鍋爐暖風器系統(tǒng)設(shè)計及對鍋爐熱效率的影響

摘 要

摘要：分析了鍋爐暖風器在實際使用中存在的問題及系統(tǒng)設(shè)計。結(jié)合實例，計算了暖風器運行對鍋爐熱效率的影響。采用暖風器通常會導致鍋爐熱效率的下降，該設(shè)備的主要作用是避免鍋爐
摘要：分析了鍋爐暖風器在實際使用中存在的問題及系統(tǒng)設(shè)計。結(jié)合實例，計算了暖風器運行對鍋爐熱效率的影響。采用暖風器通常會導致鍋爐熱效率的下降，該設(shè)備的主要作用是避免鍋爐尾部設(shè)備發(fā)生低溫腐蝕。
關(guān)鍵詞：暖風器；鍋爐熱效率；低溫腐蝕
Design of Boiler Air Heater System and Its Influence on Thermal Efficiency of Boiler
LI Qiang，ZHENG Gang，SUN Ping，YU Tao
Abstract：The problems existing in actual application of air heater of boiler and the system design are analyzed. The influence of air beater operation on thermal efficiency of boiler is calculated with a case. Using air heater usually results in decrease in thermal efficiency of boiler. The primary role of the device is to avoid low-temperature corrosion in tail device of boiler.
Key words：air heater；thermal efficiency of boiler；low-temperature corrosion
    當鍋爐排煙溫度低于煙氣露點時，煙氣中的酸性氣體會在鍋爐尾部凝結(jié)，導致鍋爐尾部受熱面的腐蝕。鍋爐暖風器是布置在空氣預熱器進口風道中的換熱器，采用暖風器后，空氣預熱器的傳熱溫差減小，鍋爐排煙溫度隨之升高，可防止鍋爐低溫腐蝕，但對鍋爐的熱效率也存在一定的影響。本文對鍋爐暖風器系統(tǒng)的設(shè)計及對鍋爐熱效率的影響進行探討。
1 鍋爐暖風器應(yīng)用中存在的問題
    鍋爐暖風器系統(tǒng)包括暖風器本體、疏水系統(tǒng)、閥門、管道等。暖風器一般位于送風機入口或送風機出口與空氣預熱器進口之間的管道上。暖風器應(yīng)用中主要存在以下問題：
    ① 有些發(fā)電廠在運行一段時間后，實際燃用的煤種與設(shè)計燃用的煤種有較大變化，引起排煙溫度明顯升高而不需暖風器運行，或是暖風器運行后堵塞嚴重。這時，往往將暖風器旁通處理，以保證整個發(fā)電機組的正常運行。
    ② 疏水不暢，有振動現(xiàn)象。暖風器疏水不暢、管道振動的原因是多方面的，主要有：系統(tǒng)設(shè)計不合理，不能保證疏水通暢，造成疏水局部聚集，產(chǎn)生水擊引起振動；暖風器的泄漏和不凝結(jié)氣體的存在，使得暖風器出口易形成兩相流動，引起振動；設(shè)備和管道布置考慮不周，造成局部聚集不凝結(jié)氣體；暖風器疏水口位置設(shè)計不合理。
    ③ 對于設(shè)置疏水箱的暖風器系統(tǒng)，因疏水箱容量選擇偏小，造成水位調(diào)節(jié)不靈敏甚至無法調(diào)節(jié)，疏水泵無法正常投運，凝結(jié)水得不到有效利用。
    ④ 暖風器泄漏。暖風器泄漏主要是由于管排間受熱不均，頻繁的熱脹冷縮造成焊縫開裂。長期停用造成管道局部腐蝕，在檢修時未做處理，再次投運后也易發(fā)生泄漏。
2 暖風器系統(tǒng)的設(shè)計
2.1 暖風器系統(tǒng)流程
    采用出口側(cè)調(diào)節(jié)的暖風器系統(tǒng)流程見圖1[1]。采用出口側(cè)調(diào)節(jié)的暖風器系統(tǒng)在加熱蒸汽進口母管上設(shè)有電動調(diào)節(jié)閥，在暖風器的進口管道上設(shè)手動調(diào)節(jié)閥，在出口管道上設(shè)電動調(diào)節(jié)閥及旁路管道。在發(fā)電機組正常運行時，進口管道上的調(diào)節(jié)閥全開，通過調(diào)節(jié)出口調(diào)節(jié)閥，控制加熱蒸汽流量。采用出口側(cè)調(diào)節(jié)的暖風器系統(tǒng)運行可靠，可較好地避免水擊等引起的振動，調(diào)節(jié)性能較好。通過調(diào)節(jié)出口調(diào)節(jié)閥，可以調(diào)節(jié)加熱蒸汽流量，充分利用加熱蒸汽與一二次風的溫差，提高熱利用率，使得對較低品位蒸汽的利用成為可能，從而改善發(fā)電機組的熱經(jīng)濟性。
 

    采用進口調(diào)節(jié)的暖風器系統(tǒng)流程見圖2。采用進口調(diào)節(jié)的暖風器系統(tǒng)在進口設(shè)有電動調(diào)節(jié)閥及旁通管道，通過調(diào)節(jié)進口閥門可調(diào)節(jié)加熱蒸汽流量，從而調(diào)節(jié)鍋爐排煙溫度。由于蒸汽平衡管的存在，在低負荷情況下，不但易引起水擊，導致振動，而且易使調(diào)節(jié)失靈，影響暖風器正常運行。
 

