华能大连电厂4号机组空气预热器优化改造

张 伟，李明辉，王 博

（华能国际电力股份有限公司大连电厂，辽宁 大连 116100）

华能大连电厂4号机组空气预热器优化改造

张 伟，李明辉，王 博

（华能国际电力股份有限公司大连电厂，辽宁 大连 116100）

以华能大连电厂4号机组的空气预热器为例，从降低预热器整体运行阻力的角度，提出了通过重新布局换热元件，降低空气预热器漏风率进而提升锅炉热效率的优化改造方案。实践证明，优化改造效果明显，可供类似机组空气预热器的优化改造参考。

锅炉；空气预热器；换热元件；漏风率

为了提高大型电站锅炉的热效率，空气预热器被广泛应用在大功率机组中。对于功率重复350 MW重复的锅炉，通常采用结构紧凑，传热面密度、质量较轻且低温腐蚀不严重的回转式空气预热器作为尾部换热设备。回转式空气预热器由于其自身固有的特性漏风量较大，会随着使用时间以及工况环境的变化被逐步放大，甚至影响整个机组的经济性和可靠性，因此该问题一直为各电厂提高经济效益需要解决的关键点。

华能大连电厂4号机组的空气预热器采用容克式三分仓回转式，原始设计中未加装二次密封，也未安装气隙控制系统，在长时间运行状况下，其密封性能下降、转动部件之间摩擦加大。此外，烟气长时间接触空气预热器的换热元件后，会产生伴有腐蚀性的粘聚积灰，尤其当锅炉使用含硫量较高的燃煤时，对回转式空气预热器内金属表面会造成腐蚀，冷端热交换层特别明显。腐蚀和积灰严重影响了换热效率，且难以清除，增加了空气预热器转子的运行阻力，进而增大漏风率。根据2015年4月对其进行的漏风率测定，在350 MW负荷下漏风率已经超过10%。

这2种情况不但降低锅炉的整体效率、增加风机的耗电量，也严重影响锅炉正常工作。为了降低漏风率，提高机组效率，针对华能大连电厂4号锅炉空气预热器进行优化改造。

1 原理分析及改造方案

回转式空气预热器漏风率高是由其自身特点所决定的，整体机构分为动、静2个部分，各仓室之间密封不良，存在间隙。由于从锅炉排出的烟气压力高于自上而下的空气压力，这个压力差和空气预热器自身的密封间隙，造成漏风。该漏风根据形成原因不同被分为直接漏风和结构漏风（携带漏风）2部分。前者占主要部分，由2个仓室之间的压力差作为动力，通过密封系统的缝隙，产生漏风；后者则是由自身构造引起的。结构漏风量的计算公式为

式中D——转子直径，m；

d——中心轴直径，m；

n——转子旋转速度，r／min；

y——转子内换热元件所占容比，%；

H——转子高度，m。

对于这类空气预热器而言，结构漏风可看做是自身特点，也是自身缺点，并且是不可避免的。通过该渠道造成的漏风一般仅占总漏风量的5%，份额很少。而且当空气预热器部分施工完成后，该漏风量不随着时间而变化，可认为是不变的。直接漏风量会随着空气预热器的长时间运行变得愈为严重，其计算公式如下：

式中 Δp——进风空气气道与烟气气道的压差，kPa；

ρ——空气预热器内平均气体密度，kg／m3；

K——空气预热器泄漏系数；

F——间隙面积，m2。

根据式（2）可以得到如下结论：漏风率与泄漏系数K、间隙面积F、空气与烟气的压力差ΔP的平方根成正比，要降低漏风量，就必须减小K，F，Δp值。

其中Δp是直接漏风的主要因素，由于回转式空气预热器本身分为静、动2个部分，为了便于动转子的机械转动，2个部分之间必留有间隙，因此气体会在Δp的压力下，压力高的一侧会向低压侧和烟气侧漏风，而其它3个变量基本上对于同1台空气预热器是常量。

容克式空气预热器直接漏风的主要区域如下：转子上部热端径向密封片和扇形板之间；转子侧面轴向密封片和轴向圆弧板之间；转子下部冷端径向密封片和扇形板之间；转子中心筒上下固定密封盘和中心密封片之间；扇形板和轴向圆弧板侧面和两端的静密封区域；转子上、下部T字钢和旁路密封片之间（烟、空气旁通）。

