旋转暖风器的应用

第28卷第5期发电设各Vol 28, No 52014年9月POWER EQUIPMENTSept. 2014旋转暖风器的应用顾强(陕西国华锦界能源有限责任公司,陕西神木719319)摘要:针对固定式暖风器存在的风阻大送风机和一次风机电耗高、暖风器出口风温达不到设计要求暖风器及疏水系统振动严重等问题提出采用旋转暖风器的解决方案。实践证明:和固定式暖风器相比,这种旋转暖风器彻底解决了原暖风器存在的问题,且设备可靠性好,节能效果明显。关键词:空气预热器;风阻;风温;振动;旋转暖风器中图分类号:TK223.34文献标志码:A文章编号:1671-086X(2014)05-0376-06Application of Rotary Air HeaterGu QiangShaanxi Guohua Jinjie Energy Co, Ltd. Shenmu 719319, Shaanxi Province, China)Abstract: To solve the problems existing in fixed type air heaters, such as high air resistance, highpower consumption of both the forced draft fan and primary air fan, failure of outlet temperature toachieve design requirement, serious vibration existing in the air heater and water drainage system, etc,asolution is proposed by adopting rotary type air heaters. Results show that above problems can becompletely solved by substituting the fixed type air heater with rotary type air heater, in which case highreliability of equipment and obvious effect of energy conservation will be obtainedKeywords: air preheater: air resistance: air temperature; vibration; rotary type air heater采用固定式暖风器提高空气预热器综合锦能公司锅炉采用SG2093/17.5M910型冷端温度的锅炉机组,杂物在暖风器换热管翅亚临界参数控制循环∏形汽包炉,每台锅炉配2片沉积而无法及时清理,引起暖风器阻力增台三分仓回转式空气预热器。为减轻空气预热大、风机电耗升高、加热风温不能达到设计值、器冬季低温腐蚀,在空气预热器冷端和送风机暖风器及疏水系统振动,严重时甚至导致风机次风机之间的垂直风道布置有蒸汽暖风器,加喘振、空气预热器压差上升、机组降负荷等一热进入空气预热器的冷风。系列影响电厂安全和经济效益的事故发生。1.1暖风器杂物堵塞因此解决暖风器杂物堵塞对火电厂锅炉机组为满足空气预热器入口风温要求,暖风器需安全稳定运行和提高电厂的经济效益具有重保证足够的换热面积,一般采用小片距钢铝复合要的现实意义。翅片管(换热管片距为3.2mm)。风机运行过程陕西国华锦界能源有限责任公司(简称锦能中吸入风道的飞絮及细小杂物沉积附着在换热公司)为解决固定式暖风器堵塞,采用一种新型管翅片表面,随时间的延长,杂物在翅片管表面旋转暖风器,并在3号锅炉进行试验。试验表沉积增多,减少了空气流通面积,暖风器空气侧明:这种新型的旋转暖风器有效地解决了固定式压差增大,阻力增大。该机组投产初期这一情况暖风器存在的各种问题。笔者就原暖风器存在的问题进行分析,介绍锦能公司采取的旋转暖风尤为严重,在清洁状况下暖风器空气侧压差为器解决措施,并对改造效果进行总结。350Pa左右;当暖风器翅片管表面发生杂物堆积时,压差最高曾达到3700Pa,严重影响机组及系1原暖风器存在的问题统的安全运行。收稿日期:2013-1205中国煤化工作者简介:顾强(1967—),男,高级工程师,主要从事火力发电企业管理工作CNMHGE-mail:036323@ghepc.com第5期顾强:旋转暖风器的应用·377近年随着电厂环境的极大改善,暖风器因杂物堵塞的周期延长,但一直无法彻底根除次风暖风器出口风温1.2风机电流偏大暖风器因杂物堵塞,其压差上升,系统阻力增大,为适应机组负荷需要,风机所需功率增加。