330MW機(jī)組鍋爐暖風(fēng)器及疏水系統(tǒng)改造

黨國軍

【摘 要】本文主要介紹了旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器的特點、主要的技術(shù)參數(shù)及其結(jié)構(gòu)組成特點，在此基礎(chǔ)上了介紹了暖風(fēng)器的工作機(jī)理，最后深入研究了暖風(fēng)器及疏水系統(tǒng)的改造設(shè)計思路，并提出了相應(yīng)的改造方案。

【關(guān)鍵詞】暖風(fēng)器；工作原理；結(jié)構(gòu)特點；改造方案

0.引言

暖風(fēng)器是利用汽輪機(jī)低壓抽汽加熱空氣預(yù)熱器進(jìn)口空氣的熱交換器，安裝在送風(fēng)機(jī)出口與空氣預(yù)熱器入口之間，故又稱前置式空氣預(yù)熱器。隨著電站設(shè)備的綜合經(jīng)濟(jì)性及使用壽命的考慮，暖風(fēng)器作為電廠主要的鍋爐輔機(jī)設(shè)備之一，越來越被重視。較其他加熱方式，如熱風(fēng)再循環(huán)、電加熱等更具經(jīng)濟(jì)性和實用性。加裝暖風(fēng)器，使進(jìn)入空氣預(yù)熱器的空氣溫度升高，空氣預(yù)熱器壁溫升高，從而可防止低溫腐蝕。而且在鍋爐冷態(tài)啟動中，暖風(fēng)器可用來提高點火風(fēng)溫，改善初始燃燒條件，不僅節(jié)省啟動用油，而且大幅降低未燃燼油煙油垢聚積在尾部而引發(fā)二次燃燒可能性。是鍋爐安全經(jīng)濟(jì)啟動不可缺少重要措施之一。采用暖風(fēng)器后，使空氣預(yù)熱器的傳熱溫差減小，鍋爐排煙溫度也就下降，鍋爐熱效率提高，但暖風(fēng)器是以汽輪機(jī)低壓抽汽為加熱熱源，低壓抽汽量的增加，使汽輪機(jī)循環(huán)效率提高。鍋爐熱效率下降，汽輪機(jī)效率提高，兩者相互抵償，所以全廠效率基本不受影響。換熱效率是暖風(fēng)器的主要設(shè)計要素，也是考慮電廠綜合效率的關(guān)鍵，目前暖風(fēng)器是以廣泛使用的螺旋翅片管為換熱元件，它具有結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，散熱面積大，焊接牢固，不易積灰等優(yōu)點，和其他換熱元件比較其換熱面積擴(kuò)大 5～6%，節(jié)能效果顯著，其阻力特性和傳熱效率均得到國內(nèi)外的認(rèn)可。鍋爐的空氣預(yù)熱器入口端采用暖風(fēng)器后，可以避免在預(yù)熱器金屬表面造成的氧腐蝕和三氧化硫造成的硫酸腐蝕，使金屬壁的積灰大為減輕，不致因堵灰造成引風(fēng)阻力的增加，從而大大延長空氣預(yù)熱器的使用壽命，確保機(jī)組的安全運行。尤其在低負(fù)荷及原煤含硫量較大時，暖風(fēng)器的投入使用就充分體現(xiàn)了必要性和重要性。

暖風(fēng)器疏水的回收方式是利用磁力驅(qū)動泵，把回收水打至除氧器。由于疏水溫度較高，達(dá)到120℃左右，液位控制等經(jīng)常出現(xiàn)失靈，使磁力驅(qū)動泵容易汽化，導(dǎo)致?lián)p壞，維修頻繁，且磁力泵必須返廠維修，維修期較長。導(dǎo)致暖風(fēng)器疏水長期外排，造成工質(zhì)大量浪費，機(jī)組補(bǔ)水率大幅上升。

