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1、 循环流化床锅炉空气预热器 进风加热方式的探讨 周一工 （上海锅炉厂有限公司，上海，200245） 摘 要：分析了循环流化床锅炉几种空气预热器进风加热方式的优缺点，指出适合循环流化床锅炉的空气预热器进风加热方式。 关键词：循环流化床锅炉 空气预热器 进风加热方式 暖风器 热风再循环 电加热器 0 前言 近年来，循环流化床锅炉发展非常迅速，这种高效低污染的煤燃烧方式不仅逐步得到了广大锅炉用户的认可，而且得到了政府部门的大力扶持。目前，国内已有近千台各种容量的循环流化床锅炉相继投运， 并正迅速向电站锅炉容量发展。 现在， 几大锅炉制造厂家手中已有 60 多台 400t/h容量等级（100150MW
2、）大型循环流化床锅炉的订单。进入 21 世纪以来，在 150MW 容量等级以下的燃煤电站锅炉市场中，循环流化床锅炉已占一半以上，并且，200350MW 容量等级的大型循环流化床锅炉的技术引进工作正在进行中。 在这种形势下，对循环流化床锅炉技术的研究工作显得尤为迫切。对循环流化床锅炉空气预热器进风加热方式的研究成为一个不能回避的问题。 1 几种空气预热器进风加热方式的优缺点 空气预热器进风加热方式一般有热风再循环、暖风器（蒸汽）加热和电加热三种。 1.1 热风再循环 热风再循环是将空气预热器出口的部分热风通过再循环风管引回到一、二次风机进口。它的优点是系统比较简单，只需部分更改风系统，而与整个电
3、厂的汽水系统无关。缺点是一、二次风机容量随设计再循环风量的增大而增大，导致风机初投资增大。并且，在热风再循环投入运行时，风机出力增加，厂用电耗增加；在不需对进风进行加热时，风机不处于最佳运行工况，风机效率下降。另一方面，增加的再循环风量使空气预热器设计受热面增加，导致空气预热器重量增加，初投资增加。 1.2 暖风器 暖风器（蒸汽）加热是从厂用蒸汽抽汽对空气预热器进风进行加热。它的优点是初投资不大，运行成本较低，进风温度调节范围大。缺点是系统比较复杂，电厂热平衡需考虑这部分蒸汽消耗512的因素，除盐水的回收利用较困难，且电厂经常发生暖风器停用后因不能完全疏水而造成设备锈蚀。另外，暖风器阻力增加了
4、引风机电耗。 1.3 电加热器 一般地说，因运行成本太高，空气预热器进风加热是不会考虑电加热方案的。但是，对循环流化床锅炉来说，由于其运行方式有别于常规锅炉，使电加热成为可能。 循环流化床锅炉最大的运行特点是炉内喷钙脱硫，在石灰石系统正常运行的情况下，烟气的脱硫率一般在 90%左右，烟气的露点大大降低，这使得对于含硫量较低的燃料来说，即使在冬季，正常运行时也不需要对空气预热器进风进行加热，进风加热的需要仅发生在冬季的低负荷工况和石灰石系统因故障停运的情况下。在这种进行加热短期运行的情况下，系统简单、初投资低的电加热成了一种可选择的方案。 2 分析举例 下面，我们以一个 135MW 循环流化床锅
5、炉电厂的实际参数为例，对几种空气预热器进风进行加热方式进行分析。 2.1 电厂基本参数 2.1.1 热力特性参数 锅炉最大连续蒸发量 440 t/h 过热器出口蒸汽压力 13.7 MPa 过热器出口蒸汽温度 540 再热蒸汽流量 361 t/h 再热蒸汽进口蒸汽压力 2.70 MPa 再热蒸汽进口蒸汽温度 324 再热蒸汽出口蒸汽压力 2.56 MPa 再热蒸汽出口蒸汽温度 540 省煤器进口给水温度 247 2.1.2 燃 料 收到基碳 Car 59.9% 收到基氢 Har 3.88% 收到基氧 Oar 6.59% 收到基氮 Nar 1.09% 收到基硫 Sar 0.83% 全水份 Mar
6、7.91% 收到基灰份 Aar 19.9% 干燥无灰基挥发份 Vdaf 39.0% 收到基低位发热量 Qnet.ar 22950kJ/kg 2.1.3 设计参数 513脱硫效率 90% 飞灰份额 0.7 一、二次风进风温度 20 一、二次风热风温度 207 一次风风量 226861 Nm3/h 二次风风量 151241 Nm3/h 一次风机压头 22.7 kPa 二次风机压头 17.0 kPa 脱硫工况烟气露点温度 69.5 不脱硫工况烟气露点温度 102.3 排烟温度： B- MCR 负荷 137 高加全切工况 114 30% B- MCR 负荷 105 采用管式空气预热器，一级三组卧式布置
7、，上两组管子材料为 Q235- A，下组管子材料为耐腐蚀钢 NSI- 3。 2.2 最低进风温度 （1）B- MCR 负荷脱硫工况下空气预热器出口壁温等于露点的进风温度值为 269.5- 137=2； （2）高加全切脱硫工况下空气预热器出口壁温等于露点的进风温度值为 269.5- 114=25； （3）30%B- MCR 负荷脱硫工况下空气预热器出口壁温等于露点的进风温度值为 269.5- 105=34； （4）B- MCR 负荷不脱硫工况下空气预热器出口壁温等于露点的进风温度值为 2102.3- 137=67.6。 空气预热器的第一严重腐蚀区是低于露点温度 1015，第二严重腐蚀区是低于露点
