300 MW机组暖风器改造方案探讨及可行性分析

廖光明，张佳宝

(1. 山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 036800；2. 华北电力大学，河北 保定 071000)

300 MW机组暖风器改造方案探讨及可行性分析

廖光明1，张佳宝2

(1. 山西平朔煤矸石发电有限责任公司，山西 朔州 036800；2. 华北电力大学，河北 保定 071000)

装设锅炉暖风器有效的避免了空气预热器冷端低温腐蚀，但除极寒地区外，暖风器作为阻力件长期闲置在风道，无谓增大送风机电耗。旋转式暖风器可以克服这种弊端，将暖风器旋转一定角度，过程中不需要停运送、引风机，同时提出方案解决在运行实践中也出现的泄露、堵塞、结冰等问题。针对某厂300 MW机组提出暖风器改造方案，并进行可行性分析，结果表明停运期间暖风器阻力显著下降，有效降低一二次风机电耗，经济效益明显。

旋转式暖风器；膨胀；改造；节能降耗

0 引 言

进入21世纪，全球气候变化，能源紧缺，节能减排是关系经济社会可持续发展的重大战略问题，是中央确定的我国经济社会发展的重大战略任务。火电行业既是优质清洁能源的创造者，又是一次能源消耗大户和污染排放大户，因而也是国家实施节能减排的重点领域。火电厂降低供电煤耗的一个主要方面就是降低厂用电率，而风机电耗时常用电的一个大户。固定式暖风器技术已在电厂中应用多年，在运行实践中仍然存在较多问题，其中最主要问题是除极寒冷地区，大多数电厂暖风器长期闲置，作为阻力件横置在风道，无谓增大送风机电耗。某300 MW机组根据设计煤种计算空预冷端综合温度控制在74 ℃，全年投运期在每年11月中旬到次年2月末，闲置时间长达5 600 h。 文中对暖风器由固定式改为节能低阻型进行经济性分析，同时对运行中常见问题提出解决方案。

1 固定式暖风器常见问题

当锅炉排烟温度低于烟气露点时，烟气中的酸性气体会在锅炉尾部凝结，导致锅炉尾部受热面的腐蚀。锅炉暖风器是布置在空气预热器进口风道中的换热器，采用暖风器后，空气预热器的传热温差减小，锅炉排烟温度随之升高，可防止锅炉受到低温腐蚀，但对锅炉的热效率也存在一定的影响。锅炉暖风器系统包括暖风器本体、疏水系统、阀门、管道等。暖风器一般位于送风机入口或送风机出口与空气预热器进口之间的管道上。该厂暖风器运行中主要存在以下问题：

(1)暖风器长期停用造成管道腐蚀，导致暖风器运行时疏水水质太差，无法回收利用，只能将疏水直接排入疏水扩容器，造成水资源浪费。

(2)泄漏。暖风器泄漏主要是由于管排间受热不均，频繁的热胀冷缩造成焊缝开裂。长期停用造成管道局部腐蚀，在检修时未做处理，再次投运后也易发生泄漏。

另外这个厂与国内其他电厂暖风器运行中共同存在的问题有：

(1)疏水结冰。该电厂所处位置冬季极端低温可达-29 ℃，暖风器疏水系统易使管束内的凝结水因过冷而结冻, 使暖风器损坏。

(2)受热膨胀。暖风器的热膨胀有两种情况，一种是整体热膨胀，由管内工质温度改变引起；另一种是管排间的热膨胀，主要是由空气进出口温度不同引起。在以前的结构设计上，考虑了整体热膨胀，但很少考虑管排间的热膨胀，由于此热膨胀在结构上不能吸收，导致薄弱的焊缝处拉裂，造成泄漏事故。

2 暖风器优化方案

为避免暖风器停运时的无谓增加风机电耗的问题，工程人员提出了多种优化方案，包括热风再循环、抽屉式暖风器 、旋转式暖风器等。

锅炉热风再循环系统的流程是：从锅炉空气预热器空气出口引出部分热风，加入到送风机入口，与冷空气混合，使混合后的空气温度达到锅炉进风温度要求后再进入锅炉，系统见图1。这种方案只适用于环境温度较高地区，且要求燃料含硫量较低、排烟温度较高。在经济性和可靠性等方面，热风再循环与锅炉暖风器相比没有显著的优越性。

