新型电站锅炉暖风器系统优化分析

田 鑫，胡 清，孙少鹏，朱文中，王光培

(1.华电电力科学研究院，杭州 310030; 2.杭州华电能源工程有限公司，杭州 310030)

新型电站锅炉暖风器系统优化分析

田 鑫1,2，胡 清1,2，孙少鹏1,2，朱文中1,2，王光培1,2

(1.华电电力科学研究院，杭州 310030; 2.杭州华电能源工程有限公司，杭州 310030)

文章从空气预热器的运行特性出发，分析介绍了前置式液相介质空气预热器、前置式液相介质空气预热器与低压省煤器的组合系统、新型电站锅炉暖风器系统的运行特性，并对这三种系统进行了对比分析。得出以下结论：新型电站锅炉暖风器系统冬季工况下可作为暖风器使用，防止空预器出现积灰及低温腐蚀问题，且可部分回收烟气余热，夏季工况下则可实现烟气余热的深度回收；控制合理的热媒水流量，系统不存在低温腐蚀问题。

空气预热器；前置式；新型电站锅炉暖风器系统；烟气余热回收；低温腐蚀

0 引 言

空气预热器是将锅炉尾部的烟气预热进入锅炉前的空气的热交换器。其主要作用是利用烟气热量加热进入锅炉的空气，以提高锅炉换热效率，降低锅炉的能量消耗[1]。空气预热器的运行效果对机组的安全稳定运行具有重大影响。

但由于空预器进口为常温空气，其风温较低，由此带来换热器的运壁温很低，换热器易出现低温酸腐蚀以及堵灰等问题，带来运行阻力增大、风机功率增大等问题，最终导致厂用电增加，系统的热经济性降低。这些问题在燃用劣质煤种及高灰分的煤种时尤为严重，大大降低锅炉负荷、缩短空预器的使用寿命，对电厂锅炉的安全稳定运行带来重大威胁[2-5]。

为解决空预器存在的的上述运行问题，国内外的很多电厂都为机组配备了暖风器系统。暖风器系统是采用汽轮机抽汽预热空预器进口空气，提高空预器的运行温度，以提高换热器的运行壁温，可有效防止空预器的低温腐蚀和堵灰问题[6]。但根据节能定量分析理论[7]，暖风器系统采用汽机抽汽加热空气虽然可有效防止空预器的低温腐蚀和堵灰问题，但由于空预器的进口风温提高，空预器出口温度也即锅炉排烟温度升高，导致锅炉效率降低。针对以上问题，国内外的专家学者对暖风器做出了很多的改进。

1 前置式液相介质空气预热器

前置式液相介质空气预热器，系统如图1所示。系统由烟气侧受热面、空气侧受热面、热媒水循环管道、循环泵及阀门等部件构成，以闭式循环的热媒水或其他溶剂作为中间传热媒介，将锅炉尾部排烟余热转移至空预器入口空气侧，该系统采用全年运行的方式[8-10]。

图1 前置式液相介质空气预热器

目前，在工业锅炉中，已有设置前置式空气预热器来提高机组效率、稳定锅炉燃烧的应用案例[11]。同时在火力发电厂烟气余热的深度回收利用领域，国际上也使用了前置式空气预热器。德国Niederaussem电厂K号机组[12]布置了一级前置式空气预热器，利用除尘器后的低温烟气预热空预器入口的低温空气，并在空预器旁路烟道设置高温省煤器利用锅炉的高温烟气加热机组回热系统高加凝结水，实现机组供电标煤耗下降7g/(kW.h)的目的，节能效益显著。德国Mehrum电站的712 MW烟煤燃用机组则在脱硫塔进口布置了一级前置式空气预热器，利用烟气余热加热空预器入口的一、二次冷风[13]。但该系统在夏季进口风温较高的工况下，若继续运行前置式液相介质空气预热器，对全厂热效率的贡献会有较大的降低，导致机组的热经济性变差。

2 前置式液相介质空气预热器与低压省煤器的组合系统

针对前置式液相介质空气预热器夏季工况经济性较差的问题，山东大学的陆万鹏、孙奉仲等[14-15]人提出了一种前置式液相介质空气预热器与低压省煤器的组合系统，系统如图2所示。该系统的中间热媒介质通常为闭式循环水，系统包含烟气侧受热面和空气侧受热面，并与机组回热系统并联连接。在需要暖风器时段，系统以前置式空预器方式运行，通过空预器进风回收烟气余热；在不需要暖风器时段，系统以低压省煤器方式运行时，通过回热系统的凝结水回收锅炉尾部烟气余热，排挤汽机的低加抽汽，进入汽轮机做功，提高机组做功量，提高全厂热效率。

图2 前置式液相介质空气预热器与低压省煤器组合系统

系统克服了在不需要暖风阶段，前置式液相介质空气预热器经济性较差的缺陷，但由于系统采用金属材质的烟气换热器，因此换热器的运行受到壁温的限制；另外，由于换热器的设计必须匹配暖风器的运行特性，因此在不需要暖风阶段，低压省煤器的运行存在着烟气余热回收力度有限、无法实现深度回收的问题。

