wps式电厂锅炉回转式空气预热器的节能改造及效果分析.pdf

文章编号：1674-8441(2010)05005004 电锅炉国转或窒气颜热器晌节能改造 及效果分析 王祝成 (西安热工研究院有限公司苏州分公司，江苏苏州215011) 摘 要：介绍了回转式空气预热器原理，分析了回转式空气预热器在运行中经常出现的漏风大、阻力大、驱动电机电流摆动大等问题， 提出了改造措施，结合华能南京电厂锅炉空气预热器改造实例，证明解决方法有效，达到了使锅炉节能降耗的目的。 0 引言 近几年，我国电力建设一直保持快速发展势头，截至2008年底，全国电力装机容量近8亿kW 1。在电源构成中， 火力发电装机仍占绝大部分，受国家节能减排政策的影响，各电厂都在采取各种措施努力降低供电煤耗 2-3。在火电 厂中，再生回转式空气预热器(受热面转动) (以下简称空预器)是电站锅炉的重要组成部分，在大容量锅炉中得到了 广泛的应用。空预器的作用是回收烟气的部分热量，降低排烟温度。利用回收的余热加热空气，强化了燃料着火和燃 烧过程，减少了不完全燃烧损失，又进一步提高了锅炉效率。空预器的运行状态直接影响着锅炉运行的安全性与经济 性。 回转式空预器结构复杂，外形尺寸较小，对密封结构要求较高。在运行中回转式空预器普遍存在着漏风大、阻 力大、驱动电机电流摆动大等问题。本文针对性地提出了改进措施，以华能南京电厂锅炉空气预热器改造为例验证了 解决方法有效，达到了使锅炉节能降耗的目的。 1 空预器工作原理及特性 空预器受热面装于可转动的圆筒形转子中，转子被分隔成若干个扇形仓格，每个扇形仓内装满了由金属薄板 (波形板)制成的传热元件。圆形外壳的顶部和底部上下对应地被分隔成烟气流通区、空气流通区和密封区3个部分。 烟气流通区与烟道相连，空气流通区与风道相连。装有受热面的转子以l2 rmin的转速旋转。因此受热面不断地 交替通过烟气流通区和空气流通区。当受热面转到烟气流通区时，烟气自上而下流过受热面，受热面吸收烟气热量而 被加热，当转到空气流通区时，受热面把蓄积的热量传给自下而上流动的空气。转子每转一周就完成一个热交换过程。 由于烟气的容积流量比空气大，故烟气通道占转子总截面的50左右，而空气通道仅占3040，其余部分为密封 区 4。 在空预器动、静部件之间留有一定的间隙，流经预热器的烟气是负压状态，空气是正压状态，空气在压差作 用下，通过这些间隙漏到烟气中，因密封不严造成的漏风量与间隙大小和两侧压差的平方根成正比。另外转动部件还 会把一部分空气带到烟气中。由于转速很低，这部分携带漏风量很少。空预器漏风增大不仅增加烟损失和风机电耗， 而且在漏风严重时，将导致送人炉膛参加燃烧的空气不足，直接影响锅炉的出力。 空预器的传部件布置紧凑，波形板问烟气通道较窄，飞灰较容易沉积在受热面上。尤其在预热器的冷端，是 烟气和空气温度最的区域，容易产生低温腐蚀，腐蚀又使积灰加剧。积灰不仅增加了系统的流动阻力，严重时甚至会 将气流通道堵死，影响空预器的正常运行。为此，空预器都装有吹灰装置，吹灰介质通常采用过热蒸汽，如果积灰严 重，还需要采用高压水冲洗。 2 空预器运行中常见的问题 21 漏风大 对于配有温度跟踪或距离跟踪的自动密封的空预器，由于探头经常发生故障造成密封自动投入不正常，漏风率的 设计值为78，运行中通常超过该值范围，有的甚至达到20左右。这不仅造成锅炉效率下降，而且增加风机电 耗，严重时将造成锅炉出力受限，机组不能满负荷运行。漏风率变大是空预器最常见的问题。 22 阻力大 空预器的阻力大是由其积灰造成的。