南熱600 MW超臨界機(jī)組回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器改造

張光

(江蘇南熱發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210035)

傳熱元件是影響回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器傳熱效果的關(guān)鍵因素，傳熱效果偏低，冷風(fēng)和高溫?zé)煔獠荒茌^好進(jìn)行熱交換，使得排煙溫度增加，熱一、二次風(fēng)溫均較低，從而導(dǎo)致鍋爐效率降低[1]。因此，提高空氣預(yù)熱器的傳熱效果，可以降低排煙溫度，提高熱一、二次風(fēng)溫度，有效提高鍋爐效率，降低發(fā)電煤耗，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

1 設(shè)備概述

江蘇南熱發(fā)電有限責(zé)任公司（簡稱南熱）2×600 MW超臨界機(jī)組HG-1965/25.4-YM5型鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司（簡稱哈鍋）設(shè)計、制造的。鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的直流鍋爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、π型布置。鍋爐島為露天布置。鍋爐同步安裝SCR脫硝裝置。鍋爐設(shè)計煤種為神府煤，校核煤種為淮南煤。

南熱2×600 MW超臨界機(jī)組鍋爐空氣預(yù)熱器采用哈鍋預(yù)熱器公司生產(chǎn)的三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，型號為：31.5-VI(T)-1850-SMR空氣預(yù)熱器。傳熱元件分兩層布置，熱端傳熱元件采用0.5 mm厚碳鋼鋼板，DU3板型布置，熱端所有傳熱元件高度為950 mm；冷端傳熱元件采用0.8 mm鋼板兩面涂搪瓷，涂搪瓷后總厚度為1.2 mm，DFC板型布置，冷端所有傳熱元件高度900 mm。冷、熱端傳熱元件均采用模式布置，共分48小倉，與冷、熱端扇形板形成雙、三密封。

2 運(yùn)行情況分析

南熱1號機(jī)組于2010年1月21日通過168 h試運(yùn)行，投運(yùn)后一直存在排煙溫度較高的問題。2010年夏季，排煙溫度經(jīng)常達(dá)到150℃以上，最高達(dá)170℃，嚴(yán)重影響脫硫系統(tǒng)的安全運(yùn)行，同時使得鍋爐效率降低，發(fā)電煤耗增加。對1號鍋爐在2010年04月～12月期間A/B側(cè)空氣預(yù)熱器進(jìn)口和出口的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，如表1所示。從表1可看出，空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙溫基本正常，而排煙溫度相對較高，熱一、二次風(fēng)溫則相對較低，由此推斷空氣預(yù)熱器的傳熱效果較低。2010年6月邀請江蘇方天電力技術(shù)有限公司對1號機(jī)組進(jìn)行了性能試驗，燃用接近設(shè)計煤種的燃煤的條件下（如表2所示），試驗結(jié)果和設(shè)計工況進(jìn)行了對比（如表3所示）。

表1 改造前空氣預(yù)熱器進(jìn)口和出口相關(guān)參數(shù)

表2 設(shè)計煤種和性能試驗用煤的煤質(zhì)資料

表3 設(shè)計工況和性能試驗結(jié)果對比

由表3可知，在BRL工況下，A/B空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率較小，空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙氣溫度低于設(shè)計值16℃，排煙溫度反而高出設(shè)計值19℃，空氣預(yù)熱器出口一次風(fēng)溫低于設(shè)計值近30℃，出口二次風(fēng)溫低于設(shè)計值28.4℃。而且哈鍋空氣預(yù)熱器熱端采用DU3板型，該板型阻力小，傳熱效果相對較差。可見，造成排煙溫度高的主要原因是空氣預(yù)熱器傳熱元件的傳熱效果不好，沒有達(dá)到設(shè)計要求。

3 改造方案的選擇

為了降低排煙溫度，提高鍋爐效率，對空氣預(yù)熱器進(jìn)行改造調(diào)整。由于電廠燃煤煤質(zhì)變化較大，為保證制粉系統(tǒng)較高的一次風(fēng)混合溫度，預(yù)熱器旋轉(zhuǎn)方向仍然采用順轉(zhuǎn)方式 （即空氣側(cè)旋轉(zhuǎn)時先經(jīng)過一次風(fēng)，再經(jīng)過二次風(fēng)的旋轉(zhuǎn)方向）。通過與哈鍋預(yù)熱器公司設(shè)計人員多次溝通，針對南熱現(xiàn)場實(shí)際情況提出以下3種改造方案。

方案一：更換熱端傳熱元件，保留冷端傳熱元件，不對預(yù)熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。

具體改造內(nèi)容：將DU3板型、高度950 mm的熱端傳熱元件改為FNC板型、高度1000 mm的傳熱元件。原DU3板型元件每臺爐（2臺預(yù)熱器）重量為183 t，更換后FNC板型重量約為222 t，換熱面積（8萬m2）增加20%左右。更換板型后，可使空氣流通路徑增加還能起到擾流作用。該方案可在改造前排煙溫度基礎(chǔ)上有效降低10℃以上。

費(fèi)用：更換的FNC板型元件由哈鍋預(yù)熱器公司供貨，費(fèi)用約220萬元/臺，原DU3板型可由哈鍋預(yù)熱器公司回購，回購費(fèi)用在30萬～40萬元/臺，施工安裝費(fèi)用約30萬～40萬元/臺。每臺爐實(shí)際改造費(fèi)用約為220萬元。

施工工期：由于該方案僅需更換熱端傳熱元件，不需要對預(yù)熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)做出改變，所以施工難度小，周期短。每臺爐施工工期約為15 d。

