350 MW机组锅炉可翻转暖风器的设计改造

张 欣，纪 游，闫承先

(国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨150030)

350 MW机组锅炉可翻转暖风器的设计改造

张 欣，纪 游，闫承先

(国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨150030)

为了解决某厂6×350 MW机组锅炉运行时存在的低温腐蚀问题，分析了固定式暖风器存在问题的原因，提出了将原锅炉二次风暖风器改造为翻转式暖风器的改造方案，将翻转式暖风器重新进行设计和校核计算，通过试验得到了翻转式暖风器改造前后运行情况测试分析结果。试验结果表明，某厂6×350 MW机组暖风器经过改造后，降低了暖风器停用期间的风道阻力和风机耗电量，提高了进入空气预热器的一、二次风温度，减少了空气预热器受热面的低温腐蚀，提高了锅炉效率及经济效益。

锅炉；暖风器；6×350 MW机组；改造

目前，中国国内火力发电机组正向节能减排的方向发展，这对机组锅炉的使用性能提出了更高的要求。在锅炉燃烧过程中，会产生大量的高温烟气，空气预热器吸收烟气中热量，降低了排烟温度，提高了燃烧的风温和锅炉效率。当冬季冷风直接进入空预器进行热交换时，易发生烟气因低温结露而带来的腐蚀与堵灰。锅炉暖风器是防止锅炉低温腐蚀的重要锅炉辅机设备。在冬季气温较低、锅炉启动及低负荷运行期间，蒸汽暖风器能将外界空气温度升高一定幅度后再送入锅炉空气预热器，具有良好的控制锅炉低温腐蚀功能[1]。由于锅炉暖风器在产品本体性能设计、车间加工制作以及系统疏水设计缺陷等方面存在一些问题，使锅炉暖风器的运行性能达不到预期要求，会对现有尾部烟道的设备造成一定影响。本文针对某厂6×350MW机组锅炉暖风器存在的问题提出了改造方案，分析其改造方案的可行性，对改造后暖风器进行了节能测试，并用风机改造前后功率对比结果验证了翻转式暖风器改造方案的可行性。

1 固定式暖风器存在的问题

目前国内常用的风道固定式暖风器运行时存在如下问题：

1) 暖风器本体容易泄漏，造成空气预热器灰堵现象严重。

2) 暖风器本体振动大、水击现象严重，造成系统无法正常投运。

3) 部分结构暖风器管束冬天容易出现冻管结冰现象，导致管束冻裂。

4) 暖风器管束本体灰堵严重，增加了通风阻力，造成锅炉负荷下降或增加风机出力，严重影响安全生产。

5) 暖风器在不使用时提高了送风机的压头，消耗了大量的额外电能。

2 暖风器改造方案

为了减少暖风器停用期间风机的耗电量，减轻积灰及低温腐蚀的现象，将原锅炉二次风暖风器改造为翻转式暖风器，根据现有的设备情况确定改造方案，并对翻转式暖风器重新进行设计和校核计算。

空气达到预定温度所需热量为

Q=V·C·t

(1)

式中：V为风道总风量，m3/h；C为容积比热，kcal/m3；t为温升，℃。

所需换热面积为

(2)

式中：k为暖风器传热系数，kcal/m3·℃·h，通过平均风速W查图获得Δt为对数平均温度，其中

(3)

式中：Δtmax、Δtmin为受热两端温差中最大和最小值；Ψ为修正值，一般取0.97。

在实际计算过程中，换热面积安全系数取1.2～1.25。 350 MW机组暖风器改造计算结果如表1所示。

表1350MW机组暖风器计算结果

Table1350MWunitairheatercalculationresults

计算参数数值风道尺寸/mm4000×4028入口风量/(kg．h-1)336996蒸汽压力/MPa1．3蒸汽温度/°C220入口风温/°C-9．6出口风温/°C70进出口平均风温的空气定压比热/(kJ．(kg．k)-1)1．004对数平均温压/K158．08需要的热量/(kJ．h-1)26932181．13热功率/kW7481．16计算需求换热面积/m2752．61实际选用换热面积/m2899．99换热面积裕度1．2暖风器风侧阻力/Pa261．62蒸汽消耗量/(kg．h-1)12626．96