图1 热风再循环系统

抽屉式暖风器可以将传热管束抽出，在检修时方便清扫。暖风器停运时不再放置于风道内，降低风机电耗。这种暖风器经济性好，但抽出后需考虑原有位置密封问题，同时抽出后需考虑暖风器长期放置问题，不易保存。

目前应用较多的旋转式暖风器，这种暖风器可在机组运行中实现无故障切换，将暖风器旋转一定角度，旋转过程中不需要停运送、引风机。

比较各方案只有旋转式暖风器经济性较好且易于操作。通过改造后可以实现几个主要功能。

(1)旋转暖风器前后通蒸汽时功效不变，防止因结露引发不利影响，保证暖风器正常运行。

(2)可以实现机组运行过程中的无故障切换，不需要停运风机；另外，可作为并联风机运行调节平衡的有效手段，有利于调整风机出力平衡。

在旋转暖风器的设计和安装过程中，需要解决一些技术难点。

(1)暖风器受热面内蒸汽和疏水需进出风道，因此，需解决旋转暖风器与风道之间的间隙密封问题。

(2)旋转暖风器进汽管和疏水管与进汽联箱和疏水联箱之间的连接实现旋转功能。

(3)旋转暖风器在风道内的布置要避免形成烟气走廊。

3 经济性计算

目前该300 MW机组采用四分仓回转式空气预热器。空气预热器一次风和二次风均经暖风器加热。两侧一次风交汇经暖风器加热后进入空气预热器，两侧二次风分别加热后进入空气预热器。一次风暖风器界面尺寸即风道截面尺寸为：3 356×4 920 mm。二次风暖风器界面尺寸即风道截面尺寸为：2 204×2 924 mm。一、二次风暖风机结构相同，一次暖风器由四块屏组成，二次暖风器两块屏，呈水平布置，其结构如图2所示，主要技术参数见表1。

图2 暖风器结构

表1 暖风器技术参数

改造后在暖风器运行时，其阻力略微减小。在暖风器停运期间，可以将暖风器旋转90°与风道平行，此时阻力大大减小。暖风器旋转后如图3所示。

图3 暖风器旋转示意图

旋转后的空气通过暖风器的局部阻力系数计算可由文献查得公式：

根据风机性能曲线和运行情况，暖风器改造前后额定负荷运行时数据对比情况见表2。

表2 暖风器改造前后数据对比

改造后一次风暖风器压降减少340Pa，二次风暖风器压降分别减少116Pa和63Pa，各风机电流共减少49A，合计功率降低294kW，厂用电率降低显著。按机组暖风器停运3 000h计算，全年节电88.2万kW。一次风机出口压力降低同时也降低了冷渣器流化风和外置床——炉膛烟道流化风的节流损失。

4 其他改造措施

此次暖风器改造同时还要解决管束结冰、暖风器受热膨胀等问题。

避免结冰可以用椭圆管束代替原传热管束，因为由于截面大, 管子里只有很小的部分充有凝结水, 管子的其它部分充满蒸汽。每根管子的整个长度上凝结水和蒸汽都保持接触, 这样结冰就不容易发生, 而且把凝结水发生过冷的可能降到最低。

解决热膨胀问题的关键在于在结构上要有吸收上述两种热胀冷缩现象的结构措施。对于整体热膨胀可以在进汽管和疏水管进出风道时增加一个垂直弯头，利用这个弯头吸收整体膨胀。对于内部膨胀需改进传热管束连接方式。

5 结束语

暖风器改造完成后，管道腐蚀、泄露，疏水结冰、暖风器受热膨胀等问题得到很好解决，停运期间暖风器阻力显著下降，有效降低一二次风机电耗。机组投运后，厂用电率降低了约0.049%，经济效益明显。

综上所述，锅炉暖风器系统合理设计以及日常维护非常重要，关系到系统和设备安全可靠运行，更与电厂运行经济性相关。因此，旋转式暖风器改造技术在国内火电厂具有一定的推广应用价值。

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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，工程师，研究方向为空冷系统的在线监测与节能分析。

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.12.008

TU834.1

B

1009-3230(2014)12-0031-04