1.旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器的特點

冬季鍋爐正常運行中，由于煤中硫燃燒后產(chǎn)生的酸性蒸汽，當(dāng)?shù)陀诼饵c溫度時，就會發(fā)生酸液凝結(jié)引起灰垢粘結(jié)和對設(shè)備腐蝕。據(jù)運行情況，冬季不投用暖風(fēng)器而引發(fā)空預(yù)器嚴(yán)重堵灰，造成送引風(fēng)機(jī)電流增大，風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)擋板開足，直接危脅機(jī)組安全運行，影響機(jī)組帶負(fù)荷能力。投用暖風(fēng)器能使受熱面壁溫比酸露點溫度高（20℃以上），就能大幅減少低溫粘結(jié)灰（有也是松散的）。傳熱元件結(jié)露堵灰后，還影響到熱交換率的下降和漏風(fēng)率增加，引發(fā)鍋爐效率降低。但暖風(fēng)器在使用中，也常出現(xiàn)負(fù)面影響。暖風(fēng)器布置在送風(fēng)機(jī)與空預(yù)器之間，一年中有數(shù)月時間不通蒸汽，隨著運行時間延續(xù)，風(fēng)道入口帶進(jìn)粉塵飛蟲等雜物沉積在散熱片上，同樣加大了風(fēng)道阻力。據(jù)電廠運行統(tǒng)計，暖風(fēng)器設(shè)計阻力 23mmH2O，運行數(shù)月后阻力能增大到 100mmH2O 以上，特別是夏季風(fēng)機(jī)擋板開足后，對機(jī)組安全運行構(gòu)成危脅。傳統(tǒng)型暖風(fēng)器投用不正常另一原因是，傳熱元件前后排靠彎管連接，運行中管內(nèi)蒸汽一般經(jīng)進(jìn)口過熱蒸汽，降溫為飽和蒸汽，冷凝為飽和水，再降溫為過冷水易發(fā)生因溫差大、疏水不暢、應(yīng)力大而易泄漏，運行維護(hù)量大而被迫退出運行。

新型旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器針對傳統(tǒng)型暖風(fēng)器在機(jī)組長周期運行中出現(xiàn)問題，而設(shè)計的。其特點有三方面：一是滿足暖風(fēng)器通蒸汽時熱交換能力不變，減輕和防止空預(yù)器低溫腐蝕堵灰的發(fā)生；二是滿足暖風(fēng)器不通蒸汽時，最大限度降低風(fēng)道阻力的要求，即翻轉(zhuǎn) 90 度，不僅大幅降低風(fēng)道阻力，而且減少了雜物在傳熱元件上沉積，再次投用時傳熱效果不減；三是新型暖風(fēng)器操作維護(hù)，簡便，簡單的控制就實現(xiàn)了節(jié)能效果。

新型暖風(fēng)器安裝位置不變，在送風(fēng)機(jī)與空預(yù)器入口風(fēng)道之間，根據(jù)風(fēng)道實際狀況將 暖風(fēng)器分成幾個汽水回路，安裝內(nèi)置的框架上。這樣做的目的即減輕重量又方便轉(zhuǎn)動， 有利汽水回路建立，避免疏水不暢等現(xiàn)象發(fā)生。分組還可以根據(jù)運行情況，全投或分組 投，從而提高了設(shè)備可靠性。

新型可翻轉(zhuǎn)暖風(fēng)器的正常投用熱交換功能沒有改變，空預(yù)器冬季低溫腐蝕堵灰程度 得到減輕，提高了空預(yù)器熱交換能力，改善鍋爐燃燒風(fēng)溫，其安全效益和經(jīng)濟(jì)效益十分 可觀。可翻轉(zhuǎn)的功能還使得夏季風(fēng)道阻力大幅下降，帶來改善風(fēng)機(jī)運行條件，全年僅一 臺爐風(fēng)機(jī)節(jié)電產(chǎn)生多供電量 50 萬度以上，折標(biāo)煤 100 多噸。

新型暖風(fēng)器翻轉(zhuǎn)功能可在機(jī)組正常運行中進(jìn)行，結(jié)構(gòu)上又方便分組隔離和保養(yǎng)。與 老式暖風(fēng)器相比還排除了自身傳熱元件積灰堵塞問題，再次投用傳熱效果不減。分析了 傳統(tǒng)暖風(fēng)器經(jīng)常發(fā)生泄漏是因為熱應(yīng)力不均所至，新型暖風(fēng)器汽水回路克服了這一點， 設(shè)備可靠性大幅提高，其直接和間接安全效益和經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

