華能大連電廠4號(hào)機(jī)組空氣預(yù)熱器優(yōu)化改造

張 偉，李明輝，王 博

（華能?chē)?guó)際電力股份有限公司大連電廠，遼寧 大連 116100）

華能大連電廠4號(hào)機(jī)組空氣預(yù)熱器優(yōu)化改造

張 偉，李明輝，王 博

（華能?chē)?guó)際電力股份有限公司大連電廠，遼寧 大連 116100）

以華能大連電廠4號(hào)機(jī)組的空氣預(yù)熱器為例，從降低預(yù)熱器整體運(yùn)行阻力的角度，提出了通過(guò)重新布局換熱元件，降低空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率進(jìn)而提升鍋爐熱效率的優(yōu)化改造方案。實(shí)踐證明，優(yōu)化改造效果明顯，可供類(lèi)似機(jī)組空氣預(yù)熱器的優(yōu)化改造參考。

鍋爐；空氣預(yù)熱器；換熱元件；漏風(fēng)率

為了提高大型電站鍋爐的熱效率，空氣預(yù)熱器被廣泛應(yīng)用在大功率機(jī)組中。對(duì)于功率重復(fù)350 MW重復(fù)的鍋爐，通常采用結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱面密度、質(zhì)量較輕且低溫腐蝕不嚴(yán)重的回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器作為尾部換熱設(shè)備?；剞D(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器由于其自身固有的特性漏風(fēng)量較大，會(huì)隨著使用時(shí)間以及工況環(huán)境的變化被逐步放大，甚至影響整個(gè)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，因此該問(wèn)題一直為各電廠提高經(jīng)濟(jì)效益需要解決的關(guān)鍵點(diǎn)。

華能大連電廠4號(hào)機(jī)組的空氣預(yù)熱器采用容克式三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式，原始設(shè)計(jì)中未加裝二次密封，也未安裝氣隙控制系統(tǒng)，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀況下，其密封性能下降、轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間摩擦加大。此外，煙氣長(zhǎng)時(shí)間接觸空氣預(yù)熱器的換熱元件后，會(huì)產(chǎn)生伴有腐蝕性的粘聚積灰，尤其當(dāng)鍋爐使用含硫量較高的燃煤時(shí)，對(duì)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器內(nèi)金屬表面會(huì)造成腐蝕，冷端熱交換層特別明顯。腐蝕和積灰嚴(yán)重影響了換熱效率，且難以清除，增加了空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子的運(yùn)行阻力，進(jìn)而增大漏風(fēng)率。根據(jù)2015年4月對(duì)其進(jìn)行的漏風(fēng)率測(cè)定，在350 MW負(fù)荷下漏風(fēng)率已經(jīng)超過(guò)10%。

這2種情況不但降低鍋爐的整體效率、增加風(fēng)機(jī)的耗電量，也嚴(yán)重影響鍋爐正常工作。為了降低漏風(fēng)率，提高機(jī)組效率，針對(duì)華能大連電廠4號(hào)鍋爐空氣預(yù)熱器進(jìn)行優(yōu)化改造。

1 原理分析及改造方案

回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率高是由其自身特點(diǎn)所決定的，整體機(jī)構(gòu)分為動(dòng)、靜2個(gè)部分，各倉(cāng)室之間密封不良，存在間隙。由于從鍋爐排出的煙氣壓力高于自上而下的空氣壓力，這個(gè)壓力差和空氣預(yù)熱器自身的密封間隙，造成漏風(fēng)。該漏風(fēng)根據(jù)形成原因不同被分為直接漏風(fēng)和結(jié)構(gòu)漏風(fēng)（攜帶漏風(fēng)）2部分。前者占主要部分，由2個(gè)倉(cāng)室之間的壓力差作為動(dòng)力，通過(guò)密封系統(tǒng)的縫隙，產(chǎn)生漏風(fēng)；后者則是由自身構(gòu)造引起的。結(jié)構(gòu)漏風(fēng)量的計(jì)算公式為

式中D——轉(zhuǎn)子直徑，m；

d——中心軸直徑，m；

n——轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度，r／min；

y——轉(zhuǎn)子內(nèi)換熱元件所占容比，%；

H——轉(zhuǎn)子高度，m。

對(duì)于這類(lèi)空氣預(yù)熱器而言，結(jié)構(gòu)漏風(fēng)可看做是自身特點(diǎn)，也是自身缺點(diǎn)，并且是不可避免的。通過(guò)該渠道造成的漏風(fēng)一般僅占總漏風(fēng)量的5%，份額很少。而且當(dāng)空氣預(yù)熱器部分施工完成后，該漏風(fēng)量不隨著時(shí)間而變化，可認(rèn)為是不變的。直接漏風(fēng)量會(huì)隨著空氣預(yù)熱器的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行變得愈為嚴(yán)重，其計(jì)算公式如下：

