利用密封風(fēng)機(jī)進(jìn)行鍋爐冬季保溫的研究

孫五一，孫 潔，韓高巖

（1.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310014；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

鍋爐是火力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，合理的保溫結(jié)構(gòu)和良好的施工工藝是保證鍋爐正常運(yùn)行的必要條件。鍋爐保溫的基本作用是對(duì)鍋爐進(jìn)行絕熱，減少其散熱損失[1]。隨著鍋爐參數(shù)的提升，現(xiàn)代鍋爐保溫大都采用復(fù)合保溫技術(shù)，這樣既保證了保溫效果又有足夠的經(jīng)濟(jì)性[2]。目前鍋爐常用的保溫材料為硅酸鋁制品、巖棉制品，且一般情況下2種材料搭配使用，硅酸鋁制品在內(nèi)，巖棉制品在外，澆注料一般為耐火可塑料、耐火澆注料、保溫澆注料和保溫抹面材料。保護(hù)層主要采用0.7 mm或0.75 mm的鋁合金平板和鋁合金壓型板[3-4]。大型燃煤電站鍋爐利用熱介質(zhì)（如蒸汽、熱風(fēng)等）提高爐膛內(nèi)部溫度的主動(dòng)保溫技術(shù)一直比較匱乏。

新疆某350 MW超臨界機(jī)組鍋爐水壓試驗(yàn)后由于地域原因設(shè)備未能及時(shí)到貨，工程進(jìn)度相對(duì)緩慢，對(duì)鍋爐整體采取濕法保養(yǎng)。進(jìn)入冬季后氣溫逐漸降低，雖鍋爐房緊身封閉已完善，但暖通系統(tǒng)安裝調(diào)試極度滯后，鍋爐部分管壁監(jiān)測(cè)溫度一度接近0℃。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管屏實(shí)際布置情況，分隔屏、后屏、高再、末過(guò)采用垂直管屏布置（圖1），最簡(jiǎn)單有效的低點(diǎn)放水手段無(wú)法實(shí)施。為防止氣溫繼續(xù)下降管屏內(nèi)保養(yǎng)液結(jié)凍損壞管屏，亟需采取相應(yīng)的爐膛保暖措施。

圖1 鍋爐簡(jiǎn)單側(cè)視

1 冬季常用應(yīng)急提高鍋爐管壁溫度方法

目前鍋爐冬季常規(guī)采用的應(yīng)急提高管壁溫度方法大致有2種。

1.1 直接升溫法

利用溫度較高工質(zhì)進(jìn)行管壁內(nèi)部循環(huán)，由此直接提高管壁溫度。通常鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)都考慮到引入爐底加熱蒸汽或預(yù)留加熱蒸汽接口?？梢岳谜羝苯油ㄈ霠t膛底部水冷壁進(jìn)口集箱與原有保養(yǎng)液進(jìn)行混合升溫[5-6]。由于蒸汽直接進(jìn)入與保養(yǎng)液混合，整個(gè)加熱升溫過(guò)程中會(huì)持續(xù)降低保養(yǎng)液濃度，需定期監(jiān)測(cè)保養(yǎng)液濃度，及時(shí)利用藥品提升濃度。而利用外置管式換熱器則可避免此類(lèi)情況的發(fā)生。實(shí)際操作過(guò)程中需增加管式換熱器、閥門(mén)、管道等臨時(shí)設(shè)備，整體安裝過(guò)程周期較長(zhǎng)且投入人工和設(shè)備成本相對(duì)較高。對(duì)于部分無(wú)爐水循環(huán)泵鍋爐，則需要繼續(xù)增加循環(huán)動(dòng)力源。

1.2 間接升溫法

向爐膛內(nèi)部直接通入熱介質(zhì)，通過(guò)提升爐膛內(nèi)部整體環(huán)境溫度，從而達(dá)到提高管壁溫度的目的。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中鍋爐房的緊身封閉和暖通加熱也屬于間接升溫法的利用。目前發(fā)電廠內(nèi)常見(jiàn)的熱介質(zhì)有蒸汽和熱風(fēng)。