2.2 疏水箱、疏水泵的設(shè)計
    ① 應(yīng)合理選擇疏水箱的容量。由于疏水箱水位與疏水泵出口調(diào)節(jié)閥連鎖，若水箱容量選擇不當，易導致疏水泵出口調(diào)節(jié)閥頻繁動作或調(diào)節(jié)失靈。從而導致凝結(jié)水不能正常排入除氧器，而不得不排入凝汽器或疏水擴容器，使發(fā)電機組的熱經(jīng)濟性下降。
    ② 合理設(shè)計疏水箱和疏水泵的安裝標高。一方面要保證從暖風器到疏水箱的疏水暢通，另一方面要保證疏水泵入口的壓力滿足疏水泵對汽蝕余量的要求。一種布置方法是將疏水箱布置在鍋爐房的基準面，疏水泵布置在工作井內(nèi)。
2.3 加熱蒸汽參數(shù)的選擇
    若加熱蒸汽的參數(shù)選擇不當，易影響整個發(fā)電機組的熱經(jīng)濟性，導致單位發(fā)電量煤耗增加1g/(kW·h)左右[2]。若條件允許，應(yīng)盡可能采用參數(shù)較低的抽汽作為加熱蒸汽。
    有關(guān)資料建議，額定容量在100MW以上的汽輪發(fā)電機組，抽汽點的壓力不超過294kPa時，暖風器才能起到提高發(fā)電機組熱經(jīng)濟性的作用。但在實際應(yīng)用中，過低的加熱蒸汽參數(shù)易導致供汽和疏水困難，發(fā)電機組低負荷時可能導致暖風器無法投運。額定容量為300、600MW的汽輪發(fā)電機組，加熱蒸汽正常的運行參數(shù)為汽輪機第4級回熱抽汽參數(shù)。
3 使用暖風器對鍋爐熱效率的影響
    暖風器的采用對鍋爐熱效率產(chǎn)生了兩方面的影響：由于鍋爐排煙溫度升高，引起鍋爐熱效率的降低；由于一二次風溫度提高，引起鍋爐熱效率的提高。暖風器投運后，鍋爐熱效率變化量△η的計算式為[3]：
 
式中△η——暖風器投運后，鍋爐熱效率變化量
    △η1-——暖風器投運后，鍋爐排煙溫度升高引起的鍋爐熱效率的減小量，為負值
    △η2——暖風器投運后，一二次風溫度升高
    引起的鍋爐熱效率增加量，為正值
    △t3——空氣在暖風器中的溫升，℃
    K——排煙溫度每變化1℃的熱損失修正系數(shù)
    △t1——空氣預熱器進出口煙氣溫差，℃
    △t2——空氣預熱器進口煙氣與進口空氣溫差，℃
    q——單位燃料燃燒熱量所對應(yīng)的暖風器傳熱量，kJ/kJ
    η——暖風器未運行時鍋爐的熱效率
    β——空氣預熱器入口處的過剩空氣系數(shù)
    War——燃料的收到基水分
    R——燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg
   某670MW發(fā)電機組，采用超臨界鍋爐，設(shè)計燃料為煙煤，最大連續(xù)蒸發(fā)量為2150t/h，過熱器出口蒸汽溫度為571℃。燃料低位發(fā)熱量為20.58MJ/kg，收到基水分為8.4%，過?？諝庀禂?shù)取1.3，鍋爐額定熱效率為93.6%?？諝忸A熱器的煙氣進口溫度取375℃，空氣進口溫度取9℃，排煙溫度(無暖風器時)取125℃。暖風器溫升取30℃，K=0.54×10-3。由式(2)～(4)計算得，△η1==1.11%，△η2=0.09%。由式(1)計算得，暖風器對鍋爐熱效率的影響結(jié)果為-1.02%，即暖風器的投運將使鍋爐熱效率降低1.02%。
    由以上計算可知，因一二次風溫度提高引起的鍋爐熱效率提高值小于因鍋爐排煙溫度升高引起的鍋爐熱效率降低值。因此，采用暖風器通常會導致鍋爐熱效率的降低。
4 結(jié)論
    ① 在暖風器系統(tǒng)設(shè)計中，出口調(diào)節(jié)方法的效果要優(yōu)于進口調(diào)節(jié)方法，可避免振動等問題。
    ② 在滿足設(shè)備正常運行的前提下，加熱蒸汽應(yīng)盡量選用參數(shù)較低的蒸汽。
    ③ 采用暖風器通常會導致鍋爐熱效率降低和發(fā)電煤耗上升，設(shè)置該設(shè)備的主要作用是避免鍋爐尾部設(shè)備發(fā)生低溫腐蝕，延長使用壽命。
參考文獻：
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[2] 史德安，王順啟，王浩.暖風器運行參數(shù)對機組運行經(jīng)濟性的影響[J].熱力發(fā)電，2008，(4)：65-67.
[3] 林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安：西安交通大學出版社，1994.
 
(本文作者：李強1 鄭鋼1 孫平2 于濤1 1.國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院機械部 北京 100094；2.國家知識產(chǎn)權(quán)局材料工程發(fā)明審查部 北京 100088)