次风机入口风温投产之初,送风机电流在600MW工况下约为68A(电压等级10kV);机组投运数月后,相同负荷下,风机电流增加近25A,厂用电率急剧上升012-12-2600:00:00012-12-2700:00:00日期及时刻暖风器不堵塞和堵塞时风机电流见图1a)一次风温加热情况17.0次风机电流次风暖风器出口风温送风机入口风温42.8送风机电流12-12-26000000日期及时刻12-12-2700:00:00)二次风温加热情况2012-06-070000002012-06-08000000日期及时刻a)不堵塞时图2固定式暖风器加热风温1.5机组被迫限负荷一次风机电流由于在低温季节进入空气预热器的冷风温度一直不能达到设计值,空气预热器冷端换热元件低温腐蚀严重,空气预热器压差升高,送风机、一次风机、引风机电流均出现上升,因而导致机送风机电流组长期不能满负荷运行,只能维持在520MW左右。空气预热器压差及风机电流见图3和图42012-05-1400:00:002012-05-1500:00:00日期及时刻(b)堵塞时图1运用固定式暖风器时风机电流空气预热器1.3风机喘振因风道阻力增加,风机流量-压头特性曲线发生变化,风机进入不稳定工作区域,出现喘振空气预热器现象。为确保机组和设备安全机组被迫降负荷出口二次风压行。该机组曾出现因为暖风器压差大引起的2013-12-3109:48:472014-01-0109:48:47日期及时刻风机喘振,导致机组被迫将运行负荷限制在420a)空气预热器压差正常MW左右1.4加热风温达不到设计要求气预热器根据设计要求,进入空气预热器的冷一次风气预热器入口二次风压温为30℃,二次风温为23℃;而暖风器投运后冷一次风温实际为12℃,二次风温实际为8℃低于设计值。暖风器加热后的实际风温值见图2。导致加热风温不能达到设计值原因有:(1)异2013-01-250741:152013-01-2607:41:15物沉积阻碍了空气和铝翅片热交换;(2)暖风器中国煤化工有效换热面积没有达到设计值。CNMHG378·发电设各第28卷风机能耗增加、空气预热器电流波动的重要引风机电流原因。139.6次风机电流(3)暖风器疏水角度偏小或疏水联箱设计不合理、下排换热管底部管口淹没在疏水中、疏水排放不顺畅是导致暖风器及疏水系统振动和换关风机电流热管开裂泄漏的直接原因,同时也是导致疏水温2013-12-3109:48:472014-01-0109:48:4日期及时刻度高的重要原因。(a)送风机、一次风机、引风机电流空气预热器压差正常)(4)换热管蒸汽量分配不均也是导致暖风器及疏水系统振动的重要原因。引风机电流132一次风机电流3解决措施3.1采用可转动暖风器60b送风机电流借鉴风门挡板的工作原理,设计可转动暖风2013-01-2507:41:152013-01-260741:15日期及时刻器,它由换热组件和壳体支撑件组成,其中换热b)送风机、一次风机、引风机电流(空气预热器压差异常)组件由进出口联箱、换热管、进气管、疏水管、框图4风机电流架等组成,换热组件通过轴承支撑在风道壳1.6暖风器疏水温度高体上。在低温季节,为提高进入空气预热器的冷风暖风器投用时冷风和换热组件交叉换热;暖温度,进汽量增大。由于翅片表面杂物泥积阻风器退出使用时,换热组件转动90°,冷风从换热碍冷空气和铝翅片热交换,换热不充分,大量蒸组件表面平行掠过,暖风器阻力降低;暖风器发汽热量被疏水带走,导致疏水温度高。运行显生堵塞时,换热组件转动180°将杂物沉积面转动示:开大进汽量时疏水箱温度一度高达180℃,至背风面,利用风力对沉积杂物自动清理既影响疏水系统的安全,又不能满足加热风温的设计中考虑以下几点2:要求;同时还造成暖风器能耗的升高和机组效率(1)暖风器整体布置采取倾斜布置或垂直布的下降置两种方式。该锅炉暖风器采用垂直风道倾斜1.7暖风器及疏水系统振动布置方式,倾斜角度保证下排换热管底部管口正机组负荷升高,暖风器用汽量增加,暖风器常疏水时不被疏水淹没设备及疏水系统出现严重的振动,威胁设备的安(2)运用锅炉水冷壁解决水动力不均和热力全运行。不均的方法,对进人换热管的蒸汽均流,以此来1,8换热管泄漏解决换热管换热不均引起暖风器振动的问题。由于暖风器投运期间长期振动,导致换热管3)换热组件之间以及换热组件和暖风器壳焊口开裂,蒸汽泄漏,影响系统可靠运行。体之间应该保证零间隙,考虑设备变形时间隙可2问题发生原因适当放大至15~20mm,最大限度地降低暖风器投停期间的运行阻力和设备漏风,提高暖风器的引起上述第1章中问题的主要原因有以下换热效率。