（1）利用蒸汽。

利用永久或臨時(shí)蒸汽管道向爐膛噴射蒸汽進(jìn)行保溫。施工汽源管路相對(duì)較長(zhǎng)，施工周期不易掌控，蒸汽投用步驟繁瑣。蒸汽噴射口區(qū)域相對(duì)溫度偏高，極易受熱不均勻。由于蒸汽直接噴入，爐膛內(nèi)部空氣濕度極高，而殘留煙氣粘結(jié)在管壁外的灰垢中所含SO3和SO2成份與潮濕空氣中水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成H2SO3和H2SO4物質(zhì)的酸性垢[3]，這些腐蝕性物質(zhì)可以通過(guò)松散的Fe2（SO4）3滲透到金屬表面，與金屬形成電化學(xué)腐蝕，管壁被溶解腐蝕后會(huì)生成許多微小腐蝕坑，其坑內(nèi)的溶液與坑外溶液相比，pH值下降，溶解氧的濃度下降，這樣會(huì)形成電位差，使得坑內(nèi)腐蝕進(jìn)步一加強(qiáng)，致使腐蝕進(jìn)一步擴(kuò)展、加深[7-8]。這是一個(gè)相對(duì)緩慢的腐蝕過(guò)程，實(shí)際應(yīng)用中也應(yīng)盡量避免此類(lèi)情況發(fā)生。

（2）利用熱風(fēng)。

熱風(fēng)入爐可以保證爐膛內(nèi)部相對(duì)干燥的環(huán)境，不易發(fā)生酸性腐蝕。常規(guī)方法采用增加一套暖風(fēng)設(shè)備，利用風(fēng)機(jī)，將冷風(fēng)通過(guò)電加熱或蒸汽加熱式暖風(fēng)器由爐底或經(jīng)風(fēng)道吹入。實(shí)際操作中增加設(shè)備相對(duì)投入成本較高，采購(gòu)、施工周期也較長(zhǎng)。

2 優(yōu)化改造方案實(shí)施及效果

2.1 優(yōu)化改造方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣溫下降情況，新增設(shè)備用以提高水冷壁及過(guò)、再熱器溫度的方案，由于采購(gòu)、運(yùn)輸、施工、調(diào)試周期過(guò)長(zhǎng)而一一被否定。調(diào)研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，密封風(fēng)機(jī)多布置在磨煤機(jī)旁，在磨煤機(jī)運(yùn)行當(dāng)中，為了防止正壓的一次熱空氣攜帶著粉塵泄漏，設(shè)置了與傳動(dòng)盤(pán)同心的密封裝置，并且為每套制粉系統(tǒng)都配有專(zhuān)門(mén)的密封風(fēng)系統(tǒng)[9-10]。

密封風(fēng)機(jī)作用：

（1）將密封風(fēng)引入磨煤機(jī)下架體動(dòng)靜密封處，防止一次風(fēng)粉外漏污染環(huán)境。

（2）將密封風(fēng)引入磨輥支架，用以密封輥軸中間的動(dòng)靜骨架油封部位，防止風(fēng)粉進(jìn)入磨輥軸承中，損壞磨輥軸承。

（3）將密封風(fēng)用于拉桿密封。

為滿足以上要求，對(duì)于單臺(tái)磨煤機(jī)來(lái)說(shuō)密封風(fēng)的風(fēng)壓要求至少大于進(jìn)入該磨煤機(jī)一次風(fēng)風(fēng)壓2 kPa[11-13]?，F(xiàn)場(chǎng)布置上密封風(fēng)機(jī)與微油暖風(fēng)器、熱一次風(fēng)管有效距離近，并與希望增加的暖風(fēng)設(shè)備基本屬性相同。通過(guò)在密封風(fēng)機(jī)進(jìn)口增加大氣連通管和在密封風(fēng)機(jī)出口增加至磨煤機(jī)熱一次風(fēng)的聯(lián)絡(luò)管完成工藝的轉(zhuǎn)變，利用密封風(fēng)機(jī)和微油暖風(fēng)器作為介質(zhì)動(dòng)力源和熱源提供一種爐膛內(nèi)部保暖升溫的技術(shù)，具體改造后流程詳見(jiàn)圖2。