带灰烟气流经空预器时会造成积灰：一是由于气流扰动使烟气中携带的灰粒 沉积到受热面上，形成松散积灰层；二是由于烟气中酸蒸汽和水蒸气在低温金属壁面上凝结，将灰粒粘聚而成的积灰。 松散积灰很容易达到动态平衡，一方面有细灰沉积，另一方面烟气中的大灰粒又把沉积到受热面上的细灰冲刷 下来，最终达到积聚的灰和被冲掉的灰相平衡。但当外界条件改变时，如烟气量改变、煤种变化、温度变化，积灰状 况就会改变，直到建立新的平衡。松散积灰通过吹灰器即可清除，目前电厂空预器常采用蒸汽吹灰器和脉冲式吹灰器 等。 粘聚积灰通常伴随着低温腐蚀，当燃煤硫份较高时，烟气中sO 3质量浓度较高，酸露点就愈高，当酸蒸汽在金属 壁面凝结，会对金属产生严重腐蚀(称低温腐蚀)，腐蚀通常发生在空预器冷端。同时腐蚀也加重积灰，使烟道阻力增 加。堵灰影响传热，使排烟温度升高，严重时还将影响到锅炉安全和经济运行。粘聚积灰很难通过吹灰器进行清除， 需要停炉清理。 为了防止低温腐蚀和粘聚性积灰，最有效的办法是提高空预器壁温，现场中常使用的方法是提高空预器人口的 空气温度，例如采用暖风器或热风再循环装置将空气温度适当提高后，再进入空预器。 23 驱动电机的电流摆动大 空预器驱动电机的电流摆动大是运行中常见的问题，主要原因有：空预器密封自动投入不正常，扇形板与密 封片间隙不能及时自动调整，导致扇形板和密封片摩擦； 密封间隙过小或密封片脱落；传动机构原因，包括传 动间隙过小、润滑油质不合格；转子倾斜等。 现场情况表明，空预器电流摆动大多数是空预器本体动、静摩擦引起的，为了保证空预器安全运行，运行人员 习惯将空预器自动密封系统退出运行，并将扇形板提起，这虽然解决了驱动电机电流摆动大的问题，但却使空预器漏 风率变大。 3 空预器技术改造案例分析 31 工程背景 华能南京电厂装有2台俄罗斯引进的320 MW超临界直流锅炉，1994年投产，锅炉设计燃用晋东南贫煤，每台锅 炉配置2台再生回转式空气预热器，在锅炉本体两侧呈甲、乙侧对称布置。空预器型式为回转式，空预器型号为 PBII102，转子直径10 200 mm。空预器的结构由固定的外壳、转动的转子及其支撑轴承、传动装置、转子与外壳 之间的密封装置等组成(可调式密封系统)。额定负荷时，空预器漏风系数设计值为015，烟气阻力为1 424 Pa。 经过十几年的运行，l、2号炉空气预热器已经无法按照设计工况运行。西安热工研究院有限公司苏州分公司于 2007年8月和2008年9月分别对1、2号炉进行大修前热力性能试验，试验结果如表12 5-6 。 从表12可以看出，1、2号锅炉空预器漏风率明显偏大，各工况下预热器漏风率基本在15 23，远高于目 前国内同类机组要求空气预热器漏风率7 8以下的指标。1、2号锅炉空预器烟气侧阻力明显偏大，额定工况时烟 气侧阻力比设计值高. 表1 1、2号锅炉大修前空预器漏风测试结果 负荷/MW 编号 进口氧量 出口氧量 漏风率 漏风系数 /% /% /% A 2.47 5.43 17.11 0.22 310 B 2.32 4.96 14.81 0.19 A 3.55 6.54 18.61 0.25 1 250 B 3.83 6.23 14.62 0.20 A 4.15 7.14 19.42 0.27 号 210 B 3.24 5.84 15.44 0.20 A 5.02 7.71 18.22 0.27 炉 180 B 4.56 6.79 15.46 0.22 A 2.75 5.50 15.96 0.20 310 B 2.00 5.74 22.05 0.27 A 4.39 7.05 17.15 0.24 2 250 B 4.24 7.74 23.77 0.33 A 4.48 6.71 