锅炉暖风器系统设计及对锅炉热效率的影响_工程实践

摘要

摘要：分析了锅炉暖风器在实际使用中存在的问题及系统设计。结合实例，计算了暖风器运行对锅炉热效率的影响。采用暖风器通常会导致锅炉热效率的下降，该设备的主要作用是避免锅炉

摘要：分析了锅炉暖风器在实际使用中存在的问题及系统设计。结合实例，计算了暖风器运行对锅炉热效率的影响。采用暖风器通常会导致锅炉热效率的下降，该设备的主要作用是避免锅炉尾部设备发生低温腐蚀。

关键词：暖风器；锅炉热效率；低温腐蚀

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

当锅炉排烟温度低于烟气露点时，烟气中的酸性气体会在锅炉尾部凝结，导致锅炉尾部受热面的腐蚀。锅炉暖风器是布置在空气预热器进口风道中的换热器，采用暖风器后，空气预热器的传热温差减小，锅炉排烟温度随之升高，可防止锅炉低温腐蚀，但对锅炉的热效率也存在一定的影响。本文对锅炉暖风器系统的设计及对锅炉热效率的影响进行探讨。

1 锅炉暖风器应用中存在的问题

锅炉暖风器系统包括暖风器本体、疏水系统、阀门、管道等。暖风器一般位于送风机入口或送风机出口与空气预热器进口之间的管道上。暖风器应用中主要存在以下问题：

① 有些发电厂在运行一段时间后，实际燃用的煤种与设计燃用的煤种有较大变化，引起排烟温度明显升高而不需暖风器运行，或是暖风器运行后堵塞严重。这时，往往将暖风器旁通处理，以保证整个发电机组的正常运行。

② 疏水不畅，有振动现象。暖风器疏水不畅、管道振动的原因是多方面的，主要有：系统设计不合理，不能保证疏水通畅，造成疏水局部聚集，产生水击引起振动；暖风器的泄漏和不凝结气体的存在，使得暖风器出口易形成两相流动，引起振动；设备和管道布置考虑不周，造成局部聚集不凝结气体；暖风器疏水口位置设计不合理。

③ 对于设置疏水箱的暖风器系统，因疏水箱容量选择偏小，造成水位调节不灵敏甚至无法调节，疏水泵无法正常投运，凝结水得不到有效利用。

④ 暖风器泄漏。暖风器泄漏主要是由于管排间受热不均，频繁的热胀冷缩造成焊缝开裂。长期停用造成管道局部腐蚀，在检修时未做处理，再次投运后也易发生泄漏。

2 暖风器系统的设计

2.1 暖风器系统流程

采用出口侧调节的暖风器系统流程见图1^[1]。采用出口侧调节的暖风器系统在加热蒸汽进口母管上设有电动调节阀，在暖风器的进口管道上设手动调节阀，在出口管道上设电动调节阀及旁路管道。在发电机组正常运行时，进口管道上的调节阀全开，通过调节出口调节阀，控制加热蒸汽流量。采用出口侧调节的暖风器系统运行可靠，可较好地避免水击等引起的振动，调节性能较好。通过调节出口调节阀，可以调节加热蒸汽流量，充分利用加热蒸汽与一二次风的温差，提高热利用率，使得对较低品位蒸汽的利用成为可能，从而改善发电机组的热经济性。

采用进口调节的暖风器系统流程见图2。采用进口调节的暖风器系统在进口设有电动调节阀及旁通管道，通过调节进口阀门可调节加热蒸汽流量，从而调节锅炉排烟温度。由于蒸汽平衡管的存在，在低负荷情况下，不但易引起水击，导致振动，而且易使调节失灵，影响暖风器正常运行。

2.2 疏水箱、疏水泵的设计

① 应合理选择疏水箱的容量。由于疏水箱水位与疏水泵出口调节阀连锁，若水箱容量选择不当，易导致疏水泵出口调节阀频繁动作或调节失灵。从而导致凝结水不能正常排入除氧器，而不得不排入凝汽器或疏水扩容器，使发电机组的热经济性下降。

