南热600 MW超临界机组回转式空气预热器改造

张光

(江苏南热发电有限责任公司，江苏 南京 210035)

传热元件是影响回转式空气预热器传热效果的关键因素，传热效果偏低，冷风和高温烟气不能较好进行热交换，使得排烟温度增加，热一、二次风温均较低，从而导致锅炉效率降低[1]。因此，提高空气预热器的传热效果，可以降低排烟温度，提高热一、二次风温度，有效提高锅炉效率，降低发电煤耗，提高机组经济性。

1 设备概述

江苏南热发电有限责任公司（简称南热）2×600 MW超临界机组HG-1965/25.4-YM5型锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司（简称哈锅）设计、制造的。锅炉为一次中间再热、超临界压力变压运行带内置式再循环泵启动系统的直流锅炉，单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、π型布置。锅炉岛为露天布置。锅炉同步安装SCR脱硝装置。锅炉设计煤种为神府煤，校核煤种为淮南煤。

南热2×600 MW超临界机组锅炉空气预热器采用哈锅预热器公司生产的三分仓回转式空气预热器，型号为：31.5-VI(T)-1850-SMR空气预热器。传热元件分两层布置，热端传热元件采用0.5 mm厚碳钢钢板，DU3板型布置，热端所有传热元件高度为950 mm；冷端传热元件采用0.8 mm钢板两面涂搪瓷，涂搪瓷后总厚度为1.2 mm，DFC板型布置，冷端所有传热元件高度900 mm。冷、热端传热元件均采用模式布置，共分48小仓，与冷、热端扇形板形成双、三密封。

2 运行情况分析

南热1号机组于2010年1月21日通过168 h试运行，投运后一直存在排烟温度较高的问题。2010年夏季，排烟温度经常达到150℃以上，最高达170℃，严重影响脱硫系统的安全运行，同时使得锅炉效率降低，发电煤耗增加。对1号锅炉在2010年04月～12月期间A/B侧空气预热器进口和出口的相关参数进行统计，如表1所示。从表1可看出，空气预热器进口烟温基本正常，而排烟温度相对较高，热一、二次风温则相对较低，由此推断空气预热器的传热效果较低。2010年6月邀请江苏方天电力技术有限公司对1号机组进行了性能试验，燃用接近设计煤种的燃煤的条件下（如表2所示），试验结果和设计工况进行了对比（如表3所示）。

表1 改造前空气预热器进口和出口相关参数

表2 设计煤种和性能试验用煤的煤质资料

表3 设计工况和性能试验结果对比

由表3可知，在BRL工况下，A/B空气预热器漏风率较小，空气预热器进口烟气温度低于设计值16℃，排烟温度反而高出设计值19℃，空气预热器出口一次风温低于设计值近30℃，出口二次风温低于设计值28.4℃。而且哈锅空气预热器热端采用DU3板型，该板型阻力小，传热效果相对较差。可见，造成排烟温度高的主要原因是空气预热器传热元件的传热效果不好，没有达到设计要求。

3 改造方案的选择

为了降低排烟温度，提高锅炉效率，对空气预热器进行改造调整。由于电厂燃煤煤质变化较大，为保证制粉系统较高的一次风混合温度，预热器旋转方向仍然采用顺转方式 （即空气侧旋转时先经过一次风，再经过二次风的旋转方向）。通过与哈锅预热器公司设计人员多次沟通，针对南热现场实际情况提出以下3种改造方案。

方案一：更换热端传热元件，保留冷端传热元件，不对预热器内部结构进行改造。

具体改造内容：将DU3板型、高度950 mm的热端传热元件改为FNC板型、高度1000 mm的传热元件。原DU3板型元件每台炉（2台预热器）重量为183 t，更换后FNC板型重量约为222 t，换热面积（8万m2）增加20%左右。更换板型后，可使空气流通路径增加还能起到扰流作用。该方案可在改造前排烟温度基础上有效降低10℃以上。

费用：更换的FNC板型元件由哈锅预热器公司供货，费用约220万元/台，原DU3板型可由哈锅预热器公司回购，回购费用在30万～40万元/台，施工安装费用约30万～40万元/台。每台炉实际改造费用约为220万元。