3 新型电站锅炉暖风器系统

综合分析以上前置式液相介质空气预热器存在的问题，并结合国内外专家学者在氟塑料换热器领域的研究成果[16-17]，文章提出一种新型电站锅炉暖风器系统，系统如图3所示。该系统主要包含低压省煤器、氟塑料换热器以及空气侧换热器共三组换热器，其中：低压省煤器布置在空预器和除尘器之间，通过热媒水(凝结水或热网水)回收烟气余热；氟塑料换热器布置在除尘器和脱硫塔之间，通过热媒水深度回收烟气中的余热，回收的烟气余热可回到系统的凝结水或热网水中，在冬季工况下也可用于加热空预器进口低温空气；空气侧换热器布置在空预器进风管道上，空气侧换热器的热媒水进回水管道与氟塑料换热器相连接。

图3 新型电站锅炉暖风器系统

在空预器进口空气温度较低需要暖风的季节，关闭氟塑料换热器与低压省煤器的连接阀门，氟塑料换热器与低压省煤器单独运行，氟塑料换热器中的热媒水吸收脱硫塔入口烟气余热后，进入暖风器，加热空预器进口空气，提供空预器进口风温；低压省煤器则吸收空预器出口烟温的余热，排挤低加或供暖抽汽，增加机组的做功量，提高机组效率。

在空预器进口空气温度较高不需要暖风的季节，关闭氟塑料换热器与暖风器相连的阀门，热媒水依次经过氟塑料换热器、低压省煤器，回收烟气余热回到机组的凝结水或热网水中，实现烟气余热的深度回收。

系统不仅可以降低除尘器入口及脱硫塔入口的烟气温度，实现烟气余热的深度回收，还可提高除尘器的除尘效率， 节约脱硫系统的减温水补水量；在需要暖风的季节，还可以利用烟气余热加热空预器的进风，防止空预器出现低温腐蚀、积灰等问题，降低空预器运行过程中的损失。此外，通过控制流经低压省煤器的热媒水流量，保证低压省煤器出口烟温始终高于酸露点温度，确保换热器不受到低温酸腐蚀问题；同时，该系统布置在脱硫塔前的换热器为氟塑料换热管材质，因此在实现烟气余热深度回收的同时，换热器不存在低温腐蚀问题，系统运行稳定、可靠。

4 综合对比分析

以上论述分析了前置式液相介质空气预热器的特性，并对其与低压省煤器组合的系统进行了介绍，还提出了一种新型电站锅炉暖风器系统。结合系统的结构特点、运行特点等条件，三种系统的对比分析结果见表1。

表1 三种系统的对比分析

通过表1的对比分析可知：相比于前置式液相介质空气预热器及其与低压省煤器的组合系统，新型电站锅炉暖风器系统冬季可作为暖风器使用，防止空预器出现积灰及低温腐蚀问题，低压省煤器则可部分回收烟气余热；夏季工况下，低压省煤器则与氟塑料换热器串联运行，实现烟气余热的深度回收；另外，合理地控制流经低压省煤器的热媒水流量，保证低压省煤器不存在低温腐蚀问题，氟塑料换热器则完全避免了换热器的低温腐蚀问题。

5 结束语

文章从空预器的运行特性出发，分析介绍了前置式液相介质空气预热器及其与低压省煤器的组合系统的运行特性，并提出了一种新型电站锅炉暖风器系统。通过对比分析，得出以下结论：

(1)新型电站锅炉暖风器系统冬季工况下可作为暖风器使用，防止空预器出现积灰及低温腐蚀问题，且可部分回收烟气余热，夏季工况下则可实现烟气余热的深度回收。

(2)控制合理的热媒水流量，可保证低压省煤器不存在低温腐蚀问题，氟塑料换热器则不存在低温腐蚀问题。

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The Optimization Analysis of the New System of the Air Heaterin the Utility Boiler

TIAN Xin1,2, HU Qing1,2, SUN Shao-peng1,2, ZHU Wen-zhong1,2, WANG Guang-pei1,2

(1. Huadian Electric Power Research Institute, Hangzhou 310030, China;2. Hangzhou Huadian Energy Engineering Institute, Hangzhou 310030, China)

From the operating characteristics of the air preheater, this article introduced and analyzed the operating characteristics of the front-loading air preheater with liquid mediator and the combined system with the low pressure coal feeder, and the new system of the air heater in the utility boiler. The characteristics of these three systems were analyzed comparatively. The results showed that: during the winter condition, the new system about the air heater in the utility boiler could be used as the air heater, preventing the air preheater from the low temprature corrision, meanwhile the new system can recovery the fuel gas heat; during the summer condition, the new system can achieve the deeply heat recovery of the fuel gas. Viaing the flow rate control of the medium water, the system has no low temprature corrision problem.

Air preheater; Front-loading; New system of the air heater in the utility boiler; Fuel gas heat recovery; Low temprature corrision

2015-04-28

2015-05-11

田鑫(1979-)，男，博士研究生，毕业于重庆大学动力工程学院，工程热物理专业。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.06.007

TK229.3

B

1009-3230(2015)06-0032-04