热电厂空气预热器节能改造及效果分析

热电厂空气预热器节能改造及效果分析
陈庆文;漆雅庆;冯超
【摘要】文中介绍了某热电厂300 MW机组空气预热器节能改造的技术方案,阐明了空气预热器节能改造的技术原理,并对项目改造的节能效果进了分析.结果表明,机组空气预热器漏风率由改造前13.12％下降为5.76％,漏风率平均下降7.36％,年节约标准煤2 569 t,机组供电煤耗下降约1.51 g/kW.
【期刊名称】《应用能源技术》
【年(卷),期】2016(000)008
【总页数】3页(P16-18)
【关键词】空气预热器;柔性密封;漏风率;节能量
【作者】陈庆文;漆雅庆;冯超
【作者单位】广州能源检测研究院,广州510170;广州能源检测研究院,广州510170;广州能源检测研究院,广州510170
【正文语种】中文
【中图分类】TK229.4
当前，火力发电厂耗煤量占我国煤炭消耗总量的一半以上，因此降低火电厂能耗是我国节能工作的重点[1]。

截至2014年底，全国全口径火电装机容量9.2亿kW，占全国发电总装机容量的67.65%[2-3]。

空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需要空气的一种热交换装置，属于锅炉辅助设备，由于它工作在烟气温度最低的区域，回收了烟气热量，降低了排烟温度，因而提高了锅炉的效率。

同时由
于燃烧空气温度的提高，有利于燃料着火和燃烧，减少了不完全燃烧损失。

某热电厂300 MW空气预热器节能改造前的漏风率为A侧17.17%，B侧9.06%，由于漏风率过高，导致一次风、二次风量不足，烟气量增加，使送风机、引风机电耗增加，排烟温度上升，排烟损失增加，造成锅炉燃烧不稳定、燃烧不充分，锅炉效率降低，影响了锅炉机组的安全性和经济性，亟需对空气预热器进行改造。

这个节能技改项目更换了空气预热器的密封片，空预器紧密接触大大的减少了漏风，提高了锅炉机组的安全性和经济性。

锅炉为亚临界、四角切圆燃烧、自然循环汽包炉，型号为DG1025/18.2-Ⅱ4，整体呈“∏”型布置，空气预热器结构为回转式，配置刚性密封，通过电厂锅炉热效率及漏风率测试报告，改造前空预器漏风率为A侧17.17%，B侧9.06%，测试的布置如图1所示。

热电厂机组空气预热器节能改造前，采用的是刚性密封，密封效果不好，漏风率偏高，影响引送风机耗电大。

通过节能改造，将原空气预热器的径向、轴向密封片更换成柔性的刷式密封片，密封片和转动的空气预热器紧密接触大大的减少了漏风。

减少空气预热器的漏风，从减少动、静部分间隙和空气、烟气两侧的压差上着手，特别是在空气预热器热态运行时，减小蘑菇状变形产生的间隙是减小各种直接漏风的重要手段。

柔性密封片装置是在不改变原来的密封结构基础上，密封片间隙为原来的设计间隙，密封丝间隙为零间隙，密封丝在运转过程中能保持零间隙，同时，两侧压差非常小，这样的结果就大量减少的漏风量。

2.1 漏风原理
空气预热器的漏风主要是由于密封付之间有间隙，这种间隙就是漏风的主要渠道。

空气预热器同时处于锅炉烟风系统的进口和出口，空气侧和烟气侧之间存在较高压力差，这是漏风的动力。

回转式空预器的漏风分为两部分：直接漏风和结构漏风
(或称携带漏风)。

直接漏风是由差压引起的，且占主要部分；结构漏风是由自身构造引起的。

结构漏风量的计算公式为：
式中：Qxc为结构漏风量m3/s；D为转子直径m；d为中心轴直径m；n为转子旋转速度rpm；y为转子内金属蓄热板所占容积份额：H为转子高度m。

结构漏风是回转式空气预热器的固有特点．是不可避免的。

其中，直接漏风是空气预热器的主要漏风，约占漏风总量的75%～85%，而携带漏风占其中的15%～25%[4]。

回转式空气预热器的漏风主要是直接漏风。

直接漏风量的计算公式如下：
式中：Qzj为直接漏风量，m3/s；K为泄漏系数；A为密封间隙(漏风间隙)面积，m2；Δp为烟气间的压差，Pa；ρ为气体密度，kg/m3。

2.2 柔性接触性密封原理
传统空预器密封技术是采用刚性有间隙密封技术，在动静间保持一个最小间隙，达到漏风最小。

由于空气预热器的蘑菇状变形问题，而且这种变形随负荷环境温度不断发生变化，使得我们很难达到一个最佳的动静之间的间隙值。

柔性接触式空预器密封技术解决了传统空预器密封技术这一薄弱之处，使得动静间隙最小。

由于扇形板与径向密封滑块之间没有间隙，没有气流通过，避免冲刷磨损的问题，密封系统能长期运行。

本项目将原空气预热器的径向、轴向密封片更换成揉性的刷式密封片，减少了直接漏风，主要包括径向漏风、轴向、周向漏风，其中在大型火电机组中, 径向漏风约占总漏风的60%～70%[5]。

3.1 节能量计算
项目根据发改环资〔2008〕704号文颁布的《节能项目节能量审核指南》的文件要求，通过该项目改造前后机组的运行参数，计算项目节能量。

①空气预热器空气参数
空气预热器进口风温：20 ℃；；
空气预热器出口风温：311 ℃；
空气比热容：1.017 kJ/kg·℃；
空气密度：1.2 kg/m3；
排烟温度：141 ℃。

②机组运行参数
空预器风量A侧：716 000 m3/h；
空预器风量B侧：638 000 m3/h；
空预器平均风量：677 000 m3/h；
漏风率提高：7.36%。

③项目改造前机组年运行数据
机组年运行时间：8 255 h。

④项目节能量计算
空气通过空气预热器所吸收的能量一部分被转化为热能，一部分在烟气中排出，转化为有效热能的空气温度变化：311-20-141=150 ℃
漏风空气质量：677 000×8 255×1.2=6 706 362 000 kg
项目节能量：6 706 362 000×1.017×141×7.36%=2 569 tce。

3.2 节能效果分析
漏风率的计算公式：
式中：AL为漏风率，%；和m″y分别为烟道的进、出口烟气质量，kg/kg；Δmk 漏入空气预热器烟气侧的空气质量kg/kg。

改造后，该厂空预器漏风率大幅下降，改造工作取得了良好的效果。

表1为改造前、后空预器漏风率对照表。

根据对机组改造前后的空气预热器漏风测试结果，机组改造后，锅炉空气预热器A 侧漏风率由17.17%下降到4.83%，B侧由9.06下降到6.69%，漏风率平均下降
7.36%。

按机组年供电量17亿千瓦时计算，通过耗差分析供电煤耗下降约1.51 g/kW。

回转式空气预热器在设计良好时漏风量约为8%，漏风严重时甚至可以达到30%或更高[4]。

使机组处于最佳的经济运行状态，减少空气预热器的漏风，是很多电厂争创一流企业、提高企业经济效益的需要，减少空气预热器的漏风，可以减少风机的电耗、提高锅炉热效率。

回转式空预器密封改造后，漏风率由改造前13.12%下降为5.76%，漏风率平均下降7.36%，年节约标准煤2 569 t，影响供电煤耗下降约1.51 g/kW。

据测算，空预器漏风率每变化1%，影响供电煤耗约0.21 /kW时，因此，减少空气预热器漏风，是关系到锅炉安全经济运行、提高电站经济性的重要举措。