几点:(4)出入口采用套管、换热组件采用框架包(1)暖风器换热管表面杂物沉积是导致暖风覆支撑,以延长轴承使用寿命和避免钢铝复合管器压差增加、风道阻力增大、送风机和一次风机焊口受力,确保设备及系统的可靠和安全。电流升高、风机喘振的直接原因,同时也是导致(5)疏水侧轴承作为膨胀起点,换热组件整机组限负荷运行、加热风温不能达到设计值、空体向蒸汽入口侧膨胀气预热器压差增大、暖风器疏水温度高的重要(6)为减轻检修维护工作量,低温侧采用旋原因。转接头和疏水系统连接,高温侧人工手动松解法(2)暖风器换热面积不够是加热风温不能达兰(高温旋M中-换热组件转动到设计值、空气预热器低温腐蚀、空气预热器压可采用人差大、暖风器疏水温度高的直接原因,同时也是机械驱动TCH:CNMHG动便捷性优于第5期顾强:旋转暖风器的应用·3793.2采用旋转暖风器时风机能耗式中:△In为风机电流下降值;I为改造前风机3.2.1计算方法电流;r"m为改造后风机电流;p'为改造前风机出根据改造前后暖风器阻力的变化来估算风口风压;p”为改造后风机出口风压;△pm为暖风器机能耗节约带来的经济收益阻力降低值风机对空气的做功P按下式进行计算(3)计算暖风器改造经济性下限时,将旋转P.=Q(p2-p)P+vn/2-n/2)(1)暖风器投运期全部计入机组运行时间;计算暖风式中:力1、p2为风机进、出口的压力;v1、v为风机器改造经济性上限时,则将旋转暖风器停运期全进、出口空气流速;Q为风机空气体积流量;p为部计入机组运行时间。空气的体积质量。(4)机组在340~600MW内任意工况下的在同一负荷下影响风机功率的主要变量为风机节能数据,采用三个统计工况点的实际运行p和Q。为了准确选择暖风器,必须考虑改造前数据进行插值计算。后对于p2和Q的影响,以不影响计算精度为条次风系统件,又便于简化计算需要进行以下简化假设:A侧一次风暖风器阻力随机组负荷的变化在机组相同电负荷下可以认为风机出口风情况见图5。经过暖风器改造后,不论旋转暖风量不变,此时风机的运行状态和效率基本不变,器处于投运工况还是停运工况,A侧一次风暖风将风机电功率与风机各运行条件的复杂关系简器的阻力均有不同程度的下降。表1统计了三化为仅与风机出口风压相关,即个工况下的A侧一次风暖风器运行数据,其中Pu∝p2(2)次风机功率因数为0.875。该机组2012年度平风机稳定运行时,其电机的功率因数和电压均负荷率为78.84%,运行总时长为6519.41h变化范围很小,可以认为是定值这样就可以由按照机组运行期间一次风暖风器投运3204h,可以计算出A侧一次风机年平均节能下限为风机的电流估算出其运行功率:186896kWh;按照机组运行期间一次风暖风器Pu=√3停运5556h,可以计算出A侧一次风机年平均式中:U为风机电机电压;cos9为功率因数,都是节能上限为273081kWh常量;I为风机电流,随风机的负载而变化。这样就可以把风机功率与出口风压的变化进而简化固定暖风器为电机电流与风机出口风压的正比关系,即旋转暖风器投运旋转暖风器停运I∝p2(4)0.30同样,当风道上其他部件的阻力不变时,风机出口风压的变化就仅仅反映了暖风器阻力的0.15变化,即△In∞C△pr(5)式中:△Im为风机电流的变化;△pm为暖风器阻力600的变化。机组负荷MW这样,就可以通过暖风器阻力的变化来反推图5A侧一次风暖风器阻力与机组负荷的对应关系出风机电流的变化,进而可以由电流变化计算风表1A侧一次风暖风器运行数据统计计算结果机功率。项目3.2.2计算条件负荷/Mw计算条件为:次风机电流rm1A(固)/A85.0982.1276.39(1)机组负荷在340MW、450MW和600次风机出口风压10.04p1A(固)/kPa10.6896MW三个工况点稳定运行时的大量运行参数中次风机电流选择了符合第3.2.1节假定条件的数据,计算其80.5976.3668.15r”m?1A(旋停运)/A平均值作为计算初始条件。一次风机出口风压10.119.559,57(2)暖风器改造获得的风机电流下降值为:p°1A(旋停运)旋转暖风器△Im=△pn(I'm-Tn)(p'-p")(6)阻力下降△pH中国煤化工CNMHG O038·380·威也谩畚第28卷表1(续)运行期间送风暖风器投运3417h,可以计算出项目数值A侧送风机年平均节能下限为59666kWh;按旋转暖风器停运时0.2710.250照机组运行期间送风暖风器停运5343h,可阻力下降△p/kPa以计算出A侧送风机年平均节能上限为A侧一次风机节省功率8.5512.05旋投运)/kW100674kWhA侧一次风机节省功率41.0948.75(旋停运)/kW一◆固定暖风器■·旋转暖风器投运同理,计算B侧一次风系统的改造效果,见…旋转暖风器停运图6及表2。