8、温度4555。从以上的几个计算温度分析可得出以下初步结论： B- MCR 负荷，在脱硫工况下空气预热器最低进风温度可在 0左右； 高加全切，在脱硫工况下空气预热器最低进风温度可在 20左右； 30%B- MCR 负荷，在脱硫工况下空气预热器最低进风温度可在 30左右； B- MCR 负荷，在不脱硫工况下空气预热器最低进风温度可在 25左右，以避开第二严重腐蚀区（此工况下要避开第一严重腐蚀区已不可能） 。 2.3 热风再循环的技术经济分析 冬季实际最低进风温度按- 10设计。最大再循环风量应按兼顾 B- MCR 负荷脱硫工况、高加全切工况和 B- MCR 负荷不脱硫工况设计，因此，再循环后进风温
9、度按 20设计。 根据再循环前后风的热平衡：t1G + t3X = t2(G + X) 1 514其中： t1：加热前进风温度，- 10 t2：加热后进风温度，20 2 t3：热风温度，207 G：风机出口空气质量流量，G =1.293(226861+151241)/3600=135.8kg/s X：再循环出口空气质量流量 注：1 在此温度区间，空气的比热基本没有变化，可用以上方法近似计算。 2 低负荷时，再循环后进风温度更高些，再循环风量的比例也更高，但由于实际总风量减少，所以对风机和空气预热器的容量没有影响。 从以上公式求得，X/Q = 0.16 以再循环风量 16%设计，空气预热器及支撑
10、钢架重量约增加 80 吨，约 45 万元。一、二次风机若采用国产设备，初投资约增加 20 万元；若采用进口设备，初投资约增加 5060 万元。在冬季 B- MCR 负荷不脱硫工况和高加全切脱硫工况，热风再循环投入运行时，一次风机电耗约增加0.35MW，二次风机电耗约增加 0.15MW，厂用电耗增加 0.5MW，约 0.37%。以每度电成本 0.10元计算，1 小时的运行费用增加 50 元，1 天增加 1200 元。 以上分析尚未包括不需对进风进行加热时，因风机不处于最佳运行工况，风机效率下降而长期增加的厂用电耗。 2.4 暖风器加热的技术经济分析 暖风器加热采用厂用蒸汽，设定蒸汽压力 0.8M
11、Pa，蒸汽温度 250。 同样，以将进风从- 10加热到 20计算。 蒸汽消耗量 M = GCp(t2- t1)/ (i1- i2) 其中： Cp：平均风温下定压比热，取 1.012 kJ/kg i1：蒸汽入口焓，2950kJ/kg i2：蒸汽对应压力下饱和水焓，721 kJ/kg 根据以上给定值，求得 M = 1.85 kg /s = 6.66 t/h。 对厂用蒸汽消耗作出经济性评价是困难的，我们假定将这部分蒸汽送入汽轮机低压缸发电，发电量约为 0.9MW。另外，暖风器将使一、二次风阻力增加 300Pa 左右，一、二次风机共增加电耗 0.04MW。以每度电成本 0.10 元计算，1 小时的运
12、行费用增加 94 元，1 天增加 2256 元。 需要说明的是，暖风器阻力增加所增加的风机电耗在其不投运时仍然存在。 2.5 电加热的技术经济分析 同样，以将进风从- 10加热到 20计算。 电加热功率：Y= GCp(t2- t1) =4122 kJ/s =4.122MW 厂用电耗增加：4.122/135=3.1% 从以上计算可以看出，采用电加热方式运行成本确实很高。以每度电成本 0.10 元计算，1 小时的运行费用增加 412 元，1 天增加约 1 万元（电加热器阻力很低，对引风机电耗的影响可忽略515不计） 。 但是，电加热的初投资很低，仅不到 10 万元，且系统简单，运行管理方便，因此，
13、对于以带基本负荷为主的机组，燃用含硫量较低的燃料，如在冬季正常工况（脱硫工况）下不需对进风加热，仅在冬季不正常工况（石灰石系统故障、高加全切）下需对进风加热时，采用电加热方式也是可以考虑的。 3 结论 （1）尽管运行费用低，但循环风量大，压力损失高，设备初投资费用大，在循环流化床锅炉中不适宜采用。 （2）尽管现场运行管理较复杂，暖风器（蒸汽）加热设备初投资和运行费用都比较低，且进风加热温度调节范围大，应为循环流化床锅炉空气预热器进风加热的首选方案。 （3）电加热初投资很低，但运行费用很高。对于以带基本负荷为主的机组，燃用含硫量较低的燃料，如在冬季正常工况（脱硫工况）下不需对进风加热，仅在冬季不
14、正常工况（石灰石系统故障、高加全切）下需对进风加热时，电加热是一个可选择的方案。 参考文献： 1 岑可法等循环流化床锅炉理论设计与运行中国电力出版社，1998 2 P. 巴苏，S.A.弗雷泽循环流化床锅炉的设计与运行科学出版社，1994 3 冯俊凯，沈幼庭锅炉原理及计算科学出版社，1992 4 陈学俊，陈听宽锅炉原理机械工业出版社，1991 作者简介： 周一工，1965 年 7 月生，江苏省东台市人，1986 年毕业于清华大学热能工程系，上海锅炉厂有限公司主任工程师、高级工程师，循环流化床锅炉主任设计师。主要从事循环流化床锅炉的设计、研究及超临界压力锅炉锅内特性研究，发表论文 50 余篇，4 次入选国际动力会议，获国家科技成果完成者证书。 516