目前節(jié)能降耗、節(jié)約增效越來越受社會各行各業(yè)重視，是人類自身求生存發(fā)展的需要，同樣是電廠求生存求發(fā)展的需要。隨著環(huán)保業(yè)越來越受人們的關(guān)注，大部分電廠投用脫硫設(shè)備，提高了發(fā)電成本，另一方面是采用，這就促使低硫煤價格上升同樣發(fā)電成本上升，但對已使用脫硫設(shè)備電廠控制煤價成為首選，結(jié)果是鍋爐燃煤含硫量會比以往高一檔次，卻可以降低燃煤成本來提高競爭能力。這種情況下，鍋爐尾部空預(yù)器傳熱元件金屬防腐防堵就尤其重要。酸對設(shè)備的腐蝕將是非常嚴(yán)重的，當(dāng)受熱面的溫度低于煙氣的露點時，煙氣中的水蒸汽和硫燃燒后所產(chǎn)生的三氧化硫結(jié)合成的硫酸會凝結(jié)在受熱面上，嚴(yán)重地腐蝕受熱面。如果將受熱面壁溫提高到 20℃以上，低溫腐蝕低溫堵灰將會得到有效控制。綜上所述，節(jié)能新型暖風(fēng)器即防止低溫腐蝕堵灰，又消除自身不足，達(dá)到節(jié)能的效 果，大大改善鍋爐運行條件，為機(jī)組安全高效長周期運行打下基礎(chǔ)，每年還能帶來十分 可觀經(jīng)濟(jì)效益。

2.暖風(fēng)器的主要技術(shù)參數(shù)

針對改造項目，設(shè)計了符合工程的旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器。一、二次風(fēng)暖風(fēng)器的主 要技術(shù)參數(shù)見表1：

表1 暖風(fēng)器主要技術(shù)參數(shù)

3.暖風(fēng)器工作原理和結(jié)構(gòu)

3.1暖風(fēng)器工作原理

暖風(fēng)器采用框架結(jié)構(gòu)式，通過反法蘭與煙道密封連接，根據(jù)煙道的大小可以分為單 片形式或是多片并聯(lián)形式。一般換熱片組合后，安裝在足夠剛性的框架上。并且一端必 須為浮動連接，以抵消產(chǎn)生的膨脹變形。蒸汽入口端通入高溫蒸汽，通過翅片管加熱風(fēng) 道中空氣，冷卻的蒸汽及水從疏水出口通入再循環(huán)系統(tǒng)，暖風(fēng)器同系統(tǒng)管道聯(lián)接時，中 間應(yīng)設(shè)置彎頭以補(bǔ)償熱脹冷縮。可旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器以手動、電動、氣動等多種驅(qū)動形式實 現(xiàn)換熱片的轉(zhuǎn)動，滿足節(jié)能降耗的要求。一般暖風(fēng)器設(shè)計壓力不大于 2.5Mpa，設(shè)計溫度 不高于 400℃。傳熱片交叉排列的幾組螺旋翅片管束，通過上下聯(lián)箱聯(lián)接后安裝在金屬框 架內(nèi)，它具有傳熱效果好，阻力小，堅固耐用，安裝維修方便等特點。螺旋翅片管束采 用整體鍍鋅處理，框架內(nèi)外涂有耐熱油漆，并聯(lián)單片之間及暖風(fēng)器與風(fēng)道聯(lián)接處均有密 封墊，保證了暖風(fēng)器的防銹防腐能力和密封性能。

旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器主要通過傳動機(jī)構(gòu)提供的動力，實現(xiàn)傳熱管束在風(fēng)道中的位置的控制，以減少風(fēng)道內(nèi)阻力，實現(xiàn)節(jié)能降耗的。暖風(fēng)器工作時，傳熱管束垂直于風(fēng)道；暖風(fēng)器不 工作時，傳熱管束平行于風(fēng)道。具體實現(xiàn)如下：傳動裝置也可以使用手動、電動、氣動 等形式產(chǎn)生動力，推動擺臂作 90癨u27491？向回轉(zhuǎn)，擺臂帶動連桿機(jī)構(gòu)，將扭矩傳遞至每片傳 熱管束的上軸上，多片傳熱管束便在框架中同時作正向 90癨u22238？轉(zhuǎn)，使得傳熱管束完全垂 直于風(fēng)道，這時，暖風(fēng)器就可以投入工作，由蒸汽入口端通入高溫蒸汽，傳熱管便開始 加熱風(fēng)道中的冷風(fēng)；如果風(fēng)道中的空氣無需加熱時，側(cè)可以停止暖風(fēng)器工作。首先停止通入加熱蒸汽，再由傳動裝置發(fā)出動力，推動擺臂作 90癨u21453？向回轉(zhuǎn)，擺臂帶動連桿機(jī)構(gòu) 反向動作，多片傳熱管束便在框架中同時反向 90癨u22238？轉(zhuǎn)，使得傳熱管束恢復(fù)原位，完全 平行于風(fēng)道，將風(fēng)道的阻力降到最低。

