降低2×350MW亚临界燃煤机组回转式空气预热器阻力改造

降低2×350MW亚临界燃煤机组回转式空气预热器阻力改造

孙洪坤

（大唐长春第三热电厂吉林长春130103）

摘要：当今电厂锅炉，随着运行时间的增加，以及实际使用煤种的改变，空气预热器经常出现堵灰的情况，通过增加空气预热器转子直径、更换换热元件板型，可以解决堵灰、阻力高的问题，使空气预热器达到良好的换热效果及正常的压降，满足机组稳定、安全运行的要求。

关键词：堵灰；传热；热效率；漏风

1.回转式空气预热器的工作原理、结构及作用

1.1回转式空气预热器工作原理

空气预热器是利用锅炉尾部烟道烟气的热量加热燃料燃烧所需要的空气的设备。空气预热器按照传热方式可分为导热式和蓄热式两种，而蓄热式主要为回转式。回转式空气预热器工作时，高温烟气从烟气入口加热空气预热器的传热原件，传热原件旋转经过空气风道（一次风道和二次风道）时，再将热量传递给穿过空气预热器传热原件的空气。

1.2回转式空气预热器结构

回转式空气预热器主要由外壳、转子、受热元件、密封装置、传动装置、上下轴承座以及润滑系统组成。回转式空气预热器壳体由三个腔室，又叫三分仓式预热器，这三个腔室内分别有一次风、二次风和烟气通过。

1.3回转式空气预热的作用

（1）能够在烟气排出锅炉前，再次吸收烟气热量，提高锅炉效率；

（2）改善燃料的着火与燃烧条件，减少不完全燃烧热损失；

（3）节约设备加工的金属消耗，减少制造成本。燃料在炉膛内燃烧，热量主要靠辐射传热传递给锅炉，由于空气预热器能吸收一部分燃料释放出来的热量，在蒸发量相同的情况下，就可以减少在炉膛内的水冷壁受热面的面积，这样一来就降低了金属材料的使用，减少了成本；

（4）可以使引风机的工作环境得以改善。由于烟气经过空气预热器时热量吸收，温度将大幅度下降，引风机的工作环境相比没有空气预热器时要好很多，而且也减少了引风机的耗电量。

2回转式空气预热器存在问题

虽然回转式空气预热器有诸多优点，但是随着机组运行时间的增加，燃用煤种的改变等原因，会出现传热原件堵灰现象。以长春某电厂为例，该电厂装机2台350MW机组，锅炉是采用平衡通风，中速磨煤机直吹式制粉系统，具有亚临界参数的自然循环汽包锅炉。设计燃料是以褐煤为主，烟煤为辅的混煤。单台锅炉机组配有两台脱硝式空气预热器，型号为30-VI（T）-2100-QMR，三分仓结构，一次风开口为70°，转子名义直径φ11340mm，转向顺转（转子由一次风转向二次风）。原设计换热元件总高度2255mm，其中热端防磨层及中间层换热元件高度分别为防磨层元件高度为255mm、1000mm，冷端层采用1000mm高的搪瓷换热元件。随着机组运行时间的增加，实际燃用煤质改为水份与灰份较高的褐煤，空气预热器出现了堵灰的情况，其中烟气侧、一次风侧的阻力过高，影响到了机组在高负荷工况运行的稳定性。

通过性能试验，锅炉在接近额定负荷（303.9MW）工况下，空气预热器排烟温度约175℃（漏风修正后），漏风率5.13%，烟气侧阻力约1.7kPa，一、二次风侧阻力约1.1kPa。空气预热器实际运行的阻力超过设计值，一次风阻力达到与二次风相近，并且由于积灰覆盖在换热元件表面，降低了换热元件正常的热交换效率，使排烟温度大幅升高。

3解决回转式空气预热器阻力过高改造方法

3.1回转式空气预热器结构改造

（1）利旧原空气预热器转子的原则下，对径向仓隔板向外、向上拼接：径向隔板向外拼接：转子直径由11340mm扩大至11818mm，单台预热器直径增加478mm。通过对转子直径的扩大，增加了烟风流通面积，有效降低空气预热器阻力。径向隔板向上拼接：对转子径向隔板向上进行拼接，并对横向隔板进行改造，使改造后转子仓格能够安装总高度2400mm的换热元件。通过对换热元件的加高，增强空气预热器的换热能力，进一步降低排烟温度。同时降低空气预热器热端连接环的高度，保证改造后空气预热器的总高度不发生改变，避免烟风道位置的改动。