根据暖风器设计计算结果确定换热面积等参数。在暖风器安装过程中，除了对现有的设备进行拆除，需要对现有的风道进行加固，便于转轴的固定，尽量保持现有的疏水和进气系统，只对本体部分进行改造。

3 暖风器的构成、设计理念及节能原理

3.1 翻转式暖风器构成

3.1.1 翻转暖风器片组并联布置

翻转暖风器片组并联布置如图1所示。

图1 翻转暖风器片组并联布置

3.1.2 翻转式暖风器前封板

翻转式暖风器进汽系统侧封板主要起承受加热器的旋转的作用。包括进汽管和法兰，结构如图2所示。

图2 翻转式暖风器进气侧结构

3.1.3 翻转式暖风器后封板

翻转式暖风器疏水系统侧的封板，主要起承受加热器的旋转。包括旋转操作执行器、疏水管和法兰、加热器水平限位装置，结构如图3所示。

3.2 设计理念

目前，国内电厂大多数暖风器布置方式为垂直风道卧式布置，结构采用传统的多管程式暖风器，布置极为不合理，造成了暖风器传热管束有两种热胀冷缩现象：一种是整体热膨胀，由管内工质温度引起；另一种是管排间的热膨胀，主要由管外空气进出口温度不同引起。

图3 翻转式暖风器输水侧结构

传统结构设计考虑了整体热膨胀，没有考虑管排间的热膨胀，此热膨胀在结构上不能吸收，导致在薄弱的焊缝处拉裂，造成泄漏事故。泄露的发生导致蒸汽或高压水进入空预器，造成了空预器的堵灰问题发生[2]。从暖风器本体结构进行分析，由于疏水口不在暖风器的最低点，因此暖风器内存在永远疏不掉的水，这些水过冷后又与热的汽水热交换，反复混合，使有些结构产生的水击现象相当严重。

在冬季锅炉停运时，疏不掉的积水就会结冰，形成所谓的暖风器结冰现象[3]。翻转式暖风器的设计理念是针对目前电厂卧式暖风器本体存在的诸多问题，综合考虑系统的整体膨胀和热膨胀，采用单管程翅片换热管布置方式，减少了暖风器本体设备的焊缝，避免了焊缝不合格以及碰撞不均匀造成焊缝处容易破裂的情况。同时，在暖风器本体采用了进气侧略高、输水侧偏低的呈约5°倾斜布置，彻底解决了本体设备中积水的问题，减少设备水击现象发生，杜绝了因为本体积水导致结冰裂管的现象。翻转式暖风器的这种设计方式具有节约电、煤、油以及使用方便的优点，有效解决了暖风器运行期间积灰、堵杂物的难题。

翻转式暖风器工作状态结构如图4所示。

图4 翻转式暖风器工作状态

翻转式暖风器非工作状态结构如图5所示，此时暖风器风阻力为“0”，可以节约风机电能。

图5 翻转式暖风器非工作状态

3.3 节能原理

风机公称输出功率是指风机单位质量功与质量流量的乘积，或进口容积流量、压缩性修正系数k和风机压力的乘积[4],即

Pu=qmyFs≌qvsg1pfkp

(4)

式中：Pu为风机空气功率，kW；qm为风机质量流量，kg/s；yFs为风机单位质量净功，J/kg；qvsg1为风机流量，m3/s；pf为风机压力，Pa；kp为压缩性修正系数。

风机压力为

pf=pe+pd(Fm)

从式(4)可以看出，风机公称输出功率(Pu)与风机压力(pf)成正比。由于风机压力(pf)随风机静压(pe)的变化而变化，因此，在相同风机出口压力条件下，降低风机入口阻力即降低风机静压(pe)能够降低风机所需的空气功率，起到节能降耗作用。

图6 轴流风机特性曲线

动叶可调轴流风机特性曲线如图6所示。从图6可以看出，当翻转式暖风器处于非工作状态时，相当于降低管道系统阻力，即管道系统阻力特性曲线由阻力曲线2变为阻力曲线1。在相同流量条件下，可以调小风机动叶角度，降低风机电耗，这与式(4)理论计算相一致。

