)流損失。

4 其他改造措施

此次暖風(fēng)器改造同時還要解決管束結(jié)冰、暖風(fēng)器受熱膨脹等問題。

避免結(jié)冰可以用橢圓管束代替原傳熱管束，因?yàn)橛捎诮孛娲? 管子里只有很小的部分充有凝結(jié)水, 管子的其它部分充滿蒸汽。每根管子的整個長度上凝結(jié)水和蒸汽都保持接觸, 這樣結(jié)冰就不容易發(fā)生, 而且把凝結(jié)水發(fā)生過冷的可能降到最低。

解決熱膨脹問題的關(guān)鍵在于在結(jié)構(gòu)上要有吸收上述兩種熱脹冷縮現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)措施。對于整體熱膨脹可以在進(jìn)汽管和疏水管進(jìn)出風(fēng)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(nèi)部膨脹需改進(jìn)傳熱管束連接方式。

5 結(jié)束語

暖風(fēng)器改造完成后，管道腐蝕、泄露，疏水結(jié)冰、暖風(fēng)器受熱膨脹等問題得到很好解決，停運(yùn)期間暖風(fēng)器阻力顯著下降，有效降低一二次風(fēng)機(jī)電耗。機(jī)組投運(yùn)后，廠用電率降低了約0.049%，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

綜上所述，鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)以及日常維護(hù)非常重要，關(guān)系到系統(tǒng)和設(shè)備安全可靠運(yùn)行，更與電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性相關(guān)。因此，旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器改造技術(shù)在國內(nèi)火電廠具有一定的推廣應(yīng)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?yàn)榭绽湎到y(tǒng)的在線監(jiān)測與節(jié)能分析。

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.12.008

TU834.1

B

1009-3230(2014)12-0031-04