圆台式新型空预器技术应用与改进

贾启月 刘广震

（天津大港发电厂 天津 300272）

圆台式新型空预器技术应用与改进

贾启月 刘广震

（天津大港发电厂 天津 300272）

文章详细描述了圆台式新型空预器的结构、技术原理，技术特点，并结合天津大港发电厂锅炉实际情况提出详细的空预器改造方案，通过圆台空预器技术改造方案的实施，实现适应安装脱硝装置后对空预器耐腐蚀的要求，并大幅降低了锅炉排烟温度，提高了锅炉效率，达到节能减排的目的。

圆台空预器；技术；应用；改进

引言

天津大港发电厂1、2号机组为328.5MW燃煤机组，分别于2005年5月和2004年12月完成油改煤改造投产。为满足国家环保新标准的要求，在1、2号机组安装气脱硝装置，由于烟气中含有SO2、SO3，容易和从SCR反应器中逃逸的还原剂氨发生反应生成硫酸氢氨。而硫酸氢氨在空预器的中温段和低温段的温度区间内具有很强的粘性，容易吸附灰尘堵塞空预器，危及空预器的正常运行，会迫使锅炉机组停运次数增加，并且1、2号锅炉排烟温度较高在150℃左右，为解决锅炉排烟温度高和安装脱硝装置后空预器易堵塞问题，开展圆台式新型空预器技术应用与改进研究工作。

天津大港发电厂成立了由生产副厂长为组长，技术骨干为组员的圆台式空预器应用与改进研究小组，在国神公司各级领导的正确指导下，在全厂各部门的密切配合协作下，通过多次方案的论证比较，大量技术细节的改进，并经过连续50多天改造施工奋战，圆满完成了圆台式空预器应用与改进研究工作，取得了较好的成效。

1 概述

天津大港发电厂1、2号锅炉空预器原设计按不设脱硝装置配置的空预器，单台锅炉配有两台全模式、双密封、三分仓容克式空预器，立式布置，烟气与空气以逆流方式换热。空预器型号为28.5-VI(T)-1720-SMR，转子名义直径为Φ9970mm，传热元件总高度为1720mm，其中热端传热元件为FNC板型，高度为1000mm，采用0.5mm厚的钢板；中间层为FNC板型，高度为420mm，采用0.5mm厚的钢板；冷端采用DU3板型，高度为300mm，采用0.8mm厚的钢板。转子转向为逆转，即先加热二次风再加热一次风。空预器为48隔仓，采用固定式三密封和环向密封系统。

2 圆台式空预器结构与原理

国内外所有的回转式空预器转子为圆柱形，高、低温端截面积相等，造成高温端流速是低温端1.5倍以上，空预器设计是控制高温端介质流速，达到介质流过受热面传热效率和产生的阻力在较佳数值，而低温端介质流速过低，传热效率低下，总的换热效率无法达到最佳效果；且极易积灰和形成堵塞。本次应用的新技术是空预器转子采用圆台（锥形）结构，通过截面积变化控制介质流速，使介质流过空预器整个受热面的速度更均匀，保持空预器全部受热面的换热效率在较佳范围和介质流过预热总阻力降低，同时由于低温端介质流速的提高使空预器低温端的自清洗能力增强，改善空预器低温端极易积灰状况。

2.1 圆台式空预器结构

圆台式空预器为热端大，冷端小结构，颠覆了传统空预器固有圆柱形式，更符合空预器设计理论，圆台式结构截面积的变化最适合空预器温度从高温到低温的递减，空预器冷热端烟气和空气流速能得到控制，空预器的烟风流速处于可调控状态。空预器热端烟风流速降低，冷端烟风流速提高，冷热端流速相对接近，提高了空预器的传热能力，降低了烟风阻力。圆台式空预器传热元件片布置与传统空预器换热元件布置不同，由圆周方向布置变为沿径向方向布置，有利于烟风在转子仓内流通，使同一截面烟风流速更均匀。

2.2 技术原理

原空预器高温端和低温段介质流通截面积相等，造成了高温端的流速是低温端的1.5倍以上，事实上当介质流速在一定范围内时传热效率才能达到最佳。空预器的设计是控制高温端介质流速，是介质流过受热面的传热效率和生产的阻力在较佳数值，这样低温端由于介质流速过低，传热效率低下，总的换热效率无法达到较佳；同时由于低温端介质流速过低，极易积灰和形成堵塞。用改进流通面积的方法来调节烟风速度，如下公式；

式中：B—烟风消耗量;V—烟风体积;t—烟风平均温度（℃）。

当v为常数时，给定合理值，则公式1可改写成f=， 则可得出流通面积f=at，那么当温度t变化时（温度t变化范围为360℃～120℃），流通面积f也将变化；即热端流通面积大，冷端流通面积小。如图1圆台空预器示意图所示也可理解为当流通面积f变化时降低了进入空预器烟速，降低了离开空预器风速，解决了空预器热端烟风流速偏高问题。提高了进入空预器风速，提高了离开空预器烟速，解决了空预器冷端烟风流速偏低问题。