4 暖风器改造结果分析

对翻转式暖风器改造前后运行情况进行测试，各项指标对比如表2所示。

表2 改造前后各项指标对比

改造前后差压及功率对比如图7所示。

图7 改造前后参数对比

从风机改造前后功率对比情况可以看出：

1) 二次风暖风器A、B侧暖风器实际运行差压高达271.9 Pa、253.2 Pa，远高于原设计风量下设计差压180 Pa。改造后A、B侧暖风器停运竖立差压分别下降了256.6 Pa、239 Pa，即改造后仅为15.3 Pa、14.2 Pa，平均降低幅度为94%。

2) 在二次风暖风器停用后， 改造后二次风暖风器 A、 B 侧旋转竖立的2台送风机功率下降之和约59 kW， 节能率为 9.13%。全年暖风器投运时间为6 000 h，此负荷下年节约厂用电为59 kW×6 000 h=354 000 kW·h，按照黑龙江省脱硫机组上网标杆电价0.372 3元/kW·h计算，年节省费用0.372 3×354 000÷10 000=13.179 4万元。按照1台机组2台二次风暖风器投资60万元计算，5～6年即可收回投资成本，投资收益良好。

5 结 论

1) 可翻转式暖风器加热能力与原固定式暖风器相同，能够满足冬季风机入口加热需求，有效地防止了空气预热器低温腐蚀问题的发生。

2) 实施可翻转暖风器改造后，能很好地改善春夏季节堵塞问题，降低送风机电耗，节能效果明显，对于发电企业降低厂用电率，完成节能减排目标任务具有十分重要的意义。

3) 二次风暖风器停运后，系统阻力降低约10%，有利于轴流风机稳定运行。特别是该改造技术推广至一次风机后，将降低风机“失速”现象发生的几率。旋转式暖风器的改造项目投资回收期较短(5～6年)，适宜以合同能源管理方式开展项目建设。

[1] 史艳强，刘吉，林兆宁，等. 600 MW机组锅炉暖风器节能改造[J]. 内蒙古电力技术，2013，31(1)：69-72.

SHI Yanqing, LIU Ji, LINZhaoning, et al. Air heater energy conservation reconstruction on 600 MW units[J]. Inner Mongolia Electric Power, 2013, 31(1): 69-72.

[2] 刘志强.浅谈锅炉暖风器节能及优化控制[J]. 应用能源技术，2013，33(8)：27-31.

LIU Zhiqiang. Analysis in energy conservation and optimization control of boiler steam air heater[J]. Applied Energy Technology, 2013, 33(8): 27-31.

[3] 尹君，居强. 百万千瓦级机组锅炉暖风器改造 [J]. 华电技术，2013，5(2)：56-59.

YIN Jun, JU Qiang. Reformation of boiler steam air heater of 1000 MW grade units[J]. Huadian Technology, 2013, 5(2): 56-59.

[4] DL/T 469-2004，电站锅炉风机现场性能试验[S]. 北京：中国电力出版社，2004.

DL/T 469-2004, Fans performance testing in situ for power boiler[S]. Beijing: China Electric Power Press, 2004.

Design and Modification of rotatable air heater for 350 MW unit boiler

ZHANG Xin,JI You,YAN Chengxian

(Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.,Harbin 150030,China)

In order to solve the problem of low temperature corrosion in the operation of 6×350 MW unit boiler in a factory, the reason of the existence of fixed air heater is analyzed, the modification scheme is proposed in in which original boiler secondary air heater is transformed into rotatable heater and the rotatable air heater is re-designed, checked the calculated. Through the test analysis results of operations are obtained before and after modification of rotatable air heater. The test results show that the modification of 6×350 MW unit air heater in a factory is able to reduce the duct resistance and fan power consumption during the deactivation of the heater, improve the primary and secondary air temperature into the air preheater, reduce the low temperature corrosion of the air preheater heating surface and improve the boiler efficiency and economic benefits.

boiler; steam air heater; 6×350 MW unit; reformation

2017-06-05;

2017-07-17。

张 欣(1964—)，男，高级工程师，从事电力系统、热力系统方面的研究工作。

TK229

A

2095-6843(2017)05-0446-04

(编辑侯世春)