利用密封风机进行锅炉冬季保温的研究

孙五一，孙 洁，韩高岩

（1.杭州意能电力技术有限公司，杭州 310014；2.国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

0 引言

锅炉是火力发电机组的重要组成部分，合理的保温结构和良好的施工工艺是保证锅炉正常运行的必要条件。锅炉保温的基本作用是对锅炉进行绝热，减少其散热损失[1]。随着锅炉参数的提升，现代锅炉保温大都采用复合保温技术，这样既保证了保温效果又有足够的经济性[2]。目前锅炉常用的保温材料为硅酸铝制品、岩棉制品，且一般情况下2种材料搭配使用，硅酸铝制品在内，岩棉制品在外，浇注料一般为耐火可塑料、耐火浇注料、保温浇注料和保温抹面材料。保护层主要采用0.7 mm或0.75 mm的铝合金平板和铝合金压型板[3-4]。大型燃煤电站锅炉利用热介质（如蒸汽、热风等）提高炉膛内部温度的主动保温技术一直比较匮乏。

新疆某350 MW超临界机组锅炉水压试验后由于地域原因设备未能及时到货，工程进度相对缓慢，对锅炉整体采取湿法保养。进入冬季后气温逐渐降低，虽锅炉房紧身封闭已完善，但暖通系统安装调试极度滞后，锅炉部分管壁监测温度一度接近0℃。根据现场管屏实际布置情况，分隔屏、后屏、高再、末过采用垂直管屏布置（图1），最简单有效的低点放水手段无法实施。为防止气温继续下降管屏内保养液结冻损坏管屏，亟需采取相应的炉膛保暖措施。

图1 锅炉简单侧视

1 冬季常用应急提高锅炉管壁温度方法

目前锅炉冬季常规采用的应急提高管壁温度方法大致有2种。

1.1 直接升温法

利用温度较高工质进行管壁内部循环，由此直接提高管壁温度。通常锅炉设计时都考虑到引入炉底加热蒸汽或预留加热蒸汽接口。可以利用蒸汽直接通入炉膛底部水冷壁进口集箱与原有保养液进行混合升温[5-6]。由于蒸汽直接进入与保养液混合，整个加热升温过程中会持续降低保养液浓度，需定期监测保养液浓度，及时利用药品提升浓度。而利用外置管式换热器则可避免此类情况的发生。实际操作过程中需增加管式换热器、阀门、管道等临时设备，整体安装过程周期较长且投入人工和设备成本相对较高。对于部分无炉水循环泵锅炉，则需要继续增加循环动力源。

1.2 间接升温法

向炉膛内部直接通入热介质，通过提升炉膛内部整体环境温度，从而达到提高管壁温度的目的。实际应用过程中锅炉房的紧身封闭和暖通加热也属于间接升温法的利用。目前发电厂内常见的热介质有蒸汽和热风。

（1）利用蒸汽。

利用永久或临时蒸汽管道向炉膛喷射蒸汽进行保温。施工汽源管路相对较长，施工周期不易掌控，蒸汽投用步骤繁琐。蒸汽喷射口区域相对温度偏高，极易受热不均匀。由于蒸汽直接喷入，炉膛内部空气湿度极高，而残留烟气粘结在管壁外的灰垢中所含SO3和SO2成份与潮湿空气中水发生化学反应，生成H2SO3和H2SO4物质的酸性垢[3]，这些腐蚀性物质可以通过松散的Fe2（SO4）3渗透到金属表面，与金属形成电化学腐蚀，管壁被溶解腐蚀后会生成许多微小腐蚀坑，其坑内的溶液与坑外溶液相比，pH值下降，溶解氧的浓度下降，这样会形成电位差，使得坑内腐蚀进步一加强，致使腐蚀进一步扩展、加深[7-8]。这是一个相对缓慢的腐蚀过程，实际应用中也应尽量避免此类情况发生。

（2）利用热风。

热风入炉可以保证炉膛内部相对干燥的环境，不易发生酸性腐蚀。常规方法采用增加一套暖风设备，利用风机，将冷风通过电加热或蒸汽加热式暖风器由炉底或经风道吹入。实际操作中增加设备相对投入成本较高，采购、施工周期也较长。

2 优化改造方案实施及效果

2.1 优化改造方案

结合现场实际气温下降情况，新增设备用以提高水冷壁及过、再热器温度的方案，由于采购、运输、施工、调试周期过长而一一被否定。调研过程中发现，密封风机多布置在磨煤机旁，在磨煤机运行当中，为了防止正压的一次热空气携带着粉尘泄漏，设置了与传动盘同心的密封装置，并且为每套制粉系统都配有专门的密封风系统[9-10]。

密封风机作用：

（1）将密封风引入磨煤机下架体动静密封处，防止一次风粉外漏污染环境。

（2）将密封风引入磨辊支架，用以密封辊轴中间的动静骨架油封部位，防止风粉进入磨辊轴承中，损坏磨辊轴承。

（3）将密封风用于拉杆密封。

为满足以上要求，对于单台磨煤机来说密封风的风压要求至少大于进入该磨煤机一次风风压2 kPa[11-13]。现场布置上密封风机与微油暖风器、热一次风管有效距离近，并与希望增加的暖风设备基本属性相同。通过在密封风机进口增加大气连通管和在密封风机出口增加至磨煤机热一次风的联络管完成工艺的转变，利用密封风机和微油暖风器作为介质动力源和热源提供一种炉膛内部保暖升温的技术，具体改造后流程详见图2。

