330MW燃煤發(fā)電機組鍋爐空氣預熱器性能優(yōu)化

戴 禮，姚 杰

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

燃煤發(fā)電是我國目前主要的電力供應形勢，2016年其發(fā)電的發(fā)電量占總發(fā)電量的71.6%[1]?？諝忸A熱器作為鍋爐重要的輔助設備，可以將入爐空氣進行預熱，提高整個機組的運行效率[2]。然而在實際運行過程中，空氣預熱器一般存在漏風，積灰堵塞以及腐蝕等問題，增加供電煤耗的同時降低經(jīng)濟效益，甚至導致機組無法在高負荷的條件下穩(wěn)定運行[3-4]。

某發(fā)電廠330MW燃煤機組鍋爐為亞臨界參數(shù)，一次中間再熱、平衡通風、前后墻對沖燃燒、單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、煙氣擋板、噴水調(diào)節(jié)再熱汽溫、鍋爐房緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)“Π”型汽包鍋爐，燃用蒲白、澄合貧煤?？諝忸A熱器為回轉(zhuǎn)式，受熱面分為高溫段、中溫段和低溫段。鍋爐主要設計參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要設計參數(shù)

表2 電廠煤質(zhì)特性

表2(續(xù))

1 空氣預熱器現(xiàn)存問題研究

在330MW負荷工況下，空氣預熱器A、B兩側(cè)的傳熱效率分別為0.5820和0.6186,均低于設計煙氣側(cè)傳熱效率0.6997。對影響由于空氣預熱器傳熱能力的三個主要因素漏風率、阻力以及排煙溫度進行測試，找出空氣預熱器現(xiàn)存問題。

1.1 空氣預熱器漏風率測試

回轉(zhuǎn)式空氣預熱器普遍存在漏風問題。當空氣預熱器漏風時，大量空氣會通過間隙直接進入煙氣管道。引風機抽走直接進入的空氣，增大了引風機和送風機的電耗，增大排煙熱損失，導致鍋爐效率下降[5-6]。漏風嚴重時，爐膛內(nèi)的送風量不足，使得入爐煤份不能完全燃盡，鍋爐系統(tǒng)只能維持在較低負荷運行，甚至會導致停爐等事故的發(fā)生。本文在300MW、240MW、165MW三個負荷工況下進行空預器漏風率試驗，結(jié)果見圖1所示。

圖1 三種負荷下的漏風率

空氣預熱器漏風率隨負荷減小而增大，三種工況下，AB兩側(cè)的空預器漏風率均高于10%，漏風嚴重。研究表明，回轉(zhuǎn)式空氣預熱器的漏風率在6.5%以下，才能達到煤粉鍋爐的控制水平[7]。

1.2 空氣預熱器阻力測試

本文在330MW工況下進行空預器阻力測試結(jié)果見表3。

表3 空氣預熱器煙氣側(cè)阻力測試

330MW工況下空氣預熱器A、B兩側(cè)的阻力分別為2060Pa和2091Pa，比設計值1284Pa分別高776Pa和807Pa，說明空氣預熱器存在嚴重的堵灰現(xiàn)象。

1.3 排煙溫度低于煙氣酸露點

當鍋爐出口煙氣溫度低于酸露點時，酸蒸氣便會在受熱面上凝結(jié)，造成受熱面的低溫腐蝕[8-9]。

在燃燒煤質(zhì)(收到基碳52.55%，收到基氫2.89%，收到基氧4.24%，收到基氮0.72%，收到基硫2.26%，收到基灰分33.05%，全水分4.30%)，機組負荷330MW時，根據(jù)前蘇聯(lián)《鍋爐機組熱力計算標準方法》(1973年版)計算出煙氣露點溫度為104.72。修正后(試驗期間含硫量最大值為2.87%，過量空氣系數(shù)1.40)112℃。在環(huán)境溫度為24.85℃時，空氣預熱器出口煙氣溫度最低為114.3℃。當鍋爐負荷較低、煤種含硫量增大、環(huán)境溫度低于24.85℃時，空氣預熱器的排煙溫度會低于煙氣酸露點溫度，造成空氣預熱器的低溫腐蝕，積灰堵塞，阻力增大，換熱能力下降。

2 空氣預熱器性能優(yōu)化措施

2.1 空氣預熱器密封治理

傳統(tǒng)空氣預熱器密封技術(shù)是采用剛性有間隙密封技術(shù)，在動靜間保持一個最小間隙，達到漏風最小。由于空氣預熱器的蘑菇狀變形問題，而且這種變形隨負荷環(huán)境溫度不斷發(fā)生變化，很難達到一個最佳的動靜之間的間隙值。為了有效的解決空氣預熱器的漏風嚴重的問題，將剛性有間隙密封技術(shù)更換為柔性接觸式空預器密封技術(shù)，可以長期有效控制空氣預熱器漏風率在5%左右。

2.2 空氣預熱器蓄熱元件改造

對空氣預熱器進行熱力平衡計算，校核換熱面積。按校核后的換熱面積制作新蓄熱元件，整體更換原有蓄熱元件，增強預熱器換熱效果，降低排煙溫度。排煙溫度低于酸露點，會產(chǎn)生酸性腐蝕，因此將中溫段和低溫段受熱面合并為一段，冷鍛受熱面涵蓋整個酸蒸氣的生成溫度。采用抗堵塞和腐蝕能力較強的鍍搪瓷材料設計成高吹灰通透性的大波紋型，如NF型等，提高抗腐蝕能力的同時增強堵塞能力。

3 空氣預熱器性能優(yōu)化后效果分析

3.1 空氣預熱器優(yōu)化后漏風率測試

如圖2所示，空氣預熱器優(yōu)化后，漏風率最低可達6.89%，空氣預熱器的漏風率大幅降低。

圖2 空氣預熱器優(yōu)化前后漏風率對比

3.2 空氣預熱器優(yōu)化后阻力測試

由圖3可知空氣預熱器改造后A側(cè)阻力為1490Pa，B側(cè)阻力為1530Pa與優(yōu)化前的A側(cè)阻力2060Pa和B側(cè)阻力2091Pa相比，效果明顯。

圖3 空氣預熱器改造前后阻力對比圖

3.3 排煙溫度

空氣預熱器優(yōu)化后排煙溫度得到較大降低，在330MW負荷下修正后的排煙溫度為138.94℃已經(jīng)達到設計水平，與修前330MW工況修正后排煙溫度149.87℃，修后排煙溫度降低10.93℃，空氣預熱器的換熱能力增強。

4 結(jié)論

通過空氣預熱器的受熱面優(yōu)化調(diào)整，增加蓄熱元件面積，有效降低排煙溫度，降低煤耗。受熱面采用抗堵塞和腐蝕能力較強的鍍搪瓷材料設計成高吹灰通透性的大波紋型，解決了空氣預熱器堵灰和腐蝕問題，提高機組的帶負荷能力。優(yōu)化調(diào)整后，提高電廠的經(jīng)濟效益，該優(yōu)化方案具有較好的推廣和借鑒價值。