锅炉暖风器疏水系统节能改造

马 伟，张 健，武 玉

(1.神华河北国华定洲发电有限责任公司，河北 定州 073000；2.石家庄市石门小学，石家庄 050002)

锅炉暖风器是有效控制锅炉低温腐蚀的一个辅机设备，在国内外都已普遍使用，但多数没有控制措施。当暖风器投运时，锅炉进风温度升高造成锅炉排烟温度升高，机组运行经济性变差；当暖风器不投运的时候，锅炉进风温度降低造成低温腐蚀加剧。少数电厂在传统设计基础上在暖风器出口和疏水箱之间增设了自动疏水器，但在使用过程中还存在一些问题[1-2]。也有极少数电厂在传统设计基础上在暖风器出口设置了疏水调节门，但没有相应的控制调节门的逻辑，因此疏水调节门只能对疏水进行粗调节。暖风器疏水不畅是导致暖风器不能正常工作的主要原因，疏水系统故障不仅导致暖风器冷凝水不能回收，而且使暖风器无法投运。文献[3]中经比较得出采用疏水侧调节可使暖风器出力调节范围增大，提高热能利用率。因此通过对某电厂的暖风器系统进行改造，以达到节能的目的。

1 暖风器系统概况及存在的问题

某电厂暖风器系统入口安装电动阀门及手动阀门，主要用来投运及解列暖风器，出口未安装疏水器，只安装调节门及其旁路门，暖风器系统见图1。暖风器用汽来自辅汽联箱，蒸汽压力为0.5～0.8 MPa，温度大于250 ℃。蒸汽从暖风器上部进入，疏水从下部排出经疏水调节门，进入排气装置，整个系统的运行依靠运行人员手动调节。

图1 暖风器疏水系统

正常运行时，运行人员通过控制电门后的手动阀门来控制一次风温与二次风温，从而间接地调节排烟温度。环境温度的变化、辅汽联箱压力及负荷的升降都会影响排烟温度，而手动阀门不能随时跟踪并调节排烟温度，因此排烟温度变化较大。冬季暖风器投入以来，空气预热器出口烟气温度普遍高于120 ℃，有效防止了空气预热器的积灰、堵灰及低温腐蚀，保证了机组的安全稳定运行。暖风器投入后，锅炉排烟温度明显上升，投入前平均排烟温度为92 ℃左右，投入后平均排烟温度上升至121 ℃左右。投入暖风器后，虽然平均排烟温度大幅度提高，但随着负荷及环境温度的变化，排烟温度也不稳定，经常高于130 ℃，或者低于110 ℃。因为辅汽压力相对固定，而暖风器系统处在手动方式，很难及时调节。如果负荷增加，一二次风量变大，蒸汽量相对变化较小，排烟温度相对下降；如果环境温度上升，蒸汽量相对变化较小，排烟温度就会大幅提高，造成不必要的浪费，也可能导致空气预热器腐蚀(规程规定排烟温度大于110 ℃)。正常运行时为防止疏水温度过低，凝结水冻结，引起疏水不畅，疏水温度一般控制在100 ℃以上，也造成了不必要的能源浪费。

综上所述，置于手动方式下的暖风器运行会导致排烟温度大幅高于正常值，疏水温度过高，降低了锅炉热效率，造成较大浪费。由于该厂暖风器系统出口自身安装气动调门，因此可以充分利用气动调门来控制疏水温度及疏水量，从而达到对暖风器控制的目的[4-5]。

2 改造方案

利用暖风器原有供汽疏水系统，变直接调节为间接调节，有效利用疏水调门进行逻辑调节。对疏水调门进行调节相当于间接调节蒸汽流量，因为暖风器中的压力始终是供汽压力，所以饱和温度不变。它对暖风器热负荷的调节主要是靠暖风器内部水位的高低即改变传热面积来实现的。改变疏水温度可以改变暖风器中过热蒸汽、饱和蒸汽与疏水的面积比，达到对烟气温度的控制。