（2）为了解决一次风侧阻力偏高问题，通过更换冷、热端一次风桁架，将一次风开口角度由70°调整至80°。

（3）更换部件：全部换热元件、径向、轴向及旁路密封组件、冷热端扇形板、转子外壳、一次风桁架、保温及外护板、减速机进行更换。

（4）利旧部件：转子仓隔板、冷热端中心桁架、支撑及导向轴承等。对其中冷、热端中心桁架进行加固，并对支撑空气预热器的钢结构进行校核，如有必要对其进行加固。

由于空气预热器转子重量大幅度增加，经过对减速机扭矩的核算，原驱动电机及减速机能够提供的扭矩已经不能满足空气预热器安全稳定的运行，故改造需要更换为大一型号的驱动电机及减速机。经过对支撑及导向轴承的核算，原轴承设计安全系数足够改造后转子重量的增加，所以可以对支撑及导向轴承进行利旧。

（5）随着空气预热器转子直径的增加，吹灰器的吹扫面积也随之增加，所以对冷、热端吹灰器进行更换。改造后空气预热器热端配置蒸汽吹灰器，冷端配置双介质吹灰器，并更换压力为30Mpa的高压水泵，实现在线高压水吹扫，加强冷端元件的吹灰效果。

3.2回转式空气预热器结构材料改造

（1）更换空气预热器换热元件板型，增强煤种适应性

依据设计煤质为褐煤与烟煤的混煤的元素分析，空气预热器原设计选用了换热性能更强于抗堵灰性能的换热元件板型，即：原设计板型的换热性能比一般板型优异，但对于偏离设计煤质的褐煤，该板型容易出现堵灰的可能性较大。所以根据本次改造设计煤质高灰份（18%）、高水份（30%）的特点，并结合煤质分析程序的计算，选定抗堵灰性能更强的传热元件板型，这更有利于对避免积灰进行控制，降低出现堵灰的可能性。

（2）降低冷端搪瓷元件高度，抵抗冷端低温腐蚀，同时增强换热能力

空气预热器原设计排烟温度较低，为了防止低温腐蚀，冷端搪瓷换热元件选用1000mm高，但是由于实际燃用煤质与设计值的偏差，排烟温度大幅度上升，改造后空气预热器排烟温度为157℃（漏风修正前）、150℃（漏风修正后），硫酸氢铵结露区域大幅度下移，冷端采用800mm的搪瓷换热元件即可以满足覆盖硫酸氢铵结露区域。在保证能够完全覆盖硫酸氢铵结露区域的原则下，过高的搪瓷元件会削弱空气预热器换热效率，导致没有必要的损失换热能力，间接升高锅炉煤耗。

4回转式空气预热器改造后效果分析

由于空气预热器转子直径的扩大，烟、风流通面积增加，使得改造后空气预热器阻力有所下降，同时为了增强换热效果，将总高度2255mm的换热元件更换为2400mm高换热元件，并且新换热元件板型的抗堵灰性能更优异。

改造后空气预热器排烟温度≤164℃（漏风修正后），比改造前排烟温度下降11℃、烟气侧阻力≤1200Pa，比改造前下降500Pa，同时一、二次风侧阻力由原来的约1100Pa，分别下降到≤750Pa和≤950Pa。

5总结

通过扩大转子直径、增加换热元件高度、调整分层布置方式，将空气预热器进行改造，转子仓隔板、冷热端中心桁架、支撑及导向轴承等部件都不用改变，可以再尽最大可能利旧部件的前提下，不改变空气预热器的总体高度，达到空气预热器阻力值都达到了正常范围内，排烟温度也较改造前有所下降的目的。如此改造，不但具有节省成本、施工量小、改造周期短等特点，而且改造效果也十分明显，在全国各同类机组火电厂具有较高推广价值。

参考文献：

[1]叶江明．电厂锅炉原理及设备（第二版）．北京：中国电力出版社，2007.

[2]郑体宽，杨晨．热力发电厂．北京：中国电力出版社，2007.