圖2 改造后流程

整體改造難度和施工成本極低，且毋須新增設(shè)備，改造響應(yīng)速度快。使用手動(dòng)閥則可將成本控制在2萬(wàn)以?xún)?nèi)，3個(gè)工人1天內(nèi)可完成所有管道焊接和閥門(mén)安裝工作。整體施工完成后，操作過(guò)程簡(jiǎn)便，只需打開(kāi)2個(gè)手動(dòng)門(mén)或者電動(dòng)門(mén)。熱風(fēng)利用原有燃燒器噴口進(jìn)入爐膛，保證了爐內(nèi)空氣流場(chǎng)的均勻性。風(fēng)量、風(fēng)溫均可由DCS（分散控制系統(tǒng)）遠(yuǎn)方操作控制。系統(tǒng)投運(yùn)過(guò)程中暖磨一直進(jìn)行，暖風(fēng)器也處于投運(yùn)狀態(tài)。大大縮短后期機(jī)組啟動(dòng)時(shí)磨組改變運(yùn)行方式所需時(shí)間。

2.2 系統(tǒng)投切時(shí)閥門(mén)狀態(tài)和流程

（1）系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)磨煤機(jī)為停止?fàn)顟B(tài)且內(nèi)部須保證無(wú)存煤，圖2中原有隔離門(mén)①，原有隔離門(mén)③，原有隔離門(mén)④，原有隔離門(mén)⑤，原有調(diào)門(mén)⑦均關(guān)閉，原有隔離門(mén)②打開(kāi)；新增隔離門(mén)a，新增隔離門(mén)b打開(kāi)，暖風(fēng)器投運(yùn)；利用新增隔離門(mén)a，新增隔離門(mén)b和新增風(fēng)道c建立新的循環(huán)：

大氣→隔離門(mén)a→密封風(fēng)機(jī)→隔離門(mén)b→磨煤機(jī)熱一次風(fēng)道→暖風(fēng)器→磨煤機(jī)→燃燒器噴口。

（2）在系統(tǒng)投用期間可利用原有調(diào)門(mén)⑥精確控制進(jìn)入爐膛內(nèi)的熱風(fēng)流量，以及利用通過(guò)微油暖風(fēng)器的蒸汽量控制熱風(fēng)溫度。

（3）系統(tǒng)不投用時(shí)且磨煤機(jī)為運(yùn)行狀態(tài)，原有隔離門(mén)①，原有隔離門(mén)②，原有隔離門(mén)③，原有隔離門(mén)④，原有隔離門(mén)⑤均打開(kāi)；新增隔離門(mén)a，新增隔離門(mén)b關(guān)閉；進(jìn)行原有循環(huán)：冷一次風(fēng)母管→隔離門(mén)④→密封風(fēng)機(jī)→隔離門(mén)⑤→磨煤機(jī)密封部件。

2.3 系統(tǒng)投運(yùn)及效果

2.3.1 系統(tǒng)投運(yùn)前

系統(tǒng)投運(yùn)前的確認(rèn)檢查主要針對(duì)通風(fēng)制粉系統(tǒng)、鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)溫度點(diǎn)的確認(rèn)。

（1）通風(fēng)制粉系統(tǒng)檢查。確保磨煤機(jī)、給煤機(jī)內(nèi)無(wú)存煤。由于熱風(fēng)的通入磨煤機(jī)各部位的耐受程度不同。給煤機(jī)皮帶易受熱老化。遂關(guān)閉給煤機(jī)進(jìn)、出口閘板，關(guān)閉給煤機(jī)密封風(fēng)擋板。磨輥內(nèi)腔中的合成烴SHG高溫軸承齒輪油可在110℃以上運(yùn)行。系統(tǒng)投用時(shí)確保進(jìn)入磨煤機(jī)熱風(fēng)溫度低于110℃即可。磨煤機(jī)齒輪箱和旋轉(zhuǎn)分離器減速箱油溫以及兩者內(nèi)部溫度均可通過(guò)DCS在線監(jiān)測(cè)，如達(dá)到報(bào)警值可投入冷卻水并開(kāi)啟油泵進(jìn)行循環(huán)降溫。

（2）鍋爐整體檢查?？紤]到密封風(fēng)機(jī)整體風(fēng)量相對(duì)偏小，為防止熱量過(guò)多損失，確認(rèn)并關(guān)閉所有煙道擋板，不建立爐底水封，利用爐底與撈渣機(jī)間隙進(jìn)行自然泄壓。燃燒器層以上熱空氣流動(dòng)性較差，且熱空氣密度相對(duì)較輕，易聚集在爐膛頂部，對(duì)于頂部管屏升溫保暖效果明顯。但對(duì)于后煙井處布置的低再和省煤器加熱效果不甚理想，考慮到氣溫持續(xù)降低可能會(huì)導(dǎo)致部分死角以及疏水管路中保養(yǎng)液結(jié)凍，在系統(tǒng)投運(yùn)前將低再和省煤器中保養(yǎng)液放盡。

