回转式空气预热器性能诊断模型及应用分析

2015-06-09王承亮

综合智慧能源 2015年9期

关键词：诊断模型预器预热器

王承亮

（华电国际技术服务中心，济南 250014）

回转式空气预热器性能诊断模型及应用分析

王承亮

（华电国际技术服务中心，济南 250014）

根据大容量火电机组回转式空气预热器运行调研结果，针对80%以上机组空气预热器性能出现不同程度恶化导致机组出力被迫下降的情况，通过研究建立回转式空气预热器性能诊断模型，及时发现导致空气预热器性能降低的因素并采取有效预防措施，保证空气预热器始终保持安全、经济运行。经过实例验证，效果良好。

空气预热器；诊断模型；漏风率；动态调试

0 引言

300MW及以上容量机组均设计安装回转式空气预热器（以下简称空预器），根据调研分析结果可知，80%以上机组空预器性能出现不同程度的恶化，主要表现为空预器漏风率偏高和换热效率降低。空预器漏风率偏高，导致引风机、送风机和一次风机耗电率升高，严重者因锅炉风量不足，导致机组被迫降负荷运行；空预器换热性能恶化，导致排烟温度升高和引风机、送风机、一次风机耗电率升高。同时，一次、二次热风温度降低使锅炉燃烧工况进一步恶化。

针对空预器对锅炉安全、经济运行的重要性和当前普遍存在的空预器性能恶化问题，提出进行回转式空预器性能诊断模型研究课题，通过研究建立回转式空预器性能诊断模型，以便及时发现影响空预器性能降低的问题，从而及时采取有效预防措施，保证空预器安全、经济运行。

1 回转式空预器设备概况

空预器的转子实际上是一个上、下开口的巨大筒体，在其内部装有大量蓄热单元。蓄热单元由蓄热元件组成，蓄热元件是把物理比热较高的金属材料制作成凹凸不平的波浪型片状，以增大其与空气的接触面积。在转子的上、下表面上又使用径向密封片分隔出若干扇形面积的小区域。以转子的某一个扇形区域为例，当这个扇形区转动到热风侧时，高温的烟气由热风仓的顶部流入，穿过该扇形区域从转子的下方流出；转子继续转动到冷风侧时，低温的空气由一次风仓或二次风仓的底部流入，穿过该扇形区域从转子的上方流出。在这个过程中，高温的烟气在流过蓄热元件时将热量传导给蓄热元件，并由转子转动到冷风侧，再把热量传递给一次、二次风，使冷空气被预热。回转式空预器如图1所示。

图1 回转式空预器

2 空预器漏风［1］的危害

（1）二次风侧的风外漏至大气，使得与烟气换热的风量减少，排烟温度上升，排烟损失增大，锅炉效率降低；如果要保持炉膛燃烧所需风量，就要增大送风机出力，使厂用电增加，锅炉效率降低。

（2）一次风外漏入大气与二次风漏入大气影响相似，均减少了磨煤机出力，要保持磨煤机出力就要增大一次风机出力，增加了厂用电。

（3）外部空气漏入烟气侧会使引风机入口烟气量增大［2］，为保持炉膛负压，引风机出力增大，增加了厂用电，降低了锅炉效率；如果是烟气侧热端漏风会使烟气量增大，换热效率降低，排烟温度升高。

（4）风侧漏入烟气侧，使送风机、一次风机、引风机出力增大；烟气从热端漏入冷端，使烟气与空气换热量减少，一次、二次风温度降低，降低了燃烧效率，同时使排烟温度升高，降低了锅炉效率；一次、二次风从冷端漏入热端［3］导致一次、二次风温度降低。