3.2暖風(fēng)器的主要結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)式暖風(fēng)器主要由框架、可旋轉(zhuǎn)熱面、上下支撐、手動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、分體法蘭、蒸 汽入口及疏水出口等組成。

（1）框架是設(shè)備的基礎(chǔ)構(gòu)架，承受著其它所有零部件的重量和運行載荷，所以框架其 采用優(yōu)質(zhì)板材折彎成型，保證整個設(shè)備的強(qiáng)度和運行的穩(wěn)定性。暖風(fēng)器框架采用分片式結(jié) 構(gòu)，充分考慮了設(shè)備運輸可行，安裝合理，調(diào)試、維修簡便等的多方面的因素。

（2）暖風(fēng)器熱面是設(shè)備功能的實現(xiàn)部件，是換熱零件的集成，其主要由上下空心軸、蒸汽集箱、疏水集箱、換熱管和兩側(cè)加強(qiáng)板等組成。該熱面是承受高溫高壓的重要部件，也是換熱效果的保證部件，所以在設(shè)計中的精確計算和制造過程中嚴(yán)格控制保證了該部件的質(zhì)量和一致性。從材料的選擇和采購到焊接工藝的控制，再到部件的檢驗檢測， 全過程多方位的確保產(chǎn)品符合安全性要求和使用性要求。換熱管采用鋼鋁復(fù)合翅片管（見圖二）。雙金屬鋁軋片式翅片管是一種高效的傳熱元件，基管可根據(jù)管內(nèi)介質(zhì)的要求選 用不銹鋼、碳鋼、耐蝕鋼、鎳鋼、鈦管等，鋁管經(jīng)過粗、精兩次軋制，形成緊套在基管 上的鋁翅片管。由于鋁的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)高于鋼，鋁翅片管翅片很高，片厚很薄，翅化比高 達(dá) 20 以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其它形式翅片管，具有很高的傳熱效率。翅片管具有多種規(guī)格供選 擇，設(shè)計過程中在滿足換熱面積的前提下力求將阻力降到最低。

（3）上下支撐組件是保證熱面可以旋轉(zhuǎn)的支撐件，由于其旋轉(zhuǎn)零件涉及了高溫，為保證可以長期有效的運行，防止銹死、卡滯等弊端，其軸承件采用了不銹鋼材質(zhì)，在主受力端（疏水側(cè)）根據(jù)暖風(fēng)器的布置形式將采用不同的可調(diào)心軸承，同時預(yù)留了加注潤滑的開口，只要打開軸承座的蓋板，就可以方便的給軸承添加潤滑脂。注意，如需使用 潤滑脂，請選擇適合溫度的牌號。上支撐（蒸汽入口端）由于溫度高，而且將存在膨脹 位移，所以采用了無油軸套結(jié)構(gòu)，確保其高溫性能。

（4）在暖風(fēng)器熱面的兩端各設(shè)計了一套分體法蘭。其主要功能是兩個：一是保證可以方便的更換上下軸承，避免了焊接法蘭在更換軸上零部件時要割斷主軸的繁瑣工作；二是可以方便的和設(shè)備關(guān)鍵部件旋轉(zhuǎn)接頭實現(xiàn)密封連接，保證設(shè)備可以實現(xiàn)在線旋轉(zhuǎn)，而無需脫開法蘭或管道等設(shè)備，簡化操作流程。

（5）在暖風(fēng)器的蒸汽入口及疏水出口處各設(shè)置了旋轉(zhuǎn)接頭，通過該接頭可以在不斷開 連接管道的情況下實現(xiàn)暖風(fēng)器熱面的旋轉(zhuǎn)功能，也就是在固定管道和旋轉(zhuǎn)管道間設(shè)置了 過渡。旋轉(zhuǎn)接頭由采用不同的材質(zhì)外筒和內(nèi)管組成，并以小間隙配合，保證在高溫下的 配合性能及有效防止腐蝕銹死。外筒體固定，內(nèi)管可作旋轉(zhuǎn)，分別通過法蘭與管道連接， 在外筒與內(nèi)管之間采用耐高溫的密封材料，保證其密封性能。旋轉(zhuǎn)街頭不但實現(xiàn)了動態(tài) 密封，同時具有吸收部分暖風(fēng)器線性膨脹的能力。在外筒上設(shè)有固定連接板，用來固定 外殼，防止旋轉(zhuǎn)力矩傳遞給固定管道。