方案二：更換熱端傳熱元件，保留冷端傳熱元件，并對預(yù)熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)做出改造。

具體改造內(nèi)容：將原有DU3板型、高度950 mm的熱端傳熱元件改為FNC板型、高度1100 mm的傳熱元件。原DU3板型元件每臺（2臺預(yù)熱器）重量為183 t，更換后FNC板型重量約為248 t。更換后傳熱元件重量增加，換熱面積增加，并且由于板型原因可使空氣流通路徑增加還能起到擾流作用。可在改造前排煙溫度基礎(chǔ)上有效降低15℃左右。

但由于增加傳熱元件高度超過設(shè)計值，需對預(yù)熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，將熱端扇形板高度提升100 mm，部分零件也需重新制作。例如：扇形倉加高焊接鋼板，轉(zhuǎn)子徑向密封片、中心筒密封片、軸向密封片、轉(zhuǎn)子密封角鋼、旁路密封角鋼等重新加工、制作。增加其改造費(fèi)用和施工難度。

費(fèi)用：更換的FNC板型元件由哈鍋預(yù)熱器公司供貨，成本費(fèi)用在245萬元/臺，原有DU3板型可由哈鍋預(yù)熱器公司回購，包括施工安裝費(fèi)用約60萬元/臺，需改造零部件成本費(fèi)用約50萬元，故每臺實(shí)際改造費(fèi)用約為320萬元。

施工工期：由于該方案不僅需更換熱端傳熱元件，還需要對預(yù)熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，所以施工難度大，周期長。每臺爐施工工期為36 d左右。

方案三：降低冷端傳熱元件高度，更換熱端傳熱元件板型并增加熱端傳熱元件高度。

由于是脫硝機(jī)組，更容易造成預(yù)熱器冷端低溫腐蝕，所以在正常排煙溫度時，冷端傳熱元件高度不能低于813 mm的設(shè)計下限，目前冷端傳熱元件高度為900 mm，且材質(zhì)為搪瓷鋼板，已滿足并接近設(shè)計高度，不宜改造。

如果采用降低冷端元件高度來增加熱端傳熱元件高度，在不改變扇形倉高度的前提下，改造難度較高，工作量較大。有2種改造辦法：辦法一，需將所有熱端元件抽出并拆掉周向隔板，再重新焊接周向隔板裝入更換后的熱端元件盒；辦法二，與方案二內(nèi)容基本相同。以上2種辦法，在施工時間和難度上都較高。另，更換冷端傳熱元件成本較高，而該方案不僅需要更換冷端傳熱元件，而且熱端元件也需如方案一或方案二進(jìn)行更換和改造，總體費(fèi)用巨大。

以上3種方案的總結(jié)對比如表4所示。綜合比較，結(jié)合2011年的1號機(jī)組C級檢修工期，選擇改造方案一。

表4 改造方案對比

4 改造效果

2011年2月8日～3月1日，南熱1號機(jī)組進(jìn)行了一次C級檢修，利用檢修機(jī)會，對空氣預(yù)熱器按照方案一進(jìn)行了改造。改造后效果明顯：排煙溫度平均降低約10℃，熱一次風(fēng)溫提高約25℃，熱二次風(fēng)溫提高約30℃。空氣預(yù)熱器改造后，對1號鍋爐在2011年3月～6月期間A/B側(cè)空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，如表5所示。

為了更好地評估空氣預(yù)熱器改造的效果，選取1號機(jī)組相對運(yùn)行工況較為相近（1號機(jī)組平均負(fù)荷均在530 MW）的2010年5月和2011年5月的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行比對分析。

（1）2010年5月1號機(jī)組空氣預(yù)熱器出口煙溫平均為145℃，2011年5月1號機(jī)組空氣預(yù)熱器出口煙溫平均為136℃，鍋爐排煙溫度降低9℃。

（2）2010年5月1號機(jī)組空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口煙溫差平均為187℃，2011年5月1號機(jī)組空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口煙溫差平均為209℃，空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口煙溫差提高約22℃。

（3）2010年5月1號機(jī)組空氣預(yù)熱器出口熱一次風(fēng)溫平均為299℃，2011年5月1號機(jī)組空氣預(yù)熱器出口熱一次風(fēng)溫平均為323℃，空氣預(yù)熱器出口熱一次風(fēng)溫提高24℃。

（4）2010年5月1號機(jī)組空氣預(yù)熱器出口熱二次風(fēng)溫平均為259℃，2011年5月1號機(jī)組空氣預(yù)熱器出口熱二次風(fēng)溫平均為294℃，空氣預(yù)熱器出口熱二次風(fēng)溫提高35℃。

5 結(jié)束語

南熱1號機(jī)組進(jìn)行空氣預(yù)熱器改造后，提高了熱端傳熱元件的傳熱效果，鍋爐排煙溫度降低約10℃，熱一次風(fēng)溫、熱二次風(fēng)溫均有所提高，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。在經(jīng)濟(jì)性方面，排煙溫度降低10℃，可提高鍋爐熱效率0.5%，降低供電煤耗約 1.66 g/（kW·h），年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約4695 t（年等效滿負(fù)荷運(yùn)行時間按6600 h，燃煤按5000 kCal/kg計），約合人民幣470萬元/年。在安全性方面，排煙溫度的降低，可減輕高溫?zé)煔鈱γ摿蛳到y(tǒng)運(yùn)行的危害。

表5 改造后空預(yù)熱器進(jìn)口出口相關(guān)參數(shù)

[1]馮俊凱，沈幼庭.鍋爐原理及計算[M].北京：科學(xué)出版社，1995.