田 鑫，胡 清，孫少鵬，朱文中，王光培

(1.華電電力科學(xué)研究院，杭州 310030; 2.杭州華電能源工程有限公司，杭州 310030)

新型電站鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)優(yōu)化分析

田 鑫1,2，胡 清1,2，孫少鵬1,2，朱文中1,2，王光培1,2

(1.華電電力科學(xué)研究院，杭州 310030; 2.杭州華電能源工程有限公司，杭州 310030)

文章從空氣預(yù)熱器的運(yùn)行特性出發(fā)，分析介紹了前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器、前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器與低壓省煤器的組合系統(tǒng)、新型電站鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)的運(yùn)行特性，并對這三種系統(tǒng)進(jìn)行了對比分析。得出以下結(jié)論：新型電站鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)冬季工況下可作為暖風(fēng)器使用，防止空預(yù)器出現(xiàn)積灰及低溫腐蝕問題，且可部分回收煙氣余熱，夏季工況下則可實現(xiàn)煙氣余熱的深度回收；控制合理的熱媒水流量，系統(tǒng)不存在低溫腐蝕問題。

空氣預(yù)熱器；前置式；新型電站鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)；煙氣余熱回收；低溫腐蝕

0 引 言

空氣預(yù)熱器是將鍋爐尾部的煙氣預(yù)熱進(jìn)入鍋爐前的空氣的熱交換器。其主要作用是利用煙氣熱量加熱進(jìn)入鍋爐的空氣，以提高鍋爐換熱效率，降低鍋爐的能量消耗[1]。空氣預(yù)熱器的運(yùn)行效果對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大影響。

但由于空預(yù)器進(jìn)口為常溫空氣，其風(fēng)溫較低，由此帶來換熱器的運(yùn)壁溫很低，換熱器易出現(xiàn)低溫酸腐蝕以及堵灰等問題，帶來運(yùn)行阻力增大、風(fēng)機(jī)功率增大等問題，最終導(dǎo)致廠用電增加，系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性降低。這些問題在燃用劣質(zhì)煤種及高灰分的煤種時尤為嚴(yán)重，大大降低鍋爐負(fù)荷、縮短空預(yù)器的使用壽命，對電廠鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來重大威脅[2-5]。

為解決空預(yù)器存在的的上述運(yùn)行問題，國內(nèi)外的很多電廠都為機(jī)組配備了暖風(fēng)器系統(tǒng)。暖風(fēng)器系統(tǒng)是采用汽輪機(jī)抽汽預(yù)熱空預(yù)器進(jìn)口空氣，提高空預(yù)器的運(yùn)行溫度，以提高換熱器的運(yùn)行壁溫，可有效防止空預(yù)器的低溫腐蝕和堵灰問題[6]。但根據(jù)節(jié)能定量分析理論[7]，暖風(fēng)器系統(tǒng)采用汽機(jī)抽汽加熱空氣雖然可有效防止空預(yù)器的低溫腐蝕和堵灰問題，但由于空預(yù)器的進(jìn)口風(fēng)溫提高，空預(yù)器出口溫度也即鍋爐排煙溫度升高，導(dǎo)致鍋爐效率降低。針對以上問題，國內(nèi)外的專家學(xué)者對暖風(fēng)器做出了很多的改進(jìn)。

1 前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器

前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器，系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)由煙氣側(cè)受熱面、空氣側(cè)受熱面、熱媒水循環(huán)管道、循環(huán)泵及閥門等部件構(gòu)成，以閉式循環(huán)的熱媒水或其他溶劑作為中間傳熱媒介，將鍋爐尾部排煙余熱轉(zhuǎn)移至空預(yù)器入口空氣側(cè)，該系統(tǒng)采用全年運(yùn)行的方式[8-10]。