14.06 0.20 号 210 B 5.25 8.15 20.37 0.30 A 5.51 7.69 14.75 0.22 炉 180 B 5.98 8.47 17.90 0.28 表 2 1、2 号锅炉大修前空预器阻力测试结果 工况 T-01 T-02 T-03 T-04 1 负荷/MW 310 250 210 180 A 2 599 1 977 1 499 1 399 号 差压/Pa 炉 B 2 580 1 940 1 472 1 387 2 负荷/MW 310 250 210 180 A 1 817 1 544 1 220 1 103 号 差压/Pa 炉 B 2 138 1 942 1 548 1 343 500-1 000 Pa。 由于空预器漏风过大及额定负荷时空预器阻力偏高，造成引风机出力受限，锅炉在320 MW负荷运行时炉内处 于缺氧燃烧状态，以至被迫降低负荷至310 MW运行，直接影响锅炉的安全经济运行。为彻底解决空预器漏风率及阻力 大的问题，消除引风机出力不足，利用大修时间对空预器实施改造。 32 改造方案 华能南京电厂在2008年1 12月大修中对2号锅炉空预器进行了改造。 (1)转子隔仓改造。现有转子为24(15。)隔仓结构，为实现双密封，需要增加二次径向隔板将原有的转子隔仓改 造成48(75。)隔仓结构，在保证现有扇形板和轴向密封弧形板的角(宽)度不变的条件下，在任何时候扇形板和弧形 板下面至少有2条密封条。 (2)重新固定扇形板及轴向密封弧型板，重新设计顶底扇形板和弧形板。通过在各扇型板和弧形板与相关的静态 构件之间焊接新的密封板，将扇形板和轴向密封弧型板固定在一定的位置，由此形成完整的焊接结构，彻底取消原有 的密封调节装置并消除可能存在的二次漏风，不仅降低了空预器的初始漏风水平，而且可使其漏风率长时间维持在比 较稳定的范围内。利用豪顿公司的回转式空预器密封间隙计算程序预先计算出扇形板与轴向密封板在冷态时的理想位 置，使其在所有运行工况下，空预器转子在热态时与所有静态密封件在不发生异常卡磨的情况下，各向密封间隙达最 小，从而保证空预器的低漏风率和漏风的稳定性。 (3)采用豪顿公司的密封片结构进行双密封设计，更换全部三向密封片。三向(径向、轴向及旁路)密封片的材质 均采用考登钢。径向、轴向和旁路密封片厚度均不小于16 mm。该设计不同于国内其他的密封片结构，密封片不易 磨损、变形，使用寿命长；适应性好，安装调整方便。 (4)取消自动跟踪系统。由于豪顿公司采用的是固定式密封系统，取消原有的自动跟踪系统，对遗留下来的孔洞 进行封堵。并对空气预热器壳体、围带内侧及进出口烟道局部磨损、变形、漏点进行堵漏、修补，保证了改造效果。 (5)更换全部受热元件，为适应改造后的48分仓转子结构和随后将进行的SCR (脱硝)改造的需要，本次改造对原有 的换热元件进行全部更新。换热元件是空预器的核心部件，它直接影响空预器的换热效率及烟风阻力。选用豪顿公司 的HS系列换热元件，空预器热端及中端选用HS7波形元件(优质碳钢)，空预器冷端选用HSC波形元件(CORTEN钢)，HSC 的传热性能比HS7略差，但具有良好的通透陛，可以保证空预器不易堵灰，确保长时间安全运行。 (6)暖风器改造，为了保证空预器不发生低温腐蚀和粘聚性积灰，需要保证暖风器能够可靠投入。原暖风器没针 对南京的天气特点设计，布置的暖风器块数过多，结构过于紧凑，翅片间距较小，灰和杂物易落入翅片中，难以清理。 另外暖风器经过长时间的运行，内外漏风严重，使暖风器无法正常投用。