浅谈锅炉暖风器节能及优化控制_刘志强

doi 10 3969 j issn 1009 3230 2013 08 007 浅谈锅炉暖风器节能及优化控制 刘志强 神华国能 神东电力 集团公司 北京 100033 摘要 针对我国某电站锅炉所采用的暖风器存在的风阻大 加热效果差 疏水控制过于简 单 维修量大等问题 通过对不同形式的暖风器的运行性能和疏水控制方式等进行技术分析 最 终进行了暖风器技术改造 改造结果表明 改造后可有效解决现有暖风器存在的上述问题 暖 风器去凝汽器疏水系统在北方高寒地区具有较大的优势 可以确保机组系统可靠性 而且节能 效益突出 单台炉每年可节省支出 111 3 万元 技术改造取得良好的效果 关键词 锅炉 暖风器 去凝汽器 疏水控制 可靠性 中图分类号 TK229 4文献标志码 B 文章编号 1009 3230 2013 08 0027 05 Analysis on Energy Conservation and Optimization Control of Boiler Steam air Heater LIU Zhi qiang Shenhua Guoneng ShenDong Power Group Beijing 100033 China Abstract In a domestic power plant the steam air heaters of boilers have the problems of big wind drag bad heating effect too simple drain control and too much maintenance Based on the analysis of the operating performance and control mode for different kinds of steam air heaters technical transformation of steam air heater was carried out to solve above problems The transformation results showed that to condenser drain system of steam air heater has great advantages in the northern alpine region can ensure the reliability of the unit system and have good energy efficiency For single furnace annual cost savings is about 1 113 million Yuan The technical transformation gets good effect Key words Boiler Steam air heater To condenser Drain control Reliability 0引言 在燃煤电厂当中 当空预器入口风温过低时 容易引起空气预热器低温腐蚀和堵塞等问题 因 此往往采用暖风器 通过汽轮机低压抽汽加热空 气预热器进口空气 尤其在北方严寒地区应用广 泛 1 2 然而由于设计缺陷等原因 我国运行的暖风 器往往会出现堵塞 压差大 疏水泵故障 暖风器 收稿日期 2013 06 15修订日期 2013 06 29 作者简介 刘志强 1965 男 工学硕士 高级工程师 现 任神华国能 神东电力 集团公司副总经理 结冻 漏泄 管路振动 排烟温度变化大等问 题 3 5 从而对锅炉的正常安全稳定运行造成 影响 某电厂 4 200 MW 机组锅炉的暖风器布置 于空气预热器进口风道中 辅汽联箱来汽通过暖 风器 无锡华通翅片管式加热器 对低温空气进 行预热 以提高锅炉尾部受热面的金属壁温 同时 防止出现空气预热器低温腐蚀和堵灰的现象 暖 风器疏水系统改造前的原设计方案为 暖风器 疏水器 疏水箱 疏水泵 除氧器 的方式 以下简称为 去除氧器 方式 如图 1 上方实线 部分所示 722013 年第 8 期 总第 188 期 应用能源技术 图 1暖风器疏水系统方式示意图 1原有暖风器存在的问题 在原有暖风器 去除氧器 方式及一 二次风 加热系统自投运以来 存在着较为严重的问题 主 要如下 1 1风阻过大 因暖风器 无锡华通翅片管式加热器 为翅 片错列布置两排换热管束 且管间距小 因此风阻 过大 使风机出力及用电量偏大 更严重的 送风 机出力大时 会造成冷风道震动过大导致机组不 能正常满负荷运行 1 2加热效果差 现有的暖风器体积小 