鍋爐一次風(fēng)暖風(fēng)器節(jié)能改造實(shí)踐

賈希存，汪明宇

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

引言

空氣預(yù)熱器入口進(jìn)風(fēng)溫度過低時(shí)，會(huì)使煙氣溫度降至煙氣中 SO2、SO3的露點(diǎn)溫度以下，SO2、SO3和煙氣中的水蒸氣凝結(jié)生成亞硫酸和硫酸，造成空氣預(yù)熱器冷端低溫腐蝕。另外環(huán)境溫度過低時(shí)會(huì)使空氣預(yù)熱器冷熱兩端熱變形加大應(yīng)力增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成動(dòng)靜磨擦。因此，在北方冬季寒冷地區(qū)，鍋爐均設(shè)置固定式暖風(fēng)器，安裝于空氣預(yù)熱器前，用于低溫環(huán)境下，預(yù)加熱冷空氣。避免空預(yù)器發(fā)生低溫腐蝕。但非冬季期間，暖風(fēng)器依然在風(fēng)道內(nèi)，造成不必要的阻力及風(fēng)機(jī)電耗，通過技術(shù)改造，將本廠暖風(fēng)器改裝成密閉型抽拉式暖風(fēng)器，蒸汽進(jìn)口與凝結(jié)水出口均采用的可拆卸法蘭連接，具有良好密封效果且拆裝方便?？蓪?shí)現(xiàn)抽出和拉入的靈活切換，在非冬季時(shí)，可抽離風(fēng)道，減少阻力，避免不必要的額外電耗。本文著重介紹密閉型抽拉式暖風(fēng)器的改造方案及運(yùn)行特點(diǎn)，并對其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

1 現(xiàn)狀

2×300 MW熱電所配兩臺1025 t/h煤-煤氣混燒鍋爐，每臺爐布置兩個(gè)一次風(fēng)蒸汽暖風(fēng)器，每個(gè)空預(yù)器前安裝一個(gè)一次風(fēng)暖風(fēng)器，形式為固定式（型號SAH-Ⅱ-4JT），垂直安裝在室內(nèi)豎直風(fēng)道上。有關(guān)參數(shù)見表1、表2。

表1 加熱蒸汽參數(shù)

表2 單臺一次風(fēng)暖風(fēng)器參數(shù)

安裝形式：安裝在垂直風(fēng)道上；

風(fēng)道斷面尺寸L×W:2700mm×1700mm;

暖風(fēng)器總高度：600mm;

與風(fēng)道連接型式：法蘭焊接。

2 改造原因

暖風(fēng)器采用翅片管形式（見圖1），叉排布置方式（見圖2）。由于管子表面增加了翅片，使原有的傳熱面積得到了擴(kuò)展，換熱效果好。叉排布置時(shí)，流體管外繞流時(shí)，收到的擾動(dòng)較大，換熱系數(shù)較高，但缺點(diǎn)是阻力大。

在空氣預(yù)熱器的進(jìn)口風(fēng)溫度比較高時(shí)（非冬季），不需要投入暖風(fēng)器，尤其本電站鍋爐摻燒高爐煤氣，排煙溫度高，常年運(yùn)行溫度在160℃以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于酸露點(diǎn)溫度，冷端低溫腐蝕的可能性小，暖風(fēng)器退出運(yùn)行的時(shí)間較一般純?nèi)济弘姀S時(shí)間長，但是暖風(fēng)器還固定在風(fēng)道內(nèi)，空氣阻力依然存在，風(fēng)機(jī)仍需克服這部分阻力運(yùn)行，造成浪費(fèi)。

圖1 翅片管的結(jié)構(gòu)

圖2 叉排布置方式

3 改造方案

為了在不需要投運(yùn)暖風(fēng)器時(shí)能夠降低風(fēng)道內(nèi)空氣阻力，減少風(fēng)機(jī)的電耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，同時(shí)減少煙風(fēng)對暖風(fēng)器的沖刷和磨損，所以對一次風(fēng)暖風(fēng)器進(jìn)行技術(shù)改造，將固定式暖風(fēng)器改為密封抽拉式，以達(dá)到在非冬季節(jié)減少阻力，節(jié)約廠用電的效果。

3.1 方案理論分析

（1）密封抽拉式暖風(fēng)器仍采用原翅片管的結(jié)構(gòu)及叉排布置方式對換熱系數(shù)[1]無影響。

（2）密封抽拉式暖風(fēng)器換熱金屬材料相對優(yōu)化，熱阻相對較低，換熱系數(shù)相對增加,換熱效果加強(qiáng)。

R-材料熱阻；δ-材料厚度；λ-材料導(dǎo)熱系數(shù);k換熱系數(shù)。

（3）密封抽拉式暖風(fēng)器相對空間增大，在一定程度上增加了散熱[2]，但由于熱源供熱充足，微小散熱可忽略不計(jì)。

（4）密封抽拉式暖風(fēng)器在拉出時(shí)可減少一次風(fēng)阻力約300 Pa,大幅度降低一次風(fēng)機(jī)電耗[3]。

（5）密封抽拉式暖風(fēng)器在拉出時(shí)可減少對管壁的沖刷及磨損，降低了堵塞的風(fēng)險(xiǎn)[4]。

綜合考慮改造后的換熱[2]、降阻減耗及減少磨損的情況，可以看出將固定式暖風(fēng)器改為密封抽拉式方案可行，且有利于暖風(fēng)器長遠(yuǎn)的高壽命，低耗能運(yùn)行。