经重新设计，管路系统全部更换，进汽管路 由原来的12组改成4组，疏水管路由原来的12组改成4组(另加4组旁路)，减少了暖风器布置块数和管排数，改造后大 大减少了风道阻力。换热片由单管式设计改为套管式螺旋翅片管，这种结构很好地解决了水冲击浸蚀和热膨胀造成的 泄漏，保证暖风器的正常投用。 33 改造效果 2号锅炉大修后，西安热工研究院有限公司苏州分公司对锅炉进行了性能测试。锅炉在320 MW负荷时，2台空预 器的漏风率达到设计要求，皆低于75，改造效果显著，如表3、4所示。在不同负荷下，空预器A漏风大于空预器 B。由于此次空预器改造只涉及受热面和密封装置部分，未对空预器烟道进行改造，A侧漏风高于B侧可能与此有关。 表3 空预器漏风测试结果 负荷/MW 编号 进口氧量 出口氧量 漏风率 /% /% /% A 3.83 5.06 6.98 320 B 2.28 3.11 4.18 A 4.86 6.16 7.89 250 B 3.82 4.63 4.45 A 4.25 5.55 7.58 220 B 3.92 4.70 4.33 A 6.27 7.47 7.94 190 B 5.43 6.29 5.27 表4 空预器烟气阻力测试结果 工况 T-01 T-02 T-03 T-04 负荷/MW 310 250 215 185 A 1 450 1 016 851 823 差压/Pa B 1 1554 1 112 909 899 在320 MW工况下，2台空预器的烟气侧阻力与设计值1 424Pa较为接近，空预器改造后，其烟阻、风阻都大幅下 降。与大修前相比，相同工况下烟气阻力下降500600 Pa。 由于空预器阻力及空预器漏风都大幅下降，大修后，吸、送风机出力裕度明显增大，完全满足锅炉带满负荷的 要求，改变了以往锅炉因风机出力而限制负荷的状况。 34 改造带来的经济效益测算 2号锅炉空预器改造后的效益测算依据：发电机组年运行按照6 000 h计算，平均负荷率按78计算，空预器改造 后引风机年节电246万kWh，送风机年节电120万kWh，按上网电价042元（kWh)计算，年节省电费共约154万 元。 空预器的改造，不仅使送、引风机节电效果显著，而且在相同工况下锅炉排烟氧含量比改造前明显降低，平均 降低1523个百分点，相当于锅炉效率提高约075个百分点，供电煤耗降低约25 g(kWh)，按照年发电量 l48亿kWh计算，年节省标准煤约3 700t，按市场煤价1 000元t计算，年节省燃料费用约370万元。 年节电、节煤总收益约524万元，如果计入由于空预器改造每年减少运行维护费用30万元，则改造后的年总收益 为554万元，空预器改造一次投资身经营管理水平、加强风险防范的同时，应积极争取煤电联动及国家相关政策，加 强与政府主管部门的沟通。企业生存环境的改善，将有助于融资问题、扭亏增盈等问题的解决，减小调节指标的风险。 建议国家从宏观上加强煤炭资源的合理调配、避免恶性竞争，这也是促进燃煤的节约和高效使用、加强国有资 产保值增值、避免出现不规范的燃煤管理问题的重要途径。 32 科学合理考核 根据目前火电企业恶劣的生存环境，主管部门应科学、合理地对火电企业进行考核。科学下达考核指标，避免 脱离企业实际情况下达过高或过低的指标，以发挥考核指标对企业生产经营的指导作用；合理区分影响指标完成的主、 客观原因，使奖励和处罚尽可能公平、合理，不应对受客观情况影响未能完成指标的企业进行过于严厉的考核，如扣 减企业工资总额等。 33 加强监督管理 主管部门应通过专项检查、审计等方式，加强对火电企业燃煤管理重点环节的监督。加大对弄虚作假行为的查 处力度，使不规范的燃煤管理行为的违规成本大于违规收益，以促进火电企业规范燃煤