式中 Δp——進(jìn)風(fēng)空氣氣道與煙氣氣道的壓差，kPa；

ρ——空氣預(yù)熱器內(nèi)平均氣體密度，kg／m3；

K——空氣預(yù)熱器泄漏系數(shù)；

F——間隙面積，m2。

根據(jù)式（2）可以得到如下結(jié)論：漏風(fēng)率與泄漏系數(shù)K、間隙面積F、空氣與煙氣的壓力差ΔP的平方根成正比，要降低漏風(fēng)量，就必須減小K，F(xiàn)，Δp值。

其中Δp是直接漏風(fēng)的主要因素，由于回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器本身分為靜、動(dòng)2個(gè)部分，為了便于動(dòng)轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，2個(gè)部分之間必留有間隙，因此氣體會(huì)在Δp的壓力下，壓力高的一側(cè)會(huì)向低壓側(cè)和煙氣側(cè)漏風(fēng)，而其它3個(gè)變量基本上對(duì)于同1臺(tái)空氣預(yù)熱器是常量。

容克式空氣預(yù)熱器直接漏風(fēng)的主要區(qū)域如下：轉(zhuǎn)子上部熱端徑向密封片和扇形板之間；轉(zhuǎn)子側(cè)面軸向密封片和軸向圓弧板之間；轉(zhuǎn)子下部冷端徑向密封片和扇形板之間；轉(zhuǎn)子中心筒上下固定密封盤(pán)和中心密封片之間；扇形板和軸向圓弧板側(cè)面和兩端的靜密封區(qū)域；轉(zhuǎn)子上、下部T字鋼和旁路密封片之間（煙、空氣旁通）。

對(duì)于華能大連電廠4號(hào)鍋爐空氣預(yù)熱器情況，要保證其快速實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)，最有效的辦法就是減小空氣側(cè)與煙氣側(cè)的壓力差。因此，此次空氣預(yù)熱器采用的優(yōu)化方案如下：

a.將3層布置的換熱元件改為2層，通過(guò)優(yōu)化換熱元件結(jié)構(gòu)，一方面保證交換效率；另一方面，優(yōu)化空氣動(dòng)力機(jī)構(gòu)，使空氣阻力減小，從而減小2個(gè)氣道之間的壓力差；

b.采用濕法噴涂工藝?yán)涠藫Q熱元件，采用符合EN10209標(biāo)準(zhǔn)的脫碳鋼作為金屬基材，鍍層為進(jìn)口搪瓷釉料，能有效減少低溫腐蝕和粘聚積灰；

c.對(duì)必要的密封原件加以更換。

2 改造效果評(píng)估及分析

2.1 測(cè)算公式

鍋爐熱效率試驗(yàn)的測(cè)定以入爐煤低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)，采用反平衡法計(jì)算各項(xiàng)熱損失［1］。計(jì)算公式如下：

式中q2——排煙熱損失比例，%；

q3——未完全燃燒可燃?xì)怏w熱損失比例，%；

q4——未完全燃燒固體熱損失比例，%；

q5——鍋爐散熱損失比例，%；

q6——?dú)埩艋以锢頍釗p失比例，%。

在鍋爐試驗(yàn)期間，送風(fēng)溫度、給水溫度以及燃料自身特性會(huì)偏離其對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)值，因此對(duì)鍋爐的熱效率測(cè)量值進(jìn)行修正。

溫度偏差對(duì)排煙溫度的修正公式如下：

式中—排煙溫度，℃；

——設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度，℃；

——低溫段進(jìn)口煙氣溫度，℃；

——實(shí)測(cè)排煙溫度，℃；

——實(shí)測(cè)基準(zhǔn)溫度，℃。

給水溫度偏差對(duì)排煙溫度的修正公式如下：

式中θ′sm——省煤器入口煙氣溫度，℃；

θ″sm——省煤器出口煙氣溫度，℃；

t′k——進(jìn)入空氣預(yù)熱器實(shí)測(cè)空氣溫度，℃；

θ′ky——進(jìn)入空氣預(yù)熱器煙氣溫度，℃；

——實(shí)際給水溫度，℃；

——設(shè)計(jì)給水溫度，℃。

當(dāng)實(shí)際給水溫度與設(shè)計(jì)值偏差在10℃以內(nèi)，可以考慮不予修正，本試驗(yàn)小于10℃的偏差未予修正。

整個(gè)鍋爐燃煤機(jī)組試驗(yàn)發(fā)電煤耗計(jì)算公式如下：

式中bf——發(fā)電煤耗，g／kWh；

HRt——汽輪機(jī)熱耗率，kJ／kWh；

ηgl——鍋爐效率，%；

hgd——管道效率，%。

另有供電煤耗與廠用電率關(guān)系如下：

式中bg——供電煤耗，g／kWh；

ec——廠用電率，%。

空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率測(cè)試是與350 MW負(fù)荷下鍋爐熱效率試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行的。對(duì)于煙氣的組分，采用網(wǎng)格法進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)位置取空氣預(yù)熱器入口以及出口煙道，采樣周期為15 min，每次采樣檢驗(yàn)煙氣中的O2、RO2和CO含量。