4.系統(tǒng)設(shè)計

每臺鍋爐設(shè)置4臺暖風(fēng)機(jī)組，在空預(yù)器冷端溫度低于138℃時分別投運加熱鍋爐一二次風(fēng)。

設(shè)計參數(shù)：

（1）一次風(fēng)暖風(fēng)器耗汽：3.88t/h， 加熱蒸汽入口參數(shù)： 0.38Mpa、150℃。

（2）二次風(fēng)暖風(fēng)器耗汽：9.10t/h. 加熱蒸汽入口參數(shù)： 0.38Mpa、150℃。

暖風(fēng)器疏水自流至鍋爐房0米疏水箱（2.5m3），疏水箱標(biāo)高在4.2米處，疏水箱底部設(shè)置兩臺流量在10m3/h的磁力驅(qū)動泵，通過磁力驅(qū)動泵加壓至1.5Mpa，打入汽機(jī)除氧器。疏水箱底部另設(shè)一路管道至鍋爐定排擴(kuò)容器，在疏水泵故障或疏水水質(zhì)不合格時直接排入定排。

冷凝水回收現(xiàn)狀。

由于暖風(fēng)器疏水溫度較高，液位控制等經(jīng)常出現(xiàn)失靈，使磁力驅(qū)動泵容易汽化損壞，維修頻繁，且該泵必須返廠維修，維修期也較長。導(dǎo)致暖風(fēng)器疏水長期外排，造成工質(zhì)大量浪費，機(jī)組補(bǔ)水率大幅上升。

5.改造方案

采用無動力疏水器組把疏水輸送到凝汽器高加緊急疏水?dāng)U容器底部。

杠桿浮球疏水器結(jié)構(gòu)及工作原理：

如圖所示：暖風(fēng)器疏水進(jìn)入杠桿浮球式疏水器，水位高時浮球上升將排水孔打開，水位低時，浮球下降將排水孔關(guān)閉，反復(fù)開啟，保持疏水器一定的水位。

5.1疏水器接入方案

因考慮到技術(shù)改造方案的不確定性。故改造分兩步走。如圖所示：

首先原系統(tǒng)不動，在原暖風(fēng)器疏水泵進(jìn)出口管路上引出兩根管路￠89mm，在疏水泵一側(cè)接入疏水器，疏水器管路設(shè)前后截止門及旁路門。在鍋爐房A磨煤機(jī)處6.3m處，原暖風(fēng)器疏水泵至#1機(jī)除氧器管路上用三通引出一道管路沿6.3m進(jìn)入汽機(jī)房，最終引至#1機(jī)凝汽器高加緊急疏水?dāng)U容器預(yù)留口。如圖虛線所示為新加管路。

系統(tǒng)改造后，可將疏水泵投運，至除氧器管路隔離，將暖風(fēng)器疏水經(jīng)自動疏水器引至高加緊急疏水?dāng)U容器。若該系統(tǒng)投運不正常，可仍用原疏水泵系統(tǒng)。

若系統(tǒng)改造后，自動疏水器運行正常，可逐步將原疏水泵系統(tǒng)拆除。

5.2改造時間

2011年11月1日-11月10日。

5.3所需材料

表2 所需材料

6.結(jié)束語

暖風(fēng)器作為電廠主要的鍋爐輔機(jī)設(shè)備之一，越來越被重視。較其他加熱方式，如熱風(fēng)再循環(huán)、電加熱等更具經(jīng)濟(jì)性和實用性。隨著暖風(fēng)器技術(shù)的不斷提高和完善，暖風(fēng)器的結(jié)構(gòu)越來越符合實際應(yīng)用情況，不僅是效率不斷提高，更將節(jié)能等的諸多優(yōu)點結(jié)合起來，符合現(xiàn)代化產(chǎn)品的要求。本文深入研究了暖風(fēng)器及疏水系統(tǒng)的改造設(shè)計思路，并提出了相應(yīng)的改造方案。

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