利用密封風機進行鍋爐冬季保溫的研究

孫五一，孫 潔，韓高巖

（1.杭州意能電力技術有限公司，杭州 310014；2.國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

0 引言

鍋爐是火力發電機組的重要組成部分，合理的保溫結構和良好的施工工藝是保證鍋爐正常運行的必要條件。鍋爐保溫的基本作用是對鍋爐進行絕熱，減少其散熱損失[1]。隨著鍋爐參數的提升，現代鍋爐保溫大都采用復合保溫技術，這樣既保證了保溫效果又有足夠的經濟性[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，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（如蒸汽、熱風等）提高爐膛內部溫度的主動保溫技術一直比較匱乏。

新疆某350 MW超臨界機組鍋爐水壓試驗后由于地域原因設備未能及時到貨，工程進度相對緩慢，對鍋爐整體采取濕法保養。進入冬季后氣溫逐漸降低，雖鍋爐房緊身封閉已完善，但暖通系統安裝調試極度滯后，鍋爐部分管壁監測溫度一度接近0℃。根據現場管屏實際布置情況，分隔屏、后屏、高再、末過采用垂直管屏布置（圖1），最簡單有效的低點放水手段無法實施。為防止氣溫繼續下降管屏內保養液結凍損壞管屏，亟需采取相應的爐膛保暖措施。

圖1 鍋爐簡單側視

1 冬季常用應急提高鍋爐管壁溫度方法

目前鍋爐冬季常規采用的應急提高管壁溫度方法大致有2種。

1.1 直接升溫法

利用溫度較高工質進行管壁內部循環，由此直接提高管壁溫度。通常鍋爐設計時都考慮到引入爐底加熱蒸汽或預留加熱蒸汽接口。可以利用蒸汽直接通入爐膛底部水冷壁進口集箱與原有保養液進行混合升溫[5-6]。由于蒸汽直接進入與保養液混合，整個加熱升溫過程中會持續降低保養液濃度，需定期監測保養液濃度，及時利用藥品提升濃度。而利用外置管式換熱器則可避免此類情況的發生。實際操作過程中需增加管式換熱器、閥門、管道等臨時設備，整體安裝過程周期較長且投入人工和設備成本相對較高。對于部分無爐水循環泵鍋爐，則需要繼續增加循環動力源。

1.2 間接升溫法

向爐膛內部直接通入熱介質，通過提升爐膛內部整體環境溫度，從而達到提高管壁溫度的目的。實際應用過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。目前發電廠內常見的熱介質有蒸汽和熱風。

（1）利用蒸汽。

利用永久或臨時蒸汽管道向爐膛噴射蒸汽進行保溫。施工汽源管路相對較長，施工周期不易掌控，蒸汽投用步驟繁瑣。蒸汽噴射口區域相對溫度偏高，極易受熱不均勻。由于蒸汽直接噴入，爐膛內部空氣濕度極高，而殘留煙氣粘結在管壁外的灰垢中所含SO3和SO2成份與潮濕空氣中水發生化學反應，生成H2SO3和H2SO4物質的酸性垢[3]，這些腐蝕性物質可以通過松散的Fe2（SO4）3滲透到金屬表面，與金屬形成電化學腐蝕，管壁被溶解腐蝕后會生成許多微小腐蝕坑，其坑內的溶液與坑外溶液相比，pH值下降，溶解氧的濃度下降，這樣會形成電位差，使得坑內腐蝕進步一加強，致使腐蝕進一步擴展、加深[7-8]。這是一個相對緩慢的腐蝕過程，實際應用中也應盡量避免此類情況發生。

（2）利用熱風。

熱風入爐可以保證爐膛內部相對干燥的環境，不易發生酸性腐蝕。常規方法采用增加一套暖風設備，利用風機，將冷風通過電加熱或蒸汽加熱式暖風器由爐底或經風道吹入。實際操作中增加設備相對投入成本較高，采購、施工周期也較長。

2 優化改造方案實施及效果

2.1 優化改造方案

結合現場實際氣溫下降情況，新增設備用以提高水冷壁及過、再熱器溫度的方案，由于采購、運輸、施工、調試周期過長而一一被否定。調研過程中發現，密封風機多布置在磨煤機旁，在磨煤機運行當中，為了防止正壓的一次熱空氣攜帶著粉塵泄漏，設置了與傳動盤同心的密封裝置，并且為每套制粉系統都配有專門的密封風系統[9-10]。

密封風機作用：

（1）將密封風引入磨煤機下架體動靜密封處，防止一次風粉外漏污染環境。

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

（3）將密封風用于拉桿密封。

為滿足以上要求，對于單臺磨煤機來說密封風的風壓要求至少大于進入該磨煤機一次風風壓2 kPa[11-13]。現場布置上密封風機與微油暖風器、熱一次風管有效距離近，并與希望增加的暖風設備基本屬性相同。通過在密封風機進口增加大氣連通管和在密封風機出口增加至磨煤機熱一次風的聯絡管完成工藝的轉變，利用密封風機和微油暖風器作為介質動力源和熱源提供一種爐膛內部保暖升溫的技術，具體改造后流程詳見圖2。