（3）溫度監(jiān)測(cè)手段確認(rèn)。機(jī)組處于安裝調(diào)試階段，水冷壁溫度信號(hào)已完成安裝聯(lián)調(diào)工作可以用于監(jiān)測(cè)。而過(guò)、再熱器壁溫安裝工作未開(kāi)展，對(duì)于此類(lèi)DCS無(wú)法監(jiān)視的管屏溫度采取人工進(jìn)入爐內(nèi)，使用手持式紅外測(cè)溫儀進(jìn)行逐一測(cè)量并記錄每個(gè)系統(tǒng)管屏最低點(diǎn)溫度。

2.3.2 系統(tǒng)投運(yùn)后

系統(tǒng)投運(yùn)后爐膛整體負(fù)壓無(wú)變化，維持磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)量13 t/h，進(jìn)口風(fēng)溫69℃。持續(xù)通風(fēng)20 h后，水冷壁整體溫度上升明顯。選取水冷壁四周最低點(diǎn)溫度，可發(fā)現(xiàn)前期監(jiān)測(cè)壁溫中最低點(diǎn)右側(cè)螺旋管水冷壁溫度由0.9℃上升至5.7℃。并且整體水冷壁溫差由之前的3.9℃下降至3.1℃。整體溫升效果明顯。理論得到實(shí)踐充分驗(yàn)證后，通過(guò)增大密封風(fēng)機(jī)出力至18 t/h并提高磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫至78℃，保溫系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行。過(guò)熱器、再熱器人工巡檢測(cè)量溫度在系統(tǒng)投運(yùn)72 h后則可達(dá)到14℃左右（如表1所示），整個(gè)冬季管屏最低點(diǎn)監(jiān)測(cè)溫度長(zhǎng)期保持在14℃以上。改造后實(shí)際應(yīng)用中效果理想。并且該項(xiàng)改造完成后提出了一種新的防凍技術(shù)，可以滿足鍋爐低氣溫水壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于防凍措施的要求（試驗(yàn)應(yīng)當(dāng)在環(huán)境溫度高于或者等于5℃時(shí)進(jìn)行，低于5℃時(shí)應(yīng)當(dāng)有防凍措施[14]）。

表1 系統(tǒng)投運(yùn)72 h管屏就地監(jiān)測(cè)溫度

3 結(jié)語(yǔ)

密封風(fēng)機(jī)在大型火力發(fā)電廠中主要應(yīng)用于防止煤粉外泄、降低磨煤機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部分磨損和兼具部分冷卻作用。利用現(xiàn)有設(shè)備簡(jiǎn)單改變工藝流程從而增加其功能，提高了設(shè)備利用率。同時(shí)密封風(fēng)機(jī)普遍采用離心風(fēng)機(jī)，較高的風(fēng)壓也有利于形成爐內(nèi)流場(chǎng)，熱風(fēng)利用燃燒器噴口進(jìn)入爐膛，對(duì)爐膛內(nèi)部溫升的均勻提高有一定幫助。

密封風(fēng)系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，安裝進(jìn)度也較快。而密封風(fēng)取自冷一次風(fēng)，一次風(fēng)機(jī)啟動(dòng)則需滿足諸多條件。導(dǎo)致密封風(fēng)機(jī)試轉(zhuǎn)在整體調(diào)試和檢修工作中相對(duì)滯后。工藝改造后則可將密封風(fēng)機(jī)試轉(zhuǎn)工作提前，對(duì)整體的調(diào)試和檢修進(jìn)度產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。利用密封風(fēng)機(jī)進(jìn)行鍋爐冬季保溫技術(shù)改造響應(yīng)速度快，改造過(guò)程操作簡(jiǎn)便，可控性強(qiáng)。通過(guò)實(shí)施該項(xiàng)目，提供了一套改造難度小、投資成本低、施工周期短、簡(jiǎn)單可靠的鍋爐冬季主動(dòng)保溫系統(tǒng)，并且該技術(shù)也為鍋爐冬季低氣溫條件下進(jìn)行水壓試驗(yàn)提供了一個(gè)新的技術(shù)支持。

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