0.300.45←固定暖风器客0.15一·旋转暖风器投运…旋转暖风器停运0200机组负荷/MW留0.15图7A侧送风暖风器阻力与机组负荷的对应关系表3A侧送风暖风器运行数据统计计算结果项目数值机组负荷/MW负荷/MW送风机电流ImA(固)/A52.5341.4537.95图6B侧一次风暖风器阻力与机组负荷的对应关系送风机出口风压p1A(固)/kPa0.94表2B侧一次风暖风器运行数据统计计算结果送风机电流项目数值rmA(旋停运)/A51.7138.9737.02负荷/MW600送风机出口风压一次风机电流rm1B(固)/A87.2882.7675.76p1A(旋停运)/kP1.770.56次风机出口风压p1B(固)/kPa10.639.91旋转暖风器投运时阻力下降△p3/kPa0.053次风机电流rm1B(旋停运)/A81.0976.39旋转暖风器停运时阻力下降△p。/kPa0.4350.2430.149次风机出口风压p1B(旋停运)/kPa10.199.649.61A侧送风机节省功率旋投运)/kW2.880旋转暖风器投运时阻力下降△p/kPa0.034A侧送风机节省功率(旋停运)/kW23.5817.875,42旋转暖风器停运时阻力下降△p/kPa0.2640.2140.215同理,计算B侧送风系统的改造效果,见图8B侧一次风机节省功率旋投运)/kW12.75和表4。B侧一次风机节省功率(旋停运)/kW57.0575.6280.50固定暖风器一·旋转暖风器投运…旋转暖风器停运3.2.4送风系统经过暖风器改造后,旋转暖风器停运工况时,A侧送风暖风器的阻力下降明显;旋转暖风器投运工况时,A侧送风暖风器阻力与改造前相当,见图7。表3统计了机组三个运行工况下的A侧送风暖风器运行数据,其中送风机功率中国煤化工800因数为0.866。该机组2012年度平均负荷率为78.84%,运行总时长为6519.41h,按照机组CNMHG图8B侧送风暖风器阻力与机组负荷的对应关系第5期顾强:旋转暖风器的应用表4B侧送风暖风器运行数据统计计算结果4.3设备可靠性项目数值改造前暖风器由于振动经常发生泄漏,改造负荷/MW600后通过实际运行考验,振动现象消除,没有发现送风机电流ImB(固)/A53.7940.1737.4泄漏点。送风机出口风压2.021.350.97p1B(固)/kPa转动机构可靠性方面,运行中旋转暖风器转送风机电流动灵活、轻盈,不存在卡涩;同时新设备安装也完r1B(旋停运)/A50.6938.3436.69全遵照旧系统的布置方式,风道没有进行过大的送风机出口风压变动。p"1B(旋停运)/kPa旋转暖风器投运时5结语阻力下降△p/kPa0.0510.0270.049旋转暖风器停运时旋转暖风器改造后具有如下效果:0.4350.2300.186阻力下降△p。/kPa(1)旋转暖风器停运时,阻力极小,解决了固B侧送风机节省功率1.411.55定式暖风器由于堵塞导致的一系列问题,改造至旋停运)/kWB侧送风机节省功率今未再发生由于暖风器导致风机喘振和机组降93.615.84(旋停运)/kW负荷事件。(2)旋转暖风器投入运行时,加热风温完全4改造收效满足设计要求,解决了加热风温达不到设计值引起的空气预热器低温腐蚀问题4.1节电年效益(3)旋转暖风器试验期间,设备及系统振动节省电量收益按0.4469元/(kW·h)计消除,解决了固定式暖风器振动严重和由于振动次风机和送风机节电年收益为40.8万元。引起的换热管焊口开裂的问题4.2改造前后对风温的影响(4)旋转暖风器结构合理,设计可靠,转动十试验期间,蒸汽调节阀开度为15%左右,暖分灵活,换热效率高,节能收益高,系统适应风器出口风温达到42℃。由于暖风器出口温度性好。过高,引起排烟温度快速上升,因而蒸汽调节阀开度不能再开大。从已经试验的开度情况来看,参考文献:改造后温升较改造前变化十分明显,完全满足设1]唐兆芳,刘俊忠,李新明等.锅炉暖风器系统与热风再循环计要求,见表5。系统对比分析[].发电设备,2004,18(3):130-133[2]陈禄,刘何.电站燃煤锅炉暖风器投入条件分析[门].热力发表5A侧送一次风暖风器进出口风2009,38(2):48-50温数据统计结果(B侧与A侧结果基本一致)数值项目改造前改造后人口风温/℃6A侧一次风暖风器(环境温度升高)出口风温/℃18蒸汽调节阀开度/%15入口风温/℃-9A侧送风暖风器(环境温度升高出口风温/℃8蒸汽调节阀开度/%中国煤化工CNMHG