熱風再循環對鍋爐運行的影響分析

周文鑫

（華電國際萊城發電廠，山東 萊蕪 271100）

0 引言

電廠鍋爐燃煤中都含有一定量的硫分，因此煙氣中都會含有硫酸蒸汽，硫酸蒸汽流經尾部受熱面時會腐蝕金屬管壁 ，這種腐蝕即為低溫腐蝕［1］。

在燃用高硫燃料的鍋爐中通常采用熱風再循環或加裝暖風器來預防低溫腐蝕［2］。但采用熱風再循環系統可能會導致鍋爐運行工況變化，因此要對鍋爐進行熱力計算，研究采用熱風再循環對鍋爐運行參數的影響，從而保證鍋爐安全運行。

1 熱風再循環的原理

熱風再循環是把空氣預熱器出口的部分熱空氣引到空氣預熱器入口，與入口處冷空氣混合，使空氣預熱器進口空氣溫度升高，再將混合后的空氣通過送風機送入到空氣預熱器中進行加熱，如圖1所示。熱風再循環有兩種布置方式，圖1（a）中抽取部分熱空氣直接進入送風機的入口；圖1（b）中采用再循環風機將熱風送到送風機出口和冷風混合，再進入預熱器［3］。

圖1 熱風再循環系統

2 鍋爐熱力計算與分析

熱力計算選用的鍋爐采用單爐膛，“Π”型布置型式，燃用揮發分低的無煙煤。過熱器由爐頂管過熱器、轉彎煙室包覆管過熱器、低溫對流過熱器（逆流布置）、第一級噴水減溫器、屏式過熱器、第二級噴水減溫器、高溫對流過熱器（冷段逆流，熱段順流）等組成。屏式過熱器為半輻射式，布置在爐膛出口。尾部受熱面有省煤器和空氣預熱器，采用雙級布置以保證較高的熱空氣溫度。

圖2 鍋爐熱力計算流程

確定鍋爐參數后，根據圖2所示計算流程［4］，分別計算了鍋爐額定工況、熱風再循環10%（即再循環風量占總二次風量10%，下同）工況、熱風再循環25%工況和暖風器工況下鍋爐各受熱面進出口煙溫、工質進出口溫度以及傳熱量的變化，并進行比較分析。

2.1 熱風再循環系統對低溫腐蝕影響

鍋爐尾部受熱面金屬的腐蝕速度既與壁溫有關。如圖3所示，腐蝕最嚴重的區域有兩個：一是發生在壁溫為水露點附近；另一個發生于壁溫約低于酸露點15℃的區域。

圖3 金屬腐蝕速度與壁溫的關系

通過對設計煤種進行計算，酸露點為100.34℃，因此，當壁溫在85℃附近時，低溫腐蝕較為嚴重。通過熱力計算，得出低溫空氣預熱器采用熱風再循環前后的末端壁溫，詳見表1。

表1 不同工況下低溫空預器參數

由表1可見，在額定工況下，低溫空預器末端壁溫為82.2℃，處于低溫腐蝕嚴重區域。當采用熱風再循環后，隨著熱風再循環量的增大，空預器末端壁溫也逐漸增大，低溫腐蝕逐漸減弱，進入安全區。采用暖風器時，空預器末端壁溫要比采用熱風再循環系統時更高，低溫腐蝕也更弱。

2.2 熱風再循環系統對鍋爐效率的影響

熱風再循環工況下，由于再循環熱風的加入，空預器空氣側總流量增大，吸收同樣熱量引起的空氣溫升較暖風器要小，因此傳熱溫差要大于暖風器模式，另外由于流經空預器空氣側的風速增大，傳熱系數變大，二者綜合影響，熱風再循環工況相比暖風器工況下空預器傳熱量要大得多，排煙溫度也明顯較低，如表1所示。而與額定工況相比，熱風再循環工況下空預器進口風溫較高，傳熱溫差較小，因此傳熱量變小，排煙溫度略有升高［5］。隨著排煙溫度越高，排煙焓Ipy也越大。

排煙熱損失

式中：Ipy為排煙焓；αpy為煙氣側空預器出口過量空氣系數；Ilk為冷空氣焓；Qr為鍋爐輸入熱量；q4為機械不完全燃燒熱損失。

由式（1）可知，排煙熱損失q2隨排煙焓Ipy的增大而增大，因此鍋爐效率越低［6］。通過計算，得出不同工況下鍋爐效率與排煙溫度的變化趨勢，如圖4所示。

圖4 不同工況下鍋爐效率和排煙溫度的變化

相比熱風再循環，暖風器工況下排煙溫度升高更多，排煙熱損失更大，鍋爐效率更低。

2.3 熱風再循環對汽水受熱面的影響

采用熱風再循環后，由于排煙溫度升高，熱效率降低，計算燃料消耗量Bj增大，因此爐膛出口煙溫升高。之后煙氣依次流過屏式過熱器、高溫過熱器、低溫過熱器，在流過各個過熱器時，煙氣溫度的變化規律都很相似，因此下面以屏式過熱器為例分析煙氣溫度變化情況。

通過鍋爐熱力計算，不同工況下屏式過熱器進、出口煙溫變化如圖5所示。在熱風再循環工況下，屏式過熱器出、入口煙溫較額定工況略有升高，但變化不大；而當采用暖風器時，屏過出、入口煙溫較額定工況升高更多，不利于受熱面的安全運行。

圖5 不同工況下屏式過熱器進出口煙溫變化

采用熱風再循環后，由于排煙溫度升高，熱效率降低，計算燃料消耗量Bj增大。

蒸汽吸熱量

式中：i″為屏過出口汽溫；i′為屏過入口汽溫；D 為蒸汽流量；Bj為燃料消耗量。

若要保持蒸汽側溫度不變，則（i″-i′）不變，但燃料消耗量Bj增大，故只有增大蒸汽流量D才能保持蒸汽吸熱量Qd不變化。因此采用熱風再循環和暖風器后，若要保持過熱蒸汽溫度恒定，都應采取蒸汽減溫措施，如加大過熱器減溫水流量等方法。

3 結語

熱風再循環系統能夠提高空氣預熱器壁溫，減輕低溫腐蝕，從而延長空氣預熱器的使用壽命。

熱風再循環系統會使鍋爐排煙溫度升高，排煙熱損失增大，鍋爐熱效率降低。但與暖風器相比，熱風再循環系統對鍋爐運行工況影響相對較小。

采用熱風再循環系統后，鍋爐各個受熱面進出口煙溫較額定工況變化不大，有利于鍋爐各受熱面安全運行。

采用熱風再循環系統后，計算燃料消耗量增加，為保持蒸汽溫度恒定，需采取蒸汽減溫措施，如增大過熱器減溫水流量等。