圖1 前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器

目前，在工業(yè)鍋爐中，已有設(shè)置前置式空氣預(yù)熱器來提高機(jī)組效率、穩(wěn)定鍋爐燃燒的應(yīng)用案例[11]。同時在火力發(fā)電廠煙氣余熱的深度回收利用領(lǐng)域，國際上也使用了前置式空氣預(yù)熱器。德國Niederaussem電廠K號機(jī)組[12]布置了一級前置式空氣預(yù)熱器，利用除塵器后的低溫?zé)煔忸A(yù)熱空預(yù)器入口的低溫空氣，并在空預(yù)器旁路煙道設(shè)置高溫省煤器利用鍋爐的高溫?zé)煔饧訜釞C(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)高加凝結(jié)水，實現(xiàn)機(jī)組供電標(biāo)煤耗下降7g/(kW.h)的目的，節(jié)能效益顯著。德國Mehrum電站的712 MW煙煤燃用機(jī)組則在脫硫塔進(jìn)口布置了一級前置式空氣預(yù)熱器，利用煙氣余熱加熱空預(yù)器入口的一、二次冷風(fēng)[13]。但該系統(tǒng)在夏季進(jìn)口風(fēng)溫較高的工況下，若繼續(xù)運(yùn)行前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器，對全廠熱效率的貢獻(xiàn)會有較大的降低，導(dǎo)致機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性變差。

2 前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器與低壓省煤器的組合系統(tǒng)

針對前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器夏季工況經(jīng)濟(jì)性較差的問題，山東大學(xué)的陸萬鵬、孫奉仲等[14-15]人提出了一種前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器與低壓省煤器的組合系統(tǒng)，系統(tǒng)如圖2所示。該系統(tǒng)的中間熱媒介質(zhì)通常為閉式循環(huán)水，系統(tǒng)包含煙氣側(cè)受熱面和空氣側(cè)受熱面，并與機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)并聯(lián)連接。在需要暖風(fēng)器時段，系統(tǒng)以前置式空預(yù)器方式運(yùn)行，通過空預(yù)器進(jìn)風(fēng)回收煙氣余熱；在不需要暖風(fēng)器時段，系統(tǒng)以低壓省煤器方式運(yùn)行時，通過回?zé)嵯到y(tǒng)的凝結(jié)水回收鍋爐尾部煙氣余熱，排擠汽機(jī)的低加抽汽，進(jìn)入汽輪機(jī)做功，提高機(jī)組做功量，提高全廠熱效率。

圖2 前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器與低壓省煤器組合系統(tǒng)

系統(tǒng)克服了在不需要暖風(fēng)階段，前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器經(jīng)濟(jì)性較差的缺陷，但由于系統(tǒng)采用金屬材質(zhì)的煙氣換熱器，因此換熱器的運(yùn)行受到壁溫的限制；另外，由于換熱器的設(shè)計必須匹配暖風(fēng)器的運(yùn)行特性，因此在不需要暖風(fēng)階段，低壓省煤器的運(yùn)行存在著煙氣余熱回收力度有限、無法實現(xiàn)深度回收的問題。

3 新型電站鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)

綜合分析以上前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器存在的問題，并結(jié)合國內(nèi)外專家學(xué)者在氟塑料換熱器領(lǐng)域的研究成果[16-17]，文章提出一種新型電站鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)，系統(tǒng)如圖3所示。該系統(tǒng)主要包含低壓省煤器、氟塑料換熱器以及空氣側(cè)換熱器共三組換熱器，其中：低壓省煤器布置在空預(yù)器和除塵器之間，通過熱媒水(凝結(jié)水或熱網(wǎng)水)回收煙氣余熱；氟塑料換熱器布置在除塵器和脫硫塔之間，通過熱媒水深度回收煙氣中的余熱，回收的煙氣余熱可回到系統(tǒng)的凝結(jié)水或熱網(wǎng)水中，在冬季工況下也可用于加熱空預(yù)器進(jìn)口低溫空氣；空氣側(cè)換熱器布置在空預(yù)器進(jìn)風(fēng)管道上，空氣側(cè)換熱器的熱媒水進(jìn)回水管道與氟塑料換熱器相連接。

圖3 新型電站鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)

在空預(yù)器進(jìn)口空氣溫度較低需要暖風(fēng)的季節(jié)，關(guān)閉氟塑料換熱器與低壓省煤器的連接閥門，氟塑料換熱器與低壓省煤器單獨運(yùn)行，氟塑料換熱器中的熱媒水吸收脫硫塔入口煙氣余熱后，進(jìn)入暖風(fēng)器，加熱空預(yù)器進(jìn)口空氣，提供空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)溫；低壓省煤器則吸收空預(yù)器出口煙溫的余熱，排擠低加或供暖抽汽，增加機(jī)組的做功量，提高機(jī)組效率。