换热面积小 加热实际 效果差 远不能满足实际要求 实际运行表明 空预器入口最低冷风温度不 应低于 26 否则会有低温酸腐蚀可能 但根据 目前暖风器的投运情况来看 当环境温度在 5 以上时 经暖风器加热后一 二次冷风的温升在 10 15 之间 加上冷风经过风机压缩和风道摩 擦产生的的温升 投入暖风器才能够基本满足空 预器入口最低风温的要求 针对我厂属于高寒地区 尤其在冬季环境温度 长时间低于0 最低时甚至长时间处在 25 以 下 暖风器的加热效果根本无法满足实际使用 要求 1 3疏水控制过于简单 暖风器系统整个疏水控制部分结构简单 无 有效的调节手段 运行中疏水不畅影响暖风器的 换热效果 疏水控制是暖风器系统正常使用的关 键 如疏水控制不当 系统管路内存气超压运行则 换热率将严重降低 从系统的控制方式来看 暖风器前后亦无可 靠的温度测量原件 加热系统只能根据空预器入 口的风温通过人工控制来汽量和来汽压力控制系 统换热 1 4暖风器维修量大 因暖风器控制方式是通过调节加热蒸汽量来 保证合适空气预热器的冷端的金属壁温 所以对 疏水器要求高 但暖风器的控制方式不能实现节 能优化运行 使得疏水系统故障频出 从而增加了 维护及维修工作量 且大量疏水不能得到回收 只能排放 损失大量除盐水 2暖风器改造及控制方式 鉴于上述暖风器及一 二次风加热系统存在 的问题的多发性和普遍性 造成电厂冬季不能顺利 投入锅炉暖风器系统 除盐水不能实现顺利回收 因此必须重新设计结构合理的暖风器 以提高一 二次冷风温度 降低低温酸腐蚀风险 降低空预器 检修频率及费用 确保空预器长期安全运行 2 1改造方式 疏水方式 是决定暖风器运行效果的主要因 素之一 除上述提到的原暖风器采用的 去除氧 器 方式以外 还包括 去低加 方式 去凝汽器 82应用能源技术2013 年第 8 期 总第 188 期 方式等 5 6 其中 去凝汽器 方式可以概括为 暖风器 疏水器 凝汽器 见图 1 下方虚线部 分 是近年来国内外普遍采用的暖风器系统疏水 方式 由于 去凝汽器 方式具有可以使原系统结 构更加简化 运行更加安全稳定等优点 因此 我 厂按 去凝汽器 方式对暖风器进行改造 其具体 效果将在文中逐一阐述 2 2暖风器系统的的简化 去凝汽器疏水 系统是将 去除氧器疏水 系统简化到仅剩下自动疏水器这一个环节 而省 去了疏水箱和疏水泵 从而提高了疏水系统的可 靠性 特别的 由于疏水器可靠性就是疏水系统 可靠性 因此应选择高性能的疏水器 2 3 去凝汽器疏水 系统控制方式 去凝汽器疏水 系统现有的两种控制方式 为 汽侧调节和水侧调节 汽侧调节是最常见的调节方式 即通过调节 加热蒸汽量来保证合适的空气预热器冷端金属壁 温 这种调节方式在减少蒸汽量的同时 由于暖 风器内部压力随之降低 其饱和温度随之也会降 低 即暖风器的汽耗和温度都在同步改变 它可以 保证暖风器疏水畅通 不积水 不存在两相流冲刷 问题 但对疏水器要求高 疏水系统容易出现故障 水侧调节是调节阀从汽侧移至水侧 并未改 变暖风器的串联关系 因此调节疏水流量相当于 间接调节了蒸汽流量 由于暖风器中的压力始终 是供汽压力 所以饱和温度不变 它对暖风器热 负荷的调节主要是在保证合适的空气预热器冷端 金属壁温的情况下 改变暖风器内部水位的高低 即改变传热面积来实现的 其出力调节范围大 疏水温度低于蒸汽饱和温度 热能利用率高 有利 于选择更低压力的蒸汽汽源 进一步提高汽轮机 抽汽回热的效率 有利于提高传热温差 减少暖风 器受热面积 降低制造成本 但存在两相流冲刷 问题 水击和振动问题 暖风器热应力问题 腐蚀 与结冻等问题 目前的两种疏水控制方式 对其优劣一直有 争论 其中的误区就是把疏水系统和控制系统割 裂开来 事实上 疏水问题是系统可靠性的问题 控制系统是经济运行的问题 把疏水和控制综合 起来才是解决问题的关键 这个厂采用了水侧调 节控制方式 自动控制装置是上海成套自主研发 的疏水侧调节专利技术 配备了自动控制装置则 在暖风器的蒸汽侧不再需要设置调节阀 只需要 在蒸汽侧设置截止阀 系统所采用的自动控制方 式如图 2 所示 图 2暖风器去凝汽器疏水自动控制方式示意图 922013 年第 8 期 总第 188 期 应用能源技术 3暖风器改造工程效果及经济分析 3 1暖风器改造工程及实施 进行暖风器改造时 是把原暖风器拆除 更换 为上海成套产翅片管式暖风器 并倾斜布置 10 利于疏水 并通过合理的结构保证暖风器空气侧 阻力小于 250 Pa 疏水温度设计 170 左右 疏 水端采用集箱方式有利于疏水的回收 7 实施暖风器改造工程时 设备制造单位为上 海发电设备成套设计研究院 施工单位为河南电 力建设第二工程公司 