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回转式空气预热器的冷段堵灰分析与进口风温计算

朱予东1,阎维平1,黄景立1,米长武2

(11华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点试验室,河北保定071003;21白音华煤电有限公司铁路建设处计划部内蒙古赤峰024070)摘要:根据文献[1]推出的回转式空气预热器的冷段受热面的平均金属壁温计算式,分析了最低壁温计算中存在的问题,建议了合理的最低壁温,对某燃煤电厂的220MW机组锅炉的回转式空气预热器的冷段最低壁温、酸露点温度与冷风温度进行了计算与比较,空气预热器发生堵灰的根本原因在于烟气中存在SO3以及受热面金属壁温低于烟气露点。对此,提出了提高受热面壁温在烟气以上的控制措施。所得结论对合理选取回转式空气预热器的最低进口风温,避免冷段堵灰、电站锅炉的安全运行具有重要的工程参考价值。关键词:回转式空气预热器;金属壁温;酸露点;堵灰中图分类号:TK222 文献标识码:A 文章编号:1007-2691(2007)05-0064-04Analysisofcoldsectorashfoulingandcaculatingofinletairtemperatureofregenerativeairheater

ZHUYu2dong1,YANWei2ping1,HUANGJing2li1,MIChang2wu2(11KeyLaboratoryofConditionMonitoringandControlforPowerPlantEquipmentofMinistryofEducation,NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,China;21RailwayConstructionPlacePlanningDepartment,Baiyinhuacoal&electricCo.Ltd.,Chifeng024070,China)Abstract:Basedonthecalculateformulaofregenerativeairheater’savergetubetemperatureofcoldsectionintro2ducedbythedocument[1],theexistenceproblemoftheminimumsurfacetemperature’scalculatingisanalyzedinthispaper,therationalminimumtemperatureissuggested.Takingtheairheatersof220MWutilityboilersasacasestudy,theminimumofcoldmetaltemperature,theaciddewpointtemperatureandtheinletairtemperaturearecal2culatedandcompared.Thebasiccausesleadingtoash-clogginginthesaidairheaterswere:SO3existinginthefluegasandthewalltemperatureofheatingsurfacewaslowerthandewpointofthefluegas.Forthesereasons,somecontrolmeasuresforenhancingwalltemperatureoftheheatingsurfaceareputforward,soastoensurethenormalop2erationofthesaidairheaters.Theproposedmethodandresultscanbeareferenceinchoosingthereasonableinletairtemperature.Keywords:regenerativeairheater;temperatureofmetalsurface;aciddewpointtemperature;ashfouling

0　引　言三分仓回转式空气预热器具有结构紧凑、布置方便、调节灵活、热效率高等优点,国际上大容量火电机组均采用该种形式的空气预热器。自八十年代开始,国内在300MW以上的机组中越来越多采用三分仓回转式空气预热器,但是由于该空气预热器冷段受热面的最低壁温可能会低于酸露点温度,因此,冷段受热面会出现硫酸蒸汽凝结,造成冷段受热面发生不同程度的堵灰,如果冷段受热面设计不当或者吹灰设备运行不当[2],会造成一、二次风压差过大,严重时会造成风机发生喘振。本文就影响冷段堵灰的因素进行分析并对进口风温进行计算,对指导大型火电机组锅炉的安全运行具有很好的工程参考价值。1　空气预热器冷段的腐蚀机理冷段低温腐蚀的产生是由于燃料中含有的硫分在燃烧过程中形成二氧化硫,其中少量的二氧化硫进一步氧化成为三氧化硫,三氧化硫与空气第34卷第5期2007年9月华北电力大学学报JournalofNorthChinaElectricPowerUniversity Vol134,No15Sep1,2007

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net中的水分化合为硫酸。这当壁面温度低于硫酸蒸汽的露点时,硫酸蒸汽就会凝结在壁面上造成传热金属元件的腐蚀。燃烧过程中产生的二氧化硫对传热元件的腐蚀没有明显影响,三氧化硫却不同,尽管其含量低但是它对低温腐蚀的影响却十分显著。三氧化硫的生成一般认为有三种原因:(1)在高温下分解的自由氧原子[O]与SO2作用生成SO3SO2+[O]=SO3由于生成的SO3不多,故实际上认为SO2浓度不变,因此SO3的生成是决定于氧原子的量。(2)催化剂促使二氧化硫被氧化,当高温烟气流过带灰的对流受热面时由于灰中的V2O5和Fe2O3的催化作用,SO2与烟气中的过量氧结合生成SO3。2SO2+O2=2SO3或SO2+O2=SO3+[O](3)金属表面被腐蚀后的产物FeSO4,由于硫酸盐分解生成的SO3数量不多,所以它是一个次要因素。2　烟气中酸露点的计算华北某热电厂当前运行工况的煤质的元素分析与工业分析,其特征数据见表1。表1　2号炉现烧煤的元素分析与工业分析Tab11　Ultimateanalysisandapproximateanalysisofthefiredcoalsoftheboiler2Car/(%)Har/(%)Oar/(%)Nar/(%)Sar/(%)Aar/(%)Mar/(%)Var/(%)Qar1net/(kJ/kg)611823180717501970188181786102819823380 2号炉烟气露点计算如表2。根据燃料的元素分析成分计算出烟气中水蒸气的容积、烟气容积(标准状态)、水蒸气分压力　水露点温度以及酸露点[3]随烟气中水蒸汽分压下的水蒸汽冷凝温度tsl,和工作燃料的中的折算硫分Sar,zs的不同,烟气的露点温度等于tld=tsl+Δt;随燃料的折算灰份和折算硫分Aar,zs和Sar,zs的不同,Δt的数值按下式确定[3]:Δt=β×(Sar,zs)^(1/3)1105^(αfhAar,zs)(1)式中:β为与过量空气系数有关的常数,当α″1=114～115时,β=129;当α″1=112时,β=121;Sar,zs,Aar,zs为受到基折算(每1000kJ的折算值)硫分及灰分,g/MJ;αfh为飞灰占总灰分的份额。

