热风再循环对锅炉运行的影响分析

周文鑫

（华电国际莱城发电厂，山东 莱芜 271100）

0 引言

电厂锅炉燃煤中都含有一定量的硫分，因此烟气中都会含有硫酸蒸汽，硫酸蒸汽流经尾部受热面时会腐蚀金属管壁 ，这种腐蚀即为低温腐蚀［1］。

在燃用高硫燃料的锅炉中通常采用热风再循环或加装暖风器来预防低温腐蚀［2］。但采用热风再循环系统可能会导致锅炉运行工况变化，因此要对锅炉进行热力计算，研究采用热风再循环对锅炉运行参数的影响，从而保证锅炉安全运行。

1 热风再循环的原理

热风再循环是把空气预热器出口的部分热空气引到空气预热器入口，与入口处冷空气混合，使空气预热器进口空气温度升高，再将混合后的空气通过送风机送入到空气预热器中进行加热，如图1所示。热风再循环有两种布置方式，图1（a）中抽取部分热空气直接进入送风机的入口；图1（b）中采用再循环风机将热风送到送风机出口和冷风混合，再进入预热器［3］。

图1 热风再循环系统

2 锅炉热力计算与分析

热力计算选用的锅炉采用单炉膛，“Π”型布置型式，燃用挥发分低的无烟煤。过热器由炉顶管过热器、转弯烟室包覆管过热器、低温对流过热器（逆流布置）、第一级喷水减温器、屏式过热器、第二级喷水减温器、高温对流过热器（冷段逆流，热段顺流）等组成。屏式过热器为半辐射式，布置在炉膛出口。尾部受热面有省煤器和空气预热器，采用双级布置以保证较高的热空气温度。

图2 锅炉热力计算流程

确定锅炉参数后，根据图2所示计算流程［4］，分别计算了锅炉额定工况、热风再循环10%（即再循环风量占总二次风量10%，下同）工况、热风再循环25%工况和暖风器工况下锅炉各受热面进出口烟温、工质进出口温度以及传热量的变化，并进行比较分析。

2.1 热风再循环系统对低温腐蚀影响

锅炉尾部受热面金属的腐蚀速度既与壁温有关。如图3所示，腐蚀最严重的区域有两个：一是发生在壁温为水露点附近；另一个发生于壁温约低于酸露点15℃的区域。

图3 金属腐蚀速度与壁温的关系

通过对设计煤种进行计算，酸露点为100.34℃，因此，当壁温在85℃附近时，低温腐蚀较为严重。通过热力计算，得出低温空气预热器采用热风再循环前后的末端壁温，详见表1。

表1 不同工况下低温空预器参数

由表1可见，在额定工况下，低温空预器末端壁温为82.2℃，处于低温腐蚀严重区域。当采用热风再循环后，随着热风再循环量的增大，空预器末端壁温也逐渐增大，低温腐蚀逐渐减弱，进入安全区。采用暖风器时，空预器末端壁温要比采用热风再循环系统时更高，低温腐蚀也更弱。

2.2 热风再循环系统对锅炉效率的影响

热风再循环工况下，由于再循环热风的加入，空预器空气侧总流量增大，吸收同样热量引起的空气温升较暖风器要小，因此传热温差要大于暖风器模式，另外由于流经空预器空气侧的风速增大，传热系数变大，二者综合影响，热风再循环工况相比暖风器工况下空预器传热量要大得多，排烟温度也明显较低，如表1所示。而与额定工况相比，热风再循环工况下空预器进口风温较高，传热温差较小，因此传热量变小，排烟温度略有升高［5］。随着排烟温度越高，排烟焓Ipy也越大。

排烟热损失

式中：Ipy为排烟焓；αpy为烟气侧空预器出口过量空气系数；Ilk为冷空气焓；Qr为锅炉输入热量；q4为机械不完全燃烧热损失。

由式（1）可知，排烟热损失q2随排烟焓Ipy的增大而增大，因此锅炉效率越低［6］。通过计算，得出不同工况下锅炉效率与排烟温度的变化趋势，如图4所示。

图4 不同工况下锅炉效率和排烟温度的变化

相比热风再循环，暖风器工况下排烟温度升高更多，排烟热损失更大，锅炉效率更低。

2.3 热风再循环对汽水受热面的影响

采用热风再循环后，由于排烟温度升高，热效率降低，计算燃料消耗量Bj增大，因此炉膛出口烟温升高。之后烟气依次流过屏式过热器、高温过热器、低温过热器，在流过各个过热器时，烟气温度的变化规律都很相似，因此下面以屏式过热器为例分析烟气温度变化情况。

通过锅炉热力计算，不同工况下屏式过热器进、出口烟温变化如图5所示。在热风再循环工况下，屏式过热器出、入口烟温较额定工况略有升高，但变化不大；而当采用暖风器时，屏过出、入口烟温较额定工况升高更多，不利于受热面的安全运行。

图5 不同工况下屏式过热器进出口烟温变化

采用热风再循环后，由于排烟温度升高，热效率降低，计算燃料消耗量Bj增大。

蒸汽吸热量

式中：i″为屏过出口汽温；i′为屏过入口汽温；D 为蒸汽流量；Bj为燃料消耗量。

若要保持蒸汽侧温度不变，则（i″-i′）不变，但燃料消耗量Bj增大，故只有增大蒸汽流量D才能保持蒸汽吸热量Qd不变化。因此采用热风再循环和暖风器后，若要保持过热蒸汽温度恒定，都应采取蒸汽减温措施，如加大过热器减温水流量等方法。

3 结语

热风再循环系统能够提高空气预热器壁温，减轻低温腐蚀，从而延长空气预热器的使用寿命。

热风再循环系统会使锅炉排烟温度升高，排烟热损失增大，锅炉热效率降低。但与暖风器相比，热风再循环系统对锅炉运行工况影响相对较小。

采用热风再循环系统后，锅炉各个受热面进出口烟温较额定工况变化不大，有利于锅炉各受热面安全运行。

采用热风再循环系统后，计算燃料消耗量增加，为保持蒸汽温度恒定，需采取蒸汽减温措施，如增大过热器减温水流量等。