鍋爐一次風暖風器節能改造實踐

賈希存，汪明宇

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

引言

空氣預熱器入口進風溫度過低時，會使煙氣溫度降至煙氣中 SO2、SO3的露點溫度以下，SO2、SO3和煙氣中的水蒸氣凝結生成亞硫酸和硫酸，造成空氣預熱器冷端低溫腐蝕。另外環境溫度過低時會使空氣預熱器冷熱兩端熱變形加大應力增加，嚴重時會造成動靜磨擦。因此，在北方冬季寒冷地區，鍋爐均設置固定式暖風器，安裝于空氣預熱器前，用于低溫環境下，預加熱冷空氣。避免空預器發生低溫腐蝕。但非冬季期間，暖風器依然在風道內，造成不必要的阻力及風機電耗，通過技術改造，將本廠暖風器改裝成密閉型抽拉式暖風器，蒸汽進口與凝結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。可實現抽出和拉入的靈活切換，在非冬季時，可抽離風道，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器的改造方案及運行特點，并對其進行經濟性分析。

1 現狀

2×300 MW熱電所配兩臺1025 t/h煤-煤氣混燒鍋爐，每臺爐布置兩個一次風蒸汽暖風器，每個空預器前安裝一個一次風暖風器，形式為固定式（型號SAH-Ⅱ-4JT），垂直安裝在室內豎直風道上。有關參數見表1、表2。

表1 加熱蒸汽參數

表2 單臺一次風暖風器參數

安裝形式：安裝在垂直風道上；

風道斷面尺寸L×W:2700mm×1700mm;

暖風器總高度：600mm;

與風道連接型式：法蘭焊接。

2 改造原因

暖風器采用翅片管形式（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展，換熱效果好。叉排布置時，流體管外繞流時，收到的擾動較大，換熱系數較高，但缺點是阻力大。

在空氣預熱器的進口風溫度比較高時（非冬季），不需要投入暖風器，尤其本電站鍋爐摻燒高爐煤氣，排煙溫度高，常年運行溫度在160℃以上，遠遠高于酸露點溫度，冷端低溫腐蝕的可能性小，暖風器退出運行的時間較一般純燃煤電廠時間長，但是暖風器還固定在風道內，空氣阻力依然存在，風機仍需克服這部分阻力運行，造成浪費。

圖1 翅片管的結構

圖2 叉排布置方式

3 改造方案

為了在不需要投運暖風器時能夠降低風道內空氣阻力，減少風機的電耗，實現節能，同時減少煙風對暖風器的沖刷和磨損，所以對一次風暖風器進行技術改造，將固定式暖風器改為密封抽拉式，以達到在非冬季節減少阻力，節約廠用電的效果。

3.1 方案理論分析

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

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

R-材料熱阻；δ-材料厚度；λ-材料導熱系數;k換熱系數。

（3）密封抽拉式暖風器相對空間增大，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。

（4）密封抽拉式暖風器在拉出時可減少一次風阻力約300 Pa,大幅度降低一次風機電耗[3]。

（5）密封抽拉式暖風器在拉出時可減少對管壁的沖刷及磨損，降低了堵塞的風險[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器改為密封抽拉式方案可行，且有利于暖風器長遠的高壽命，低耗能運行。

3.2 方案概況

密封型抽拉式暖風器的主要部件有（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機與空氣預熱器之間，內部為容置空間；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機的出口風道及空氣預熱器的入口風道連通；外殼框架2開設蒸汽管孔，蒸汽管孔的孔徑不小于蒸汽內法蘭（附內螺紋）8的外徑；蒸汽管孔外部設置有蒸汽外法蘭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上開設檢修孔6，方便管式換熱元件1的檢修或更換。

3.3 運行方式

（1）在冬季，環境溫度低時，為防止發生低溫腐蝕，投入暖風器。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；當管式換熱元件1滑移到第一容置部分的位置時，將第一法蘭10、蒸汽外法蘭9及蒸汽內法蘭（附內螺紋）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，且達到良好密封效果。

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

（2）在非冬季節，平均環境溫度高于10℃時，將蒸汽管道（可拆卸彎頭）4的第一法蘭10和凝結水管道（可拆卸軟管）5的第二法蘭分別與蒸汽外法蘭9和凝結水外法蘭斷開，拉動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從出口風道移開后，使外殼框架2內的容置空間封閉。有效的減少了風道內空氣阻力，達到減少風機電耗的目的。

圖3 密封抽拉式暖風器的示意圖

圖4 接口法蘭

4 改造效果

改造前后運行參數對比見表3。

原設計暖風器三層叉排布置，翅片管形式，流量為260 t/h,阻力不大于300 Pa，當暖風器抽出風道時，理論計算可降低單臺風機功率[3]：

式中：QV：一次風量，m3/h；

P ：風機全風壓，Pa；

η0：風機內效率一般取0.75-0.85，此處取0.8；

η1：機械效率，取 0.95～0.98，此處取 0.96。

表3 改造前后運行參數對比

按非冬季年運行7個月，共計5000 h計算，約，2臺一次風機共預計節電23.02萬kWh。

安裝完畢后，通過實際測算，非冬季將暖風器拉入殼體，減少風道內阻力，同工況相比實測電流降低至4A，2臺一次風機實際節約用電量為：

5 結語

本鍋爐暖風器是在原固定式暖風器的基礎上升級改造而成，解決了或部分解決了現有技術中風道內空氣阻力較大，不利于減少風機電能消耗的技術問題。通過在送風機與空氣預熱器之間固定加裝外殼框架，外殼框架內部為容置空間，容置空間中的第一容置部分與送風機的出口風道及空氣預熱器的入口風道連通；將管式換熱元件滑動設置在外殼框架的容置空間內，實現了減少風道內空氣阻力，進而減少風機電耗的技術效果[4]。將該暖風器運用到300 MW的電站鍋爐實際生產中，通過改造，可有效的減少風道空氣阻力300 Pa，每年減少風機電耗約31.92 萬kWh。

[1]楊世銘、陶文銓.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]袁鎮福，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.泵與風機[M].北京：中國石化出版社，2007.

[4]劉鴻國，洪道文，李耀君，等.鍋爐受熱面風險維修技術的應用[J].浙江電力，2009（2）：14-16.

[5]王福軍.計算流體動力學分析-CFD軟件原理與應用[M].北京:清華大學出版社，2004.