表2　2号炉烟气酸露点计算Tab12　Theaciddewpointtemperatureoftheboiler2序号名称计算公式或数据来源数值1空气预热器出口过量空气系数α″ky实测平均值11272理论空气量VK0/(m3/kg)010889×(Car+01375×Sar)+01265×Har-010333×Oar612746理论氮气量VN2/(m3/kg)0179×VK0+01008×Nar419647理论三原子气体量VRO2/(m3/kg)0101866×(Car+01375×Sar)11168理论水蒸汽量VH2O/(m3/kg)01111×Har+010124×Mar+010161×Vko015979空预器实际水蒸汽量VH2O-ky/(m3/kg)VH2O+010161×(α″ky-1)×Vko0162510空预器实际烟气量Vy/(m3/kg)VRO2+VN2+VH2O+(α″ky-1)×VK08142711空预器出口水蒸汽分压VyP-H2O/barVH2O-ky/Vy×019801072612水露点温度tst/℃查饱和水蒸汽表39168413飞灰系数αfh文献[4]019514折算灰份Aar,zs/(%)Aar,zs=AarQar,net×41873136315折算硫份Sar,zs/(%)Sar,zs=SarQar,net×41870115816烟气露点温度tld/℃tld=tsl+β×(Sar,zs)^(1/3)1105^(αfhAar,zs)951656第5期朱予东,等:回转式空气预热器的冷段堵灰分析与进口风温计算

311　回转式空气预热器的结构设计与运行数据锅炉为武汉锅炉厂制造的WGZ-670/1317-II型超高压、一次中间再热、单炉膛、倒U型布置、四角切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、自然循环燃煤锅炉。锅炉尾部为省煤器与空气预热器单级布置,空气预热器为受热面回转式。2号炉为220MW机组670t/h锅炉配备豪顿华生产的回转式空气预热器,预热器的型号为27VNT1750mm型式为受热面回转式　垂直式支撑布置　转子直径9250mm　加热面积72500m2　转子转速115r/min。运行数据如表3所示。表3　运行数据(基础工况)Tab13　Operatingconditions项　目来源2号炉计算燃煤量/t・h-1效率试验计算10113空气侧出口过量空气系数测量计算1127漏风系数实测数据01062进口冷风温度/℃实测数据27187烟气进口温度/℃实测数据337165烟气侧出口过量空气系数实测数据1141烟气出口温度/℃实测14716312　暖风机出口风温的计算回转式空气预热器热段与冷段的热力计算为一个反复迭代计算过程,首先要假设热段出口空气温度,然后,迭代计算热段进口空气温度与出口烟气温度;再迭代计算冷段出口烟气温度与出口空气温度,当冷段出口空气温度与迭代金属段进口空气温度值超出规定误差时,重新假设热段出口空气温度,重复以上计算过程,直至满足要求。本文采用VisualBasic610可视化程序实现上述的计算过程。根据以往有关文献的实际测量或计算分析结果,壁温的波动幅度是相当显著的。文献[5～6]给出了在不同负荷下一、二次风的出口与排烟温度,文献[7]给出空气预热器积灰的可信度变化趋势。文献[8]实测了若干工况下某600MW回转式空气预热器的冷端金属温度,结果表明,壁温最大与最小值之差为30～68℃,平均壁温与最低壁温差值20～24℃。文献[9]采用计算方法得到的壁温最大与最小值之差为23℃;文献[7]也是采用建模计算的方法得到热段烟气出口处壁温最大差值接近40℃,冷段烟气出口壁温的最大差值为3217℃。当计算误差达到要求时可以及一步求取冷段的平均壁温。回转式空气预热器的冷段受热面平均壁温按式(1)计算:tb=x1αyθ″+x2αkt′x1αy+x2αk(2)式中:x1和x2分别为烟气和空气冲刷受热面的份额;αy和αk为烟气侧和空气侧的放热系数;θ″和t′分别为冷段出口烟温(即排烟温度)和冷段进口空气温度。因此,为了由式(2)计算冷段平均壁温,首先需要进行回转式空气预热器的校核热力计算,在已知额定锅炉负荷下空气预热器进口烟温等条件下,得到在不同的进口冷风温度工况下的冷段出口烟温(排烟温度),以确定保证冷段不发生堵灰的临界进口冷风温度,供现场运行参考。2号炉空气预热器热力计算与冷段平均壁温计算结果汇总,取不同的冷段进风温度如表4所示(共10种工况)。表4　2号炉在不同计算工况下(不同进风温度)汇总表Tab14　Calculatingresultsunderdifferentinletairtemperaturesoftheboiler2项目运行工况1工况2工况3工况4工况5工况6工况7工况8工况9工况101冷段进口空气温度t′/℃2718751020253035404550553冷段烟气出口温度θ″/℃14716133171361614219145191481815119154181571916019163184冷段平均壁温tb/℃981482108515921896141001010316107121101911415118125冷段最低壁温tmin/℃88147210751582188614901093169712100191041510812 烟气酸露点温度计算结果如图1所示,在2号炉目前煤质与运行工况下,排烟烟气酸露点温度在9516℃。文献[4]回避了最低壁温的波动,将平均壁温认为是最低壁温,实际上平均壁温要比最低壁温要高,这样势必造成排烟温度过高或者送风温度高从而排烟损失变大或者风机耗电量变66华北电力大学学报 2007年

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