在空預(yù)器進(jìn)口空氣溫度較高不需要暖風(fēng)的季節(jié)，關(guān)閉氟塑料換熱器與暖風(fēng)器相連的閥門，熱媒水依次經(jīng)過氟塑料換熱器、低壓省煤器，回收煙氣余熱回到機(jī)組的凝結(jié)水或熱網(wǎng)水中，實現(xiàn)煙氣余熱的深度回收。

系統(tǒng)不僅可以降低除塵器入口及脫硫塔入口的煙氣溫度，實現(xiàn)煙氣余熱的深度回收，還可提高除塵器的除塵效率， 節(jié)約脫硫系統(tǒng)的減溫水補(bǔ)水量；在需要暖風(fēng)的季節(jié)，還可以利用煙氣余熱加熱空預(yù)器的進(jìn)風(fēng)，防止空預(yù)器出現(xiàn)低溫腐蝕、積灰等問題，降低空預(yù)器運(yùn)行過程中的損失。此外，通過控制流經(jīng)低壓省煤器的熱媒水流量，保證低壓省煤器出口煙溫始終高于酸露點溫度，確保換熱器不受到低溫酸腐蝕問題；同時，該系統(tǒng)布置在脫硫塔前的換熱器為氟塑料換熱管材質(zhì)，因此在實現(xiàn)煙氣余熱深度回收的同時，換熱器不存在低溫腐蝕問題，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

4 綜合對比分析

以上論述分析了前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器的特性，并對其與低壓省煤器組合的系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，還提出了一種新型電站鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)。結(jié)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點、運(yùn)行特點等條件，三種系統(tǒng)的對比分析結(jié)果見表1。

表1 三種系統(tǒng)的對比分析

通過表1的對比分析可知：相比于前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器及其與低壓省煤器的組合系統(tǒng)，新型電站鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)冬季可作為暖風(fēng)器使用，防止空預(yù)器出現(xiàn)積灰及低溫腐蝕問題，低壓省煤器則可部分回收煙氣余熱；夏季工況下，低壓省煤器則與氟塑料換熱器串聯(lián)運(yùn)行，實現(xiàn)煙氣余熱的深度回收；另外，合理地控制流經(jīng)低壓省煤器的熱媒水流量，保證低壓省煤器不存在低溫腐蝕問題，氟塑料換熱器則完全避免了換熱器的低溫腐蝕問題。

5 結(jié)束語

文章從空預(yù)器的運(yùn)行特性出發(fā)，分析介紹了前置式液相介質(zhì)空氣預(yù)熱器及其與低壓省煤器的組合系統(tǒng)的運(yùn)行特性，并提出了一種新型電站鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)。通過對比分析，得出以下結(jié)論：

(1)新型電站鍋爐暖風(fēng)器系統(tǒng)冬季工況下可作為暖風(fēng)器使用，防止空預(yù)器出現(xiàn)積灰及低溫腐蝕問題，且可部分回收煙氣余熱，夏季工況下則可實現(xiàn)煙氣余熱的深度回收。

(2)控制合理的熱媒水流量，可保證低壓省煤器不存在低溫腐蝕問題，氟塑料換熱器則不存在低溫腐蝕問題。

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The Optimization Analysis of the New System of the Air Heaterin the Utility Boiler

TIAN Xin1,2, HU Qing1,2, SUN Shao-peng1,2, ZHU Wen-zhong1,2, WANG Guang-pei1,2

(1. Huadian Electric Power Research Institute, Hangzhou 310030, China;2. Hangzhou Huadian Energy Engineering Institute, Hangzhou 310030, China)

From the operating characteristics of the air preheater, this article introduced and analyzed the operating characteristics of the front-loading air preheater with liquid mediator and the combined system with the low pressure coal feeder, and the new system of the air heater in the utility boiler. The characteristics of these three systems were analyzed comparatively. The results showed that: during the winter condition, the new system about the air heater in the utility boiler could be used as the air heater, preventing the air preheater from the low temprature corrision, meanwhile the new system can recovery the fuel gas heat; during the summer condition, the new system can achieve the deeply heat recovery of the fuel gas. Viaing the flow rate control of the medium water, the system has no low temprature corrision problem.

Air preheater; Front-loading; New system of the air heater in the utility boiler; Fuel gas heat recovery; Low temprature corrision

2015-04-28

2015-05-11

田鑫(1979-)，男，博士研究生，畢業(yè)于重慶大學(xué)動力工程學(xué)院，工程熱物理專業(yè)。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.06.007

TK229.3

B

1009-3230(2015)06-0032-04