根據(jù)ASMEPTC4.3，該試驗(yàn)漏風(fēng)率按下面公式計(jì)算：

式中AL——漏風(fēng)率，%；

WG14——煙氣氣道中入口濕煙氣量，kg／kg；

WG15——煙氣氣道中出口濕煙氣量，kg／kg。

2.2 鍋爐效率試驗(yàn)分析

4號(hào)機(jī)組鍋爐熱效率對(duì)比如表1所示，μ0表示機(jī)組熱效率，T1表示修正后排煙溫度，μ1表示機(jī)組修正熱效率。

表1 4號(hào)機(jī)組鍋爐熱效率對(duì)比

通過(guò)表1，得到如下結(jié)論。

a.該機(jī)組工作負(fù)荷為350 MW時(shí)，經(jīng)改造后鍋爐機(jī)組熱效率為94.18%，經(jīng)換算、修正計(jì)算后熱效率為93.91%，與改造前熱效率93.89%相比，提高了0.02%。

b.該機(jī)組工作負(fù)荷為280 MW時(shí)，經(jīng)改造后鍋爐機(jī)組熱效率為93.94%，經(jīng)換算、修正計(jì)算后熱效率為93.95%，與改造前熱效率93.89%相比，提高了0.07%。

c.該機(jī)組工作負(fù)荷為210 MW時(shí)，經(jīng)改造后鍋爐機(jī)組熱效率為93.66%，經(jīng)換算、修正計(jì)算后熱效率為93.68%，與改造前熱效率93.42%相比，提高了0.26%。

與改造前的3種負(fù)荷狀態(tài)下鍋爐效率平均值相比，經(jīng)過(guò)升級(jí)后，鍋爐的熱效率平均提高了0.12%。比較表中q2、q3、q4、q5可以看出，升級(jí)后的鍋爐機(jī)組熱效率損失主要為排煙熱損失q2，該結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了本次優(yōu)化改造是提升鍋爐熱效率的主要因素。

3 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)對(duì)空氣預(yù)熱器氣道入口的煙氣量進(jìn)行檢測(cè)以及式（8）的計(jì)算，能夠得到表2所示的漏風(fēng)率情況。A、B空氣預(yù)熱器經(jīng)過(guò)改造后，A側(cè)預(yù)熱器漏風(fēng)率為4.418%，B側(cè)漏風(fēng)率為4.626%；兩側(cè)的預(yù)熱器平均漏風(fēng)率為4.522%，與改造前相比，漏風(fēng)率降低了5.488%。

表2 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率對(duì)比

空氣預(yù)熱器壓力變化如表3所示，經(jīng)過(guò)升級(jí)、改造后的空氣預(yù)熱器風(fēng)機(jī)出口的一、二次風(fēng)壓降低，這是由于將換熱層從3層改為2層后預(yù)熱器整體阻力變小。根據(jù)式（2）可知，漏風(fēng)率也隨著一、二次風(fēng)壓的降低而減小。另外，冷端元件的更換，使得2層換熱器更不容易積累灰塵，對(duì)降低預(yù)熱器的整體阻力有所幫助［2－5］。

表3 空氣預(yù)熱器壓力變化 kPa

4 結(jié)束語(yǔ)

漏風(fēng)量大、旋轉(zhuǎn)部件空氣阻力大是回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器在各電廠鍋爐機(jī)組運(yùn)行中存在的常見(jiàn)問(wèn)題。從華能大連電廠4號(hào)鍋爐空氣預(yù)熱器升級(jí)改造的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，優(yōu)化改造方案達(dá)到了預(yù)期效果，相比增加密封層而言，其可靠性更高，易損元件較少，為電廠提高效率提供有效解決方案，可為其它電廠提供借鑒。

［1］張永德，段鐵成，邱愛(ài)玲.淺談回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)控制［J］.東北電力技術(shù)，2000，21（8）：2－5.

［2］綦明明，肖 靜，冷 杰，等.600 MW亞臨界機(jī)組綜合升級(jí)改造后鍋爐性能探討［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（11）：19－21.

［3］羅江勇，呂新樂(lè)，韓 琪.超臨界鍋爐脫硝改造后空預(yù)器吹灰器異常分析［J］.東北電力技術(shù)，2015，36（7）：29－32.

［4］吳景興，徐憲斌.三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)治理［J］.東北電力技術(shù)，2002，23（5）：35－37.

［5］馬金鳳，吳景興，韓志華.回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器漏風(fēng)綜合治理［J］.東北電力技術(shù)，2001，22（11）：1－4.

Optimizing Transformation on Air Preheater of No.4 Boiler for Huaneng Dalian Power Plant

ZHANG Wei，LI Ming?hui，WANG Bo
（Huaneng Power Inc.Dalian Power Plant，Dalian，Liaoning 116100，China）

The air preheater of boiler No.4 unit in Huaneng Dalian power plant is taken as the research object in this study.From lower preheat?er overall running resistance angles，reducing the optimization of air preheater leakage rate and improving the thermal efficien?cy of the boiler are presented through the relayout.Facts show that the optimization effect is obvious.The results offer a reference to optimize the transformation of similar units for air preheater.

Boiler；Air preheater；Heat exchanger component；Leakage rate

TK264

A

1004－7913（2016）06－0049－04

張 偉（1975—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)榛鹆Πl(fā)電機(jī)系統(tǒng)及其控制。

2016－02－18）