圖2 改造后流程

整體改造難度和施工成本極低，且毋須新增設備，改造響應速度快。使用手動閥則可將成本控制在2萬以內，3個工人1天內可完成所有管道焊接和閥門安裝工作。整體施工完成后，操作過程簡便，只需打開2個手動門或者電動門。熱風利用原有燃燒器噴口進入爐膛，保證了爐內空氣流場的均勻性。風量、風溫均可由DCS（分散控制系統）遠方操作控制。系統投運過程中暖磨一直進行，暖風器也處于投運狀態。大大縮短后期機組啟動時磨組改變運行方式所需時間。

2.2 系統投切時閥門狀態和流程

（1）系統投運時磨煤機為停止狀態且內部須保證無存煤，圖2中原有隔離門①，原有隔離門③，原有隔離門④，原有隔離門⑤，原有調門⑦均關閉，原有隔離門②打開；新增隔離門a，新增隔離門b打開，暖風器投運；利用新增隔離門a，新增隔離門b和新增風道c建立新的循環：

大氣→隔離門a→密封風機→隔離門b→磨煤機熱一次風道→暖風器→磨煤機→燃燒器噴口。

（2）在系統投用期間可利用原有調門⑥精確控制進入爐膛內的熱風流量，以及利用通過微油暖風器的蒸汽量控制熱風溫度。

（3）系統不投用時且磨煤機為運行狀態，原有隔離門①，原有隔離門②，原有隔離門③，原有隔離門④，原有隔離門⑤均打開；新增隔離門a，新增隔離門b關閉；進行原有循環：冷一次風母管→隔離門④→密封風機→隔離門⑤→磨煤機密封部件。

2.3 系統投運及效果

2.3.1 系統投運前

系統投運前的確認檢查主要針對通風制粉系統、鍋爐煙風系統和監測溫度點的確認。

（1）通風制粉系統檢查。確保磨煤機、給煤機內無存煤。由于熱風的通入磨煤機各部位的耐受程度不同。給煤機皮帶易受熱老化。遂關閉給煤機進、出口閘板，關閉給煤機密封風擋板。磨輥內腔中的合成烴SHG高溫軸承齒輪油可在110℃以上運行。系統投用時確保進入磨煤機熱風溫度低于110℃即可。磨煤機齒輪箱和旋轉分離器減速箱油溫以及兩者內部溫度均可通過DCS在線監測，如達到報警值可投入冷卻水并開啟油泵進行循環降溫。

（2）鍋爐整體檢查。考慮到密封風機整體風量相對偏小，為防止熱量過多損失，確認并關閉所有煙道擋板，不建立爐底水封，利用爐底與撈渣機間隙進行自然泄壓。燃燒器層以上熱空氣流動性較差，且熱空氣密度相對較輕，易聚集在爐膛頂部，對于頂部管屏升溫保暖效果明顯。但對于后煙井處布置的低再和省煤器加熱效果不甚理想，考慮到氣溫持續降低可能會導致部分死角以及疏水管路中保養液結凍，在系統投運前將低再和省煤器中保養液放盡。

（3）溫度監測手段確認。機組處于安裝調試階段，水冷壁溫度信號已完成安裝聯調工作可以用于監測。而過、再熱器壁溫安裝工作未開展，對于此類DCS無法監視的管屏溫度采取人工進入爐內，使用手持式紅外測溫儀進行逐一測量并記錄每個系統管屏最低點溫度。

2.3.2 系統投運后

系統投運后爐膛整體負壓無變化，維持磨煤機進口風量13 t/h，進口風溫69℃。持續通風20 h后，水冷壁整體溫度上升明顯。選取水冷壁四周最低點溫度，可發現前期監測壁溫中最低點右側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。理論得到實踐充分驗證后，通過增大密封風機出力至18 t/h并提高磨煤機進口風溫至78℃，保溫系統持續運行。過熱器、再熱器人工巡檢測量溫度在系統投運72 h后則可達到14℃左右（如表1所示），整個冬季管屏最低點監測溫度長期保持在14℃以上。改造后實際應用中效果理想。并且該項改造完成后提出了一種新的防凍技術，可以滿足鍋爐低氣溫水壓試驗標準中關于防凍措施的要求（試驗應當在環境溫度高于或者等于5℃時進行，低于5℃時應當有防凍措施[14]）。

表1 系統投運72 h管屏就地監測溫度

3 結語

密封風機在大型火力發電廠中主要應用于防止煤粉外泄、降低磨煤機內轉動部分磨損和兼具部分冷卻作用。利用現有設備簡單改變工藝流程從而增加其功能，提高了設備利用率。同時密封風機普遍采用離心風機，較高的風壓也有利于形成爐內流場，熱風利用燃燒器噴口進入爐膛，對爐膛內部溫升的均勻提高有一定幫助。

密封風系統相對簡單，安裝進度也較快。而密封風取自冷一次風，一次風機啟動則需滿足諸多條件。導致密封風機試轉在整體調試和檢修工作中相對滯后。工藝改造后則可將密封風機試轉工作提前，對整體的調試和檢修進度產生積極而深遠的影響。利用密封風機進行鍋爐冬季保溫技術改造響應速度快，改造過程操作簡便，可控性強。通過實施該項目，提供了一套改造難度小、投資成本低、施工周期短、簡單可靠的鍋爐冬季主動保溫系統，并且該技術也為鍋爐冬季低氣溫條件下進行水壓試驗提供了一個新的技術支持。

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