3.2 方案概況

密封型抽拉式暖風(fēng)器的主要部件有（見圖3）：外殼框架2及管式換熱元件1；外殼框架2通過螺栓固定在送風(fēng)機(jī)與空氣預(yù)熱器之間，內(nèi)部為容置空間；容置空間包括第一容置部分及第二容置部分，第一容置部分與送風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)道及空氣預(yù)熱器的入口風(fēng)道連通；外殼框架2開設(shè)蒸汽管孔，蒸汽管孔的孔徑不小于蒸汽內(nèi)法蘭（附內(nèi)螺紋）8的外徑；蒸汽管孔外部設(shè)置有蒸汽外法蘭9，蒸汽外法蘭9焊接固定在蒸汽管孔外，蒸汽管道（可拆卸彎頭）4與蒸汽外法蘭9連接，用于輸入蒸汽。外殼框架2上開設(shè)檢修孔6，方便管式換熱元件1的檢修或更換。

3.3 運(yùn)行方式

（1）在冬季，環(huán)境溫度低時(shí)，為防止發(fā)生低溫腐蝕，投入暖風(fēng)器。參見圖4，蒸汽管道（可拆卸彎頭）4的端部固定有第一法蘭10；當(dāng)管式換熱元件1滑移到第一容置部分的位置時(shí)，將第一法蘭10、蒸汽外法蘭9及蒸汽內(nèi)法蘭（附內(nèi)螺紋）8通過螺栓固定連接，使蒸汽入口管7與蒸汽管道（可拆卸彎頭）4連通，且達(dá)到良好密封效果。

外殼框架2還開設(shè)有凝結(jié)水管孔；凝結(jié)水管孔外部設(shè)置有凝結(jié)水外法蘭；管式換熱元件1的凝結(jié)水出口管連接有凝結(jié)水內(nèi)法蘭；凝結(jié)水管道（可拆卸軟管）5的端部固定有第二法蘭。其中，當(dāng)管式換熱元件1滑移到第一容置部分的位置時(shí)，凝結(jié)水內(nèi)法蘭（附內(nèi)螺紋）伸入凝結(jié)水管孔，將第二法蘭、凝結(jié)水外法蘭及凝結(jié)水內(nèi)法蘭通過螺栓固定連接，使凝結(jié)水出口管與凝結(jié)水管（可拆卸軟管）5連通，用于排出凝結(jié)水。

（2）在非冬季節(jié)，平均環(huán)境溫度高于10℃時(shí)，將蒸汽管道（可拆卸彎頭）4的第一法蘭10和凝結(jié)水管道（可拆卸軟管）5的第二法蘭分別與蒸汽外法蘭9和凝結(jié)水外法蘭斷開，拉動(dòng)鋼絲繩將管式換熱元件1滑移至第二容置部分的位置，將外殼框架2上的蒸汽外法蘭9和凝結(jié)水外法蘭用第一法蘭盤11及第二法蘭盤盲死，管式換熱元件1從出口風(fēng)道移開后，使外殼框架2內(nèi)的容置空間封閉。有效的減少了風(fēng)道內(nèi)空氣阻力，達(dá)到減少風(fēng)機(jī)電耗的目的。

圖3 密封抽拉式暖風(fēng)器的示意圖

圖4 接口法蘭

4 改造效果

改造前后運(yùn)行參數(shù)對比見表3。

原設(shè)計(jì)暖風(fēng)器三層叉排布置，翅片管形式，流量為260 t/h,阻力不大于300 Pa，當(dāng)暖風(fēng)器抽出風(fēng)道時(shí)，理論計(jì)算可降低單臺風(fēng)機(jī)功率[3]：

式中：QV：一次風(fēng)量，m3/h；

P ：風(fēng)機(jī)全風(fēng)壓，Pa；

η0：風(fēng)機(jī)內(nèi)效率一般取0.75-0.85，此處取0.8；

η1：機(jī)械效率，取 0.95～0.98，此處取 0.96。

表3 改造前后運(yùn)行參數(shù)對比

按非冬季年運(yùn)行7個(gè)月，共計(jì)5000 h計(jì)算，約，2臺一次風(fēng)機(jī)共預(yù)計(jì)節(jié)電23.02萬kWh。

安裝完畢后，通過實(shí)際測算，非冬季將暖風(fēng)器拉入殼體，減少風(fēng)道內(nèi)阻力，同工況相比實(shí)測電流降低至4A，2臺一次風(fēng)機(jī)實(shí)際節(jié)約用電量為：

5 結(jié)語

本鍋爐暖風(fēng)器是在原固定式暖風(fēng)器的基礎(chǔ)上升級改造而成，解決了或部分解決了現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)道內(nèi)空氣阻力較大，不利于減少風(fēng)機(jī)電能消耗的技術(shù)問題。通過在送風(fēng)機(jī)與空氣預(yù)熱器之間固定加裝外殼框架，外殼框架內(nèi)部為容置空間，容置空間中的第一容置部分與送風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)道及空氣預(yù)熱器的入口風(fēng)道連通；將管式換熱元件滑動(dòng)設(shè)置在外殼框架的容置空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了減少風(fēng)道內(nèi)空氣阻力，進(jìn)而減少風(fēng)機(jī)電耗的技術(shù)效果[4]。將該暖風(fēng)器運(yùn)用到300 MW的電站鍋爐實(shí)際生產(chǎn)中，通過改造，可有效的減少風(fēng)道空氣阻力300 Pa，每年減少風(fēng)機(jī)電耗約31.92 萬kWh。

[1]楊世銘、陶文銓.傳熱學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]袁鎮(zhèn)福，田子平.電站鍋爐原理（1版）[M].北京：中國電力出版社，1997.

[3]王朝輝.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：中國石化出版社，2007.

[4]劉鴻國，洪道文，李耀君，等.鍋爐受熱面風(fēng)險(xiǎn)維修技術(shù)的應(yīng)用[J].浙江電力，2009（2）：14-16.

[5]王福軍.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析-CFD軟件原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2004.