② 合理设计疏水箱和疏水泵的安装标高。一方面要保证从暖风器到疏水箱的疏水畅通，另一方面要保证疏水泵入口的压力满足疏水泵对汽蚀余量的要求。一种布置方法是将疏水箱布置在锅炉房的基准面，疏水泵布置在工作井内。

2.3 加热蒸汽参数的选择

若加热蒸汽的参数选择不当，易影响整个发电机组的热经济性，导致单位发电量煤耗增加1g/(kW·h)左右^[2]。若条件允许，应尽可能采用参数较低的抽汽作为加热蒸汽。

有关资料建议，额定容量在100MW以上的汽轮发电机组，抽汽点的压力不超过294kPa时，暖风器才能起到提高发电机组热经济性的作用。但在实际应用中，过低的加热蒸汽参数易导致供汽和疏水困难，发电机组低负荷时可能导致暖风器无法投运。额定容量为300、600MW的汽轮发电机组，加热蒸汽正常的运行参数为汽轮机第4级回热抽汽参数。

3 使用暖风器对锅炉热效率的影响

暖风器的采用对锅炉热效率产生了两方面的影响：由于锅炉排烟温度升高，引起锅炉热效率的降低；由于一二次风温度提高，引起锅炉热效率的提高。暖风器投运后，锅炉热效率变化量△η的计算式为^[3]：

式中△η——暖风器投运后，锅炉热效率变化量

△η₁-——暖风器投运后，锅炉排烟温度升高引起的锅炉热效率的减小量，为负值

△η₂——暖风器投运后，一二次风温度升高

引起的锅炉热效率增加量，为正值

△t₃——空气在暖风器中的温升，℃

K——排烟温度每变化1℃的热损失修正系数

△t₁——空气预热器进出口烟气温差，℃

△t₂——空气预热器进口烟气与进口空气温差，℃

q——单位燃料燃烧热量所对应的暖风器传热量，kJ/kJ

η——暖风器未运行时锅炉的热效率

β——空气预热器入口处的过剩空气系数

W_ar——燃料的收到基水分

R——燃料的低位发热量，kJ/kg

某670MW发电机组，采用超临界锅炉，设计燃料为烟煤，最大连续蒸发量为2150t/h，过热器出口蒸汽温度为571℃。燃料低位发热量为20.58MJ/kg，收到基水分为8.4%，过剩空气系数取1.3，锅炉额定热效率为93.6%。空气预热器的烟气进口温度取375℃，空气进口温度取9℃，排烟温度(无暖风器时)取125℃。暖风器温升取30℃，K=0.54×10^-3。由式(2)～(4)计算得，△η₁==1.11%，△η₂=0.09%。由式(1)计算得，暖风器对锅炉热效率的影响结果为-1.02%，即暖风器的投运将使锅炉热效率降低1.02%。

由以上计算可知，因一二次风温度提高引起的锅炉热效率提高值小于因锅炉排烟温度升高引起的锅炉热效率降低值。因此，采用暖风器通常会导致锅炉热效率的降低。

4 结论

① 在暖风器系统设计中，出口调节方法的效果要优于进口调节方法，可避免振动等问题。

② 在满足设备正常运行的前提下，加热蒸汽应尽量选用参数较低的蒸汽。

③ 采用暖风器通常会导致锅炉热效率降低和发电煤耗上升，设置该设备的主要作用是避免锅炉尾部设备发生低温腐蚀，延长使用寿命。

参考文献：

[1] 赵之军，黄志强，刘瑞阳，等.电站锅炉暖风器疏水侧调节的优越性[J].发电设备，2002，(5)：15-17.

[2] 史德安，王顺启，王浩.暖风器运行参数对机组运行经济性的影响[J].热力发电，2008，(4)：65-67.

[3] 林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安：西安交通大学出版社，1994.

(本文作者：李强¹ 郑钢¹ 孙平² 于涛¹ 1.国核电力规划设计研究院机械部北京 100094；2.国家知识产权局材料工程发明审查部北京 100088)