3 空预器换热性能降低的危害

（1）导致排烟温度升高，锅炉效率降低。

（2）因通风阻力增加，导致引风机、送风机、一次风机耗电率升高。

（3）因空预器换热效率降低，导致一次、二次热风温度降低，使锅炉燃烧工况进一步恶化。

（4）因通风阻力增加，导致在相同风量情况下，空预器一次、二次风漏风率增加。

4 空预器性能诊断模型建立原理

根据空预器性能参数，应用漏风率和温变比2个综合指标来评价空预器性能。

空预器漏风率反映空预器密封改造效果，漏风率超过设计值，会导致引、送风机耗电率升高、排烟温度降低；空预器双密封型接触密封改造后要求漏风率在5%以下，大修周期内不超过8%；空预器漏风率每增加1百分点，排烟温度会降低1℃左右，煤耗增加约0.5g／（kW·h）。

空预器温变比和换热效率［4］是反映空预器换热性能的综合指标，空预器温变比和换热效率指标集中反映了空预器换热面积、空预器冷却风量、空预器积灰等影响空预器性能的相关因素，空预器温变比和换热效率低于设计值，表明空预器换热性能未达到设计要求，会导致排烟温度升高、热风温度降低。

5 空预器性能诊断模型

5.1 空预器冷却风量未达到设计值诊断

判断依据：同时满足以下条件中3种以上，则可判断空预器冷却风量不足［5］。（1）修正后排烟温度升高；（2）空预器温变比低于设计值；（3）空预器换热效率低于设计值；（4）空预器压降比降低；（5）空预器出口风温上升。

5.2 空预器腐蚀积灰诊断

模型判断依据：同时满足以下条件中3种以上，则可判断空预器腐蚀积灰。（1）修正后排烟温度升高；（2）空预器温变比低于设计值；（3）空预器换热效率低于设计值；（4）空预器出口风温降低。

5.3 空预器蓄热元件损伤诊断

判断依据：同时满足以下条件中3种以上，则可判断空预器蓄热元件损伤。（1）修正后排烟温度升高；（2）空预器温变比低于设计值；（3）空预器换热效率低于设计值；（4）空预器出口风温降低。

5.4 空预器冷端漏风率诊断

判断依据：同时满足以下条件中3种以上，则可判断空预器冷端漏风率超标。（1）修正后排烟温度降幅较大；（2）空预器温变比（表观）升高；（3）空预器换热效率（表观）升高；（4）一次风机、送风机电流升高。

6 诊断案例

6.1 现状分析

2013年10月31日16：30，某厂＃7锅炉运行数据见表1，负荷为302MW，环境温度为12.35℃。根据计算结果：A，B空预器修正后排烟温度分别为158.71℃和155.41℃，平均排烟温度为157.06℃，即机组修正排烟温度仍比设计值偏高约25.00℃。

6.2 空预器性能诊断模型判断

根据表1进行模型诊断，过程如下：

（1）机组环境温度修正后，排烟温度为157.06℃，比设计值偏高约25℃；

（2）A，B空预器效率分别为54.27%，55.48%，分别低于设计值约15百分点；

（3）A，B空预器温变比分别为0.57，0.59，分别低于设计值约0.15；

（4）A，B空预器一次风热风温度高于设计值约9℃。

根据以上4项空预器模型输入数据，符合“空预器冷却风量未达到设计值诊断”模型，最终模型输出诊断结果为：空预器一次风冷却风量不足是导致空预器效率低和排烟温度高的主要原因。

表1 某厂空预器A，B性能计算分析

6.3 空预器一次风冷却风量不足原因分析

在空预器性能诊断模型输出诊断结果后，即进行了空预器一次风冷却风量不足原因分析，初步确定导致空预器一次风量不足的主要原因为制粉系统掺冷风量严重（见表2），A，B，C，D磨煤机冷风挡板开度分别为50.8%，45.5%，54.0%，63.0%，出口温度分别为69.48，69.50，70.00，67.00℃，磨煤机出口温度控制标准明显低于当前燃用煤种对应的控制标准（80℃），导致锅炉掺冷风量增加。同时，因锅炉为中储式热风送粉系统，在磨煤机停运后，风粉混合物温度控制在130℃左右（控制标准应为155℃），明显偏低，导致锅炉掺冷风量增加。上述两项因素都使通过空预器冷却的一次风量降低，从而导致空预器换热效率低。