圆台式空预器采用热端截面大于冷端截面的结构形式，使流经空预器的烟气和空气更接近匀速流动，接近最佳换热流速的范围，空预器内介质流速控制在9～13m/s传热系数最高，如图1：传热系数与气流速度关系图所示，在最佳换热流速范围传热元件的传热系数高，从而空预器整体换热效率高，实现较小的体积达到较好的换热效果，降低空预器的投资和维护成本。

2.3 技术特点

圆台式空预器采用热端截面大于冷端截面的结构形式，使流经空预器的烟气和空气更接近匀速流动，接近最佳换热流速的范围，具有以下特点：

（1）降低了进入空预器烟速，降低了离开空预器风速，解决了空预器热端烟风流速偏高问题，减小了换热元件的磨损，提高了换热元件的使用寿命。

（2）提高了进入空预器风速，提高了离开空预器烟速，解决了空预器冷端烟风流速偏低问题，提高了冷端换热元件的自清洁能力，更好的防止换热元件堵塞。

（3）空预器冷端和热端烟风流速更接近最佳范围内，换热能力更接近最大化。

（4）由于热端烟风流速与冷端烟风流速之比减少，阻力更接近最小化。

（5）空预器冷端烟风速度提高，自清洗能力增加，空预器抗堵塞能力增强。

图1 传热系数与气流速度关系图

（6）空预器热端烟风速度降低，减轻对热端传热元件的冲刷，热端元件寿命会提高

（7）在总换热量相等时，传热元件重量会降低，投资成本下降。

（8）在总传热面积相等时，换热量增加，排烟温度下降，烟风阻力降低。

3 应用情况

1、2号锅炉空预器采用新型圆台式转子结构，转子热端直径放大600mm,圆台式转子的中径与29号空预器直径相等，转子隔板加高200mm,改后的空预器热端烟气流速从14.5m/s降到12.5m/s，在最佳换热流速范围内，从而提高换热元件换热效率，减小烟气对传热元件的冲刷磨损，提高热端传热元件的使用寿命。

3.1 具体改造方案

经过详细论证和计算，空预器热端直径10782mm，空预器冷端直径10376mm，空预器热端烟气流速为12.5m/s，空预器冷端烟气流速为7.6m/s，冷热端烟气流速比从原设计0.52增到0.61，同时冷热端空气流速比也提高了0.08。传热元件片由圆周方向布置变为沿径向方向布置，有利于烟风在转子仓内流通，使同一截面烟风流速更均匀。具体改造内容如下：

（1）空预器转子采用圆台式转子，转子热端直径放大约600mm，圆台式转子的中径与29号空预器直径相等，转子隔板加高200mm，改后的空预器热端烟风流速下降，从而可以减小烟气对传热元件的冲刷磨损，提高热端传热元件的使用寿命。空预器冷端烟速（冷端烟气流速约8.8m/s）保持不变。

（2）提高空预器受热面的高度，空预器传热元件净高度从现在1720mm提高到2100mm（高度增加290mm）。其中冷端传热元件为搪瓷元件，高度为900mm，型号为XLE4。中间层高度为1000mm，型号为XLE7。改造后换热面积约增加32%。

（3）传热元件片沿径向方向排列，有利于圆台式转子中烟风流动。

（4）更换热端扇形板，热端扇形板安装位置高度抬高约208mm。

（5）取消空预器内栅架托架，改用横向隔板托架，横向隔板上开有孔，有利于烟风流动，传热元件的拆装全部在垂直方向进行。

（6）更换空预器主座架和轴向密封板，并对外壳其它部分作相应改造，适应转子的变化。

（7）更换空预器热端连接环。并对热端过渡烟风道路相应改造，热端旁路密封相应随转子加大、加高进行外移和抬高。

（8）更换热端扇形板与桁架之间的静密封和轴向密封板与外壳之间的静密封。

（9）更换径向密封，轴向密封和旁路密封，烟风之间为三密封结构，保证空预器较低的漏风率。

（10）热端端轴采用迷宫式铜环密封。

（11）经核算改后空预器的载荷，空预器冷端桁架不需加强，原支承轴承 (SKF294/500)静负荷能力为3350吨，3350/231=14.5＞8,空预器轴承不需更换。冷端中心桁架是一种标准结构。冷端中心桁架高度为1600mm,其允许承载能力为850×0.4635≈394吨，大于改造后空预器静载（231吨），冷端中心桁架强度和变形量满足要求，符合设计规范。

（12）空预器吹灰和清洗按脱硝后标准配制，热端为蒸汽吹灰器，冷端为蒸汽和高压水双介质吹灰器。

3.2 技术优化

1、2号锅炉应用圆台式新型空预器技术改造中，遇到了很多技术问题和施工难题，通过研究小组的研究讨论，主要对圆台式空预器的设计和施工方面进行了以下技术优化：

（1）传热元件支撑结构改进：传热元件冷端支撑格栅改为沿圆周的支持条，为防止传热元件的掉落，增加传热元件支撑的可靠性，在传热元件盒中部下端增加支撑块，支撑块规格为50×40×10mm。