图2 改造后流程

整体改造难度和施工成本极低，且毋须新增设备，改造响应速度快。使用手动阀则可将成本控制在2万以内，3个工人1天内可完成所有管道焊接和阀门安装工作。整体施工完成后，操作过程简便，只需打开2个手动门或者电动门。热风利用原有燃烧器喷口进入炉膛，保证了炉内空气流场的均匀性。风量、风温均可由DCS（分散控制系统）远方操作控制。系统投运过程中暖磨一直进行，暖风器也处于投运状态。大大缩短后期机组启动时磨组改变运行方式所需时间。

2.2 系统投切时阀门状态和流程

（1）系统投运时磨煤机为停止状态且内部须保证无存煤，图2中原有隔离门①，原有隔离门③，原有隔离门④，原有隔离门⑤，原有调门⑦均关闭，原有隔离门②打开；新增隔离门a，新增隔离门b打开，暖风器投运；利用新增隔离门a，新增隔离门b和新增风道c建立新的循环：

大气→隔离门a→密封风机→隔离门b→磨煤机热一次风道→暖风器→磨煤机→燃烧器喷口。

（2）在系统投用期间可利用原有调门⑥精确控制进入炉膛内的热风流量，以及利用通过微油暖风器的蒸汽量控制热风温度。

（3）系统不投用时且磨煤机为运行状态，原有隔离门①，原有隔离门②，原有隔离门③，原有隔离门④，原有隔离门⑤均打开；新增隔离门a，新增隔离门b关闭；进行原有循环：冷一次风母管→隔离门④→密封风机→隔离门⑤→磨煤机密封部件。

2.3 系统投运及效果

2.3.1 系统投运前

系统投运前的确认检查主要针对通风制粉系统、锅炉烟风系统和监测温度点的确认。

（1）通风制粉系统检查。确保磨煤机、给煤机内无存煤。由于热风的通入磨煤机各部位的耐受程度不同。给煤机皮带易受热老化。遂关闭给煤机进、出口闸板，关闭给煤机密封风挡板。磨辊内腔中的合成烃SHG高温轴承齿轮油可在110℃以上运行。系统投用时确保进入磨煤机热风温度低于110℃即可。磨煤机齿轮箱和旋转分离器减速箱油温以及两者内部温度均可通过DCS在线监测，如达到报警值可投入冷却水并开启油泵进行循环降温。

（2）锅炉整体检查。考虑到密封风机整体风量相对偏小，为防止热量过多损失，确认并关闭所有烟道挡板，不建立炉底水封，利用炉底与捞渣机间隙进行自然泄压。燃烧器层以上热空气流动性较差，且热空气密度相对较轻，易聚集在炉膛顶部，对于顶部管屏升温保暖效果明显。但对于后烟井处布置的低再和省煤器加热效果不甚理想，考虑到气温持续降低可能会导致部分死角以及疏水管路中保养液结冻，在系统投运前将低再和省煤器中保养液放尽。

（3）温度监测手段确认。机组处于安装调试阶段，水冷壁温度信号已完成安装联调工作可以用于监测。而过、再热器壁温安装工作未开展，对于此类DCS无法监视的管屏温度采取人工进入炉内，使用手持式红外测温仪进行逐一测量并记录每个系统管屏最低点温度。

2.3.2 系统投运后

系统投运后炉膛整体负压无变化，维持磨煤机进口风量13 t/h，进口风温69℃。持续通风20 h后，水冷壁整体温度上升明显。选取水冷壁四周最低点温度，可发现前期监测壁温中最低点右侧螺旋管水冷壁温度由0.9℃上升至5.7℃。并且整体水冷壁温差由之前的3.9℃下降至3.1℃。整体温升效果明显。理论得到实践充分验证后，通过增大密封风机出力至18 t/h并提高磨煤机进口风温至78℃，保温系统持续运行。过热器、再热器人工巡检测量温度在系统投运72 h后则可达到14℃左右（如表1所示），整个冬季管屏最低点监测温度长期保持在14℃以上。改造后实际应用中效果理想。并且该项改造完成后提出了一种新的防冻技术，可以满足锅炉低气温水压试验标准中关于防冻措施的要求（试验应当在环境温度高于或者等于5℃时进行，低于5℃时应当有防冻措施[14]）。

表1 系统投运72 h管屏就地监测温度

3 结语

密封风机在大型火力发电厂中主要应用于防止煤粉外泄、降低磨煤机内转动部分磨损和兼具部分冷却作用。利用现有设备简单改变工艺流程从而增加其功能，提高了设备利用率。同时密封风机普遍采用离心风机，较高的风压也有利于形成炉内流场，热风利用燃烧器喷口进入炉膛，对炉膛内部温升的均匀提高有一定帮助。

密封风系统相对简单，安装进度也较快。而密封风取自冷一次风，一次风机启动则需满足诸多条件。导致密封风机试转在整体调试和检修工作中相对滞后。工艺改造后则可将密封风机试转工作提前，对整体的调试和检修进度产生积极而深远的影响。利用密封风机进行锅炉冬季保温技术改造响应速度快，改造过程操作简便，可控性强。通过实施该项目，提供了一套改造难度小、投资成本低、施工周期短、简单可靠的锅炉冬季主动保温系统，并且该技术也为锅炉冬季低气温条件下进行水压试验提供了一个新的技术支持。

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