该厂暖风器入口无蒸汽调节门，疏水侧有调节门，因此可以对调节门进行逻辑设置，从而达到改造暖风器的目的。最终的疏水到达凝汽器，如果暖风器疏水温度小于凝汽器温度不仅会影响机组整体的经济性，还可能导致暖风器结冰，造成疏水阻塞，影响暖风器的正常运行。所以逻辑判断疏水温度小于凝汽器压力下的饱和温度时，应优先打开疏水门，增加蒸汽流量。逻辑中增加暖风器入口蒸汽(一般都为过热蒸汽)过热度大于5 ℃可以防止暖风器内部有冻结，同样可作为疏水通畅的一个判断，逻辑判断见图2。

图2 暖风器水侧调节逻辑判断

暖风器垂直布置，过热蒸汽从暖风器上部进入暖风器，疏水从下部流出，整个过程中蒸汽过热段、冷凝段及疏水过冷段分层明显，因此发生振管的可能性不大。在暖风器实际运行过程中，运行人员曾将疏水调节门关小，减少蒸汽流量，并未发生振管现象。因此可以判断关小调节门对管道振动影响较小。

3 节能效果计算

暖风器运行时，锅炉效率影响总量的计算公式为：

(1)

式中：Δηg为暖风器投入时对锅炉效率影响的总量；tr为进入预热器的烟气温度，℃；tps为暖风器投入前的排烟温度，℃；tk为暖风器不投入时预热器进风温度，℃；Δtk为暖风器投入前后预热器进风的温升值，℃；h为排烟温度每变化1 ℃的热损失修正值(0.54×10-3)；qf为暖风器的单位吸热量，kJ/kg；ηg为暖风器未运行时锅炉的效率(取92.8%)[6]。

根据该厂1号、2号锅炉现有运行水平，取2009年冬季实际运行中相关参数平均值，暖风器正常运行时tr平均值约为300 ℃ ，tps通常平均约为100 ℃，冬季tk取8 ℃，温升Δtk约 20℃，qf取值1.976%[6]，代入式(1)计算得出锅炉效率降低约0.60%。采用改造方案后排烟温度可以下降至114 ℃，当温升Δtk取15 ℃时，代入式(1)计算可得锅炉效率大约降低0.42%。综上可知本次逻辑改造提升锅炉效率约为0.60%-0.42%=0.18%。该厂4台600 MW锅炉,每台炉满负荷设计煤量为240 t/h,按照50%负荷计算，每天燃煤量约为240 t/h×4×24 h×50%=11 520 t，每年暖风器至少需要投入50天，每年可以节约燃煤约11 520 t/d×50 d×0.18%=1 036 t，节能效果显著。

4 结束语

从以上分析可以看出，通过DCS逻辑控制疏水调节门的开度，可以调节风温，从而达到控制排烟温度的目的。对暖风器疏水调节门的改造，不仅可以节约大量燃料，也可以节约辅汽用量，提高机组整体效率。由于暖风器只在冬季投入运行，缺乏长期运行的经验，疏水侧调节对暖风器内部腐蚀的影响尚不确定。而疏水温度控制较低，暖风器各部件温差相对较大，疏水侧调节对暖风器产生的热应力也需要长期观察。

参考文献：

[1] 罗洪新，苏盛波，赵 敏.国产首台600 MW机组锅炉暖风器系统在运行中存在的问题及解决的措施[J].黑龙江电力，2000，22(1)：45-48.

[2] 李 雄.国电安顺电厂一期机组暖疏系统改造[J].热力发电，2007，36(9)：61-62，68.

[3] 赵之军，黄志强，刘瑞阳，等.电站锅炉暖风器疏水侧调节的优越性[J].发电设备，2002，16(5)：15-17.

[4] 张 贤，张智山，刘玉波.锅炉暖风器热力系统分析[J].发电设备，2005，19(1)：34-36.

[5] 曹 勇，李佩举.锅炉热风再循环系统及暖风器的设置条件[J].吉林电力，2001，29(3)：10-13.

[6] 翟培强.暖风器运行对机组效率影响的探讨[J].华中电力, 2001，14(6)：8-9.