对于华能大连电厂4号锅炉空气预热器情况，要保证其快速实现正常生产，最有效的办法就是减小空气侧与烟气侧的压力差。因此，此次空气预热器采用的优化方案如下：

a.将3层布置的换热元件改为2层，通过优化换热元件结构，一方面保证交换效率；另一方面，优化空气动力机构，使空气阻力减小，从而减小2个气道之间的压力差；

b.采用湿法喷涂工艺冷端换热元件，采用符合EN10209标准的脱碳钢作为金属基材，镀层为进口搪瓷釉料，能有效减少低温腐蚀和粘聚积灰；

c.对必要的密封原件加以更换。

2 改造效果评估及分析

2.1 测算公式

锅炉热效率试验的测定以入炉煤低位发热量为基准，采用反平衡法计算各项热损失［1］。计算公式如下：

式中q2——排烟热损失比例，%；

q3——未完全燃烧可燃气体热损失比例，%；

q4——未完全燃烧固体热损失比例，%；

q5——锅炉散热损失比例，%；

q6——残留灰渣物理热损失比例，%。

在锅炉试验期间，送风温度、给水温度以及燃料自身特性会偏离其对应的设计值，因此对锅炉的热效率测量值进行修正。

温度偏差对排烟温度的修正公式如下：

式中—排烟温度，℃；

——设计送风温度，℃；

——低温段进口烟气温度，℃；

——实测排烟温度，℃；

——实测基准温度，℃。

给水温度偏差对排烟温度的修正公式如下：

式中θ′sm——省煤器入口烟气温度，℃；

θ″sm——省煤器出口烟气温度，℃；

t′k——进入空气预热器实测空气温度，℃；

θ′ky——进入空气预热器烟气温度，℃；

——实际给水温度，℃；

——设计给水温度，℃。

当实际给水温度与设计值偏差在10℃以内，可以考虑不予修正，本试验小于10℃的偏差未予修正。

整个锅炉燃煤机组试验发电煤耗计算公式如下：

式中bf——发电煤耗，g／kWh；

HRt——汽轮机热耗率，kJ／kWh；

ηgl——锅炉效率，%；

hgd——管道效率，%。

另有供电煤耗与厂用电率关系如下：

式中bg——供电煤耗，g／kWh；

ec——厂用电率，%。

空气预热器漏风率测试是与350 MW负荷下锅炉热效率试验同时进行的。对于烟气的组分，采用网格法进行测定，试验位置取空气预热器入口以及出口烟道，采样周期为15 min，每次采样检验烟气中的O2、RO2和CO含量。

根据ASMEPTC4.3，该试验漏风率按下面公式计算：

式中AL——漏风率，%；

WG14——烟气气道中入口湿烟气量，kg／kg；

WG15——烟气气道中出口湿烟气量，kg／kg。

2.2 锅炉效率试验分析

4号机组锅炉热效率对比如表1所示，μ0表示机组热效率，T1表示修正后排烟温度，μ1表示机组修正热效率。

表1 4号机组锅炉热效率对比

通过表1，得到如下结论。

a.该机组工作负荷为350 MW时，经改造后锅炉机组热效率为94.18%，经换算、修正计算后热效率为93.91%，与改造前热效率93.89%相比，提高了0.02%。

b.该机组工作负荷为280 MW时，经改造后锅炉机组热效率为93.94%，经换算、修正计算后热效率为93.95%，与改造前热效率93.89%相比，提高了0.07%。

c.该机组工作负荷为210 MW时，经改造后锅炉机组热效率为93.66%，经换算、修正计算后热效率为93.68%，与改造前热效率93.42%相比，提高了0.26%。

与改造前的3种负荷状态下锅炉效率平均值相比，经过升级后，锅炉的热效率平均提高了0.12%。比较表中q2、q3、q4、q5可以看出，升级后的锅炉机组热效率损失主要为排烟热损失q2，该结果进一步验证了本次优化改造是提升锅炉热效率的主要因素。

3 空气预热器漏风试验结果

根据对空气预热器气道入口的烟气量进行检测以及式（8）的计算，能够得到表2所示的漏风率情况。A、B空气预热器经过改造后，A侧预热器漏风率为4.418%，B侧漏风率为4.626%；两侧的预热器平均漏风率为4.522%，与改造前相比，漏风率降低了5.488%。

表2 空气预热器漏风率对比

空气预热器压力变化如表3所示，经过升级、改造后的空气预热器风机出口的一、二次风压降低，这是由于将换热层从3层改为2层后预热器整体阻力变小。根据式（2）可知，漏风率也随着一、二次风压的降低而减小。另外，冷端元件的更换，使得2层换热器更不容易积累灰尘，对降低预热器的整体阻力有所帮助［2－5］。

表3 空气预热器压力变化 kPa

4 结束语

漏风量大、旋转部件空气阻力大是回转式空气预热器在各电厂锅炉机组运行中存在的常见问题。从华能大连电厂4号锅炉空气预热器升级改造的试验结果来看，优化改造方案达到了预期效果，相比增加密封层而言，其可靠性更高，易损元件较少，为电厂提高效率提供有效解决方案，可为其它电厂提供借鉴。

［1］张永德，段铁成，邱爱玲.浅谈回转式空气预热器漏风控制［J］.东北电力技术，2000，21（8）：2－5.

［2］綦明明，肖 静，冷 杰，等.600 MW亚临界机组综合升级改造后锅炉性能探讨［J］.东北电力技术，2014，35（11）：19－21.

［3］罗江勇，吕新乐，韩 琪.超临界锅炉脱硝改造后空预器吹灰器异常分析［J］.东北电力技术，2015，36（7）：29－32.

［4］吴景兴，徐宪斌.三分仓回转式空气预热器漏风治理［J］.东北电力技术，2002，23（5）：35－37.

［5］马金凤，吴景兴，韩志华.回转式空气预热器漏风综合治理［J］.东北电力技术，2001，22（11）：1－4.

Optimizing Transformation on Air Preheater of No.4 Boiler for Huaneng Dalian Power Plant

ZHANG Wei，LI Ming⁃hui，WANG Bo
（Huaneng Power Inc.Dalian Power Plant，Dalian，Liaoning 116100，China）

The air preheater of boiler No.4 unit in Huaneng Dalian power plant is taken as the research object in this study.From lower preheat⁃er overall running resistance angles，reducing the optimization of air preheater leakage rate and improving the thermal efficien⁃cy of the boiler are presented through the relayout.Facts show that the optimization effect is obvious.The results offer a reference to optimize the transformation of similar units for air preheater.

Boiler；Air preheater；Heat exchanger component；Leakage rate

TK264

A

1004－7913（2016）06－0049－04

张 伟（1975—），男，硕士，工程师，研究方向为火力发电机系统及其控制。

2016－02－18）