工程利用检修时间分 4 次 每台炉 1 次 完成 施工工期分别为 35 d 3 2改造前后的加热效果及可靠性比较 暖风器更换为翅片管式换热器后 实现了将 空气加热到规定要求的温度 换热效果良好 在冬 季也能将一 二次冷风加热到 30 以上 所采用的暖风器自动控制装置 水侧调节 能有效抵消环境温度变化的影响 使锅炉空气预 热器空气进口端的冷端金属壁温控制在恒温 73 并且可实现自行调节 能够有效预防锅炉 低温腐蚀 暖风器加热温度实现动态可调后 还实现了 暖风器蒸汽消耗量的降低 每台一次风暖风器每 小时节约蒸汽量为 4 64 t 每台二次风暖风器每 小时节约蒸汽量为 3 47 t 且随着环境温度升 高 暖风器出风温度基本不变 使得锅炉排烟温度 不会随着环境温度的升高而升高 有效保证了锅 炉效率 此外 将暖风器前后的风温和锅炉排烟温度 有效关联 通过自动控制疏水量大小来控制暖风 器的换热量 使得系统的可靠性得到了很大提升 3 3暖风器改造前后的安全性比较 暖风器改造前 原暖风器散热管鳍片间间隙 较小 极易造成梗阻 暖风器堵塞 使通风能力下 降 表明通风量减少 这样既影响锅炉用风 又使 得送风机出现喘振现象 同时 也使空气预热器 入口风温受到影响 暖风器改造后新暖风器结构与原暖风器不 同 其传热件为螺旋翅片管束 翅片间间隙大于 5 mm 且管束呈错列布置 通风较为流畅 不易 出现堵塞现象 满足了送风量要求 不会使风机喘 振 同时 空气预热器金属壁积灰减轻 不致因堵 灰造成引风阻力增加 延长了空气预热器的使用 寿命 保证了机组安全运行 3 4暖风器改造前后经济性比较 暖风器改造后 单台炉一年可节约空预器积 灰清理费用 20 万元 暖风器改造前 年停炉检修临修换管费用为 四次计算 每次停炉换管 堵管约 40 根左右 总费 用约为 4 万元 改造后无检修换管费用 可年节 省换管材料和人工支出约 4 万元 积灰减轻后空预器堵灰管排的低温腐蚀和垢 下腐蚀可大幅降低 亦可减少管排大面积腐蚀造 成的换管检修和材料费用 按目前单台机组等级 检修轮换制 四年之内单台机组两次大型等级检 修 A B 级 每次停炉换管 堵管产生的换管材 料和人工费用约 28 万元 因此四年之内直接产生 的空预器换管费用 56 万元 由此推算单台炉暖风 器改造及空预器检修后每年可节省检修费用投入 14 万元 结合空预器管排更换和漏风治理可大幅降低 空预器漏风并长期保持正常的漏风率 按照空预 器漏风数据和历史参数 满负荷时空预器每减少漏 风1 一次风机电流减少3 3 A 二次风机电流减 少1 3 A 引风机电流减少5 3 A 合计减少10 A 因 此大致推算年节约厂用电0 05 以治理后单台炉 空预器漏风率平均下降5 单台炉年发电量 10 8 亿 kWh 估算 单台炉年节电效益 年发电量 10 8 亿 kWh 降低的耗电率 0 0005 5 目 前的上网电价0 25 73 3 万元 因此 暖风器改造实施后 单台炉每年节省支 出111 3 万元 年单台炉积灰清理费用 20 万元 年临修换管费用 4 万元 年等级检修换管费用 14 万元 节电收益 73 3 万元 111 3 万元 机 组寿命按 30 a 计算 总计节约资金 3 339 万元 3 5社会环境影响比较 暖风器改造前 因为经常出现堵塞现象 每年 至少进行三次冲洗 单台炉每次冲洗暖风器用水 约为 40 50 t 空气预热器每半年进行一次水冲 03应用能源技术2013 年第 8 期 总第 188 期 洗 冲洗后的水被排放掉 单台炉每次冲洗水为 120 150 t 按每吨清洗水按 1 元计算 1 年的冲 洗费用约为 360 元 暖风器改造后 暖风器预计 堵塞现象减少 不需要进行水冲洗 空气预热器年 水冲洗也减少 单台炉每年冲洗费用约为 120 元 计节省冲洗费用240 元 机组寿命30 a 计算 共计节省约 7 200 t 水 约 0 72 万元 同时 因暖风器增加一路疏水管路引至高加 疏水扩容器实现疏水能够 100 回收利用 利于 实现节能降耗 水是人类赖以生存最宝贵的资源 尤其是在 干旱少雨的北方地区 为了节约水资源 应尽量 减少水的浪费 对水资源的节约就意味着对人类 社会发展的贡献 4结束语 基于某电站锅炉暖风器存在的风阻大 加热 效果差 疏水控制过于简单 维修量大等问题 本 文对不同形式的暖风器的运行性能 疏水控制方 式等进行了技术分析 并根据一 二次冷风道的特 点 实施了暖风器技术改造 改造结果表明 通过采用翅片管式换热器 采 用 去凝汽器疏水 方式和水侧调节等措施 取得 了很好的效果 1 实现了空气加热到规定要求的温度 换 热效果良好 2 可以使空预器空气进口端的冷端金属壁 温控制