（2）扇形板和弧形板调节螺杆密封结构改进：原来密封结构为盘根盒压兰密封结构，改为迷宫+密封盖结构，增强密封性能，保证了密封严密不泄漏。

（3）换热元件布置方式与改进：圆台式空预器为热端直径大，冷端直径小。为了使圆台式空预器介质流动均匀分布和控制流速，C、D盒换热元件片沿径向方向排列，如图2圆台式空预器换热元件布置示意图所示。并且在C、D盒换热元件间的环向隔板适当位置开孔，便于C、D盒中介质的相互流通，更有利于均匀流速和增强换热效果。

图2 圆台式空预器换热元件布置示意图

（4）施工工艺改进：1号锅炉空预器转子改造施工中，传热元件支撑格栅全部拆除后，转子径向隔板变形严重，造成环向隔板和传热元件的安装困难，增加了施工难度和工作量。针对此问题经过研究小组的讨论研究，确定在2号锅炉空预器改造施工工艺改为间隔拆除支撑格栅，即隔一个仓格拆除支撑格栅，安装环向隔板焊接后，再拆除剩下的支撑格栅，安装环向隔板和传热元件。采用改进后的施工工艺，转子变形小，保证了每个传热元件仓格外形尺寸，使环向隔板和传热元件安装顺利，提高了施工质量和效率，使空预器改造工期提前了2天。

4 应用效果及经济效益分析

2013年4月和11月，分别完成1、2号锅炉圆台式新型空预器技术应用改造工作，改造后空预器的传热效率提高，排烟温度下降明显，锅炉效率提高，空预器的烟风阻力降低，风机能耗下降，空预器各项技术指标达到设计值，空预器运行稳定。

4.1 应用效果

（1）2013年4月24日，1号机组在满负荷时，西安热工研究院有限公司进行了1号锅炉空预器改造后性能试验，提交《1号锅炉空气预热器性能试验报告》结论为：

1）A、B侧空预器漏风率分别为5.69%和5.35%，均低于保证值6%。

2）A、B侧空预器出口实测排烟温度分别为131.2℃和137.1℃（修正后烟气温度分别为120.3℃和119.4℃），均低于保证值121.6℃。

3）A、B侧空预器烟气侧进、出口压降分别为760Pa和820Pa，均低于保证值1340Pa。

（2）2014年1月14日，2号机组在满负荷时，华北电力科学研究院有限责任公司进行了2号锅炉空预器改造后性能试验，提交《2号锅炉空预器改造后性能测试试验报告》结论为：

1）A侧空预器漏风率分别为5.05%；A侧空预器漏风率分别为5.88%，空预器漏风率满足性能保证小于6%的要求。

2）A侧空预器排烟温度为129.5℃，B侧空预器排烟温度为123.1℃，两侧平均为124.8℃，低于125℃保证值要求。

3）A侧空预器烟气压降为0.96KPa，B侧空预器烟气压降为0.91KPa，小于1.34KPa保证值要求。

4.2 经济效益分析

西安热工研究院有限公司《1号锅炉空气预热器性能试验报告》和华北电力科学研究院有限责任公司《2号锅炉空预器改造后性能测试试验报告》中结论可以看出，空预器漏风率均低于6%保证值，烟气侧压降均小于1.34KPa保证值的要求，排烟温度均低于125℃保证值，锅炉排烟温度较改造前下降了10℃以上，锅炉效率提高约0.5%，发电煤耗下降约1.5g/kwh。并且空预器阻力较改造前有明显下降，一次风机、送风机和引风机电耗明显下降。

锅炉的发电煤耗降低，从而减少锅炉燃煤量，降低锅炉出口氮氧化物、二氧化硫、二氧化碳和粉尘等的排放总量，对改善社会环境具有促进作用，社会效益巨大。

采用圆台式空预器对通过空预器的烟风速度进行控制，同比圆柱式空预器的传热能力提高了约8%，烟风阻力下降了10%，空预器其它性能参数与圆柱式空预器的相当，圆台式空预器运行稳定、可靠，同比圆柱式空预器成本下降了约16%。同时由于热端烟速降低，热端受热面磨损减轻，传热元件寿命提高，运行和维护成本下降。天津大港发电厂1、2号锅炉空预器于2013年改造为圆台式空预器后，至今已经投入运行3年多的时间，各项运行参数达到安全经济运行要求，保证了机组的安全稳定运行。

[1]袁德史明武吴铁山等，现代电站锅炉技术及其改造中国电力出版社，2006年4月；

[2]李建平刘宝石徐佰强，回转式空气预热器安装说明书（F031OYA001DG01）哈尔滨兴隆锅炉有限公司，2012年12月；

[3]李建平刘宝石徐佰强，回转式空气预热器运行和维修说明书（F031OYY001DG01）哈尔滨兴隆锅炉有限公司，2012年12月。

贾启月（1976.5-）男工程师，现任神华国能天津大港发电厂有限公司维护车间副主任，锅炉专业。

刘广震（1990.10-）男 助理工程师，神华国能天津大港发电厂有限公司运行车间巡检工。