施工工期：由于该方案仅需更换热端传热元件，不需要对预热器内部结构做出改变，所以施工难度小，周期短。每台炉施工工期约为15 d。

方案二：更换热端传热元件，保留冷端传热元件，并对预热器内部结构做出改造。

具体改造内容：将原有DU3板型、高度950 mm的热端传热元件改为FNC板型、高度1100 mm的传热元件。原DU3板型元件每台（2台预热器）重量为183 t，更换后FNC板型重量约为248 t。更换后传热元件重量增加，换热面积增加，并且由于板型原因可使空气流通路径增加还能起到扰流作用。可在改造前排烟温度基础上有效降低15℃左右。

但由于增加传热元件高度超过设计值，需对预热器内部结构进行改造，将热端扇形板高度提升100 mm，部分零件也需重新制作。例如：扇形仓加高焊接钢板，转子径向密封片、中心筒密封片、轴向密封片、转子密封角钢、旁路密封角钢等重新加工、制作。增加其改造费用和施工难度。

费用：更换的FNC板型元件由哈锅预热器公司供货，成本费用在245万元/台，原有DU3板型可由哈锅预热器公司回购，包括施工安装费用约60万元/台，需改造零部件成本费用约50万元，故每台实际改造费用约为320万元。

施工工期：由于该方案不仅需更换热端传热元件，还需要对预热器内部结构进行改造，所以施工难度大，周期长。每台炉施工工期为36 d左右。

方案三：降低冷端传热元件高度，更换热端传热元件板型并增加热端传热元件高度。

由于是脱硝机组，更容易造成预热器冷端低温腐蚀，所以在正常排烟温度时，冷端传热元件高度不能低于813 mm的设计下限，目前冷端传热元件高度为900 mm，且材质为搪瓷钢板，已满足并接近设计高度，不宜改造。

如果采用降低冷端元件高度来增加热端传热元件高度，在不改变扇形仓高度的前提下，改造难度较高，工作量较大。有2种改造办法：办法一，需将所有热端元件抽出并拆掉周向隔板，再重新焊接周向隔板装入更换后的热端元件盒；办法二，与方案二内容基本相同。以上2种办法，在施工时间和难度上都较高。另，更换冷端传热元件成本较高，而该方案不仅需要更换冷端传热元件，而且热端元件也需如方案一或方案二进行更换和改造，总体费用巨大。

以上3种方案的总结对比如表4所示。综合比较，结合2011年的1号机组C级检修工期，选择改造方案一。

表4 改造方案对比

4 改造效果

2011年2月8日～3月1日，南热1号机组进行了一次C级检修，利用检修机会，对空气预热器按照方案一进行了改造。改造后效果明显：排烟温度平均降低约10℃，热一次风温提高约25℃，热二次风温提高约30℃。空气预热器改造后，对1号锅炉在2011年3月～6月期间A/B侧空气预热器进、出口的相关参数进行统计，如表5所示。

为了更好地评估空气预热器改造的效果，选取1号机组相对运行工况较为相近（1号机组平均负荷均在530 MW）的2010年5月和2011年5月的运行参数进行比对分析。

（1）2010年5月1号机组空气预热器出口烟温平均为145℃，2011年5月1号机组空气预热器出口烟温平均为136℃，锅炉排烟温度降低9℃。

（2）2010年5月1号机组空气预热器进、出口烟温差平均为187℃，2011年5月1号机组空气预热器进、出口烟温差平均为209℃，空气预热器进、出口烟温差提高约22℃。

（3）2010年5月1号机组空气预热器出口热一次风温平均为299℃，2011年5月1号机组空气预热器出口热一次风温平均为323℃，空气预热器出口热一次风温提高24℃。

（4）2010年5月1号机组空气预热器出口热二次风温平均为259℃，2011年5月1号机组空气预热器出口热二次风温平均为294℃，空气预热器出口热二次风温提高35℃。

5 结束语

南热1号机组进行空气预热器改造后，提高了热端传热元件的传热效果，锅炉排烟温度降低约10℃，热一次风温、热二次风温均有所提高，达到了预期目标，提高了机组运行的经济性和安全性。在经济性方面，排烟温度降低10℃，可提高锅炉热效率0.5%，降低供电煤耗约 1.66 g/（kW·h），年节约标准煤约4695 t（年等效满负荷运行时间按6600 h，燃煤按5000 kCal/kg计），约合人民币470万元/年。在安全性方面，排烟温度的降低，可减轻高温烟气对脱硫系统运行的危害。

表5 改造后空预热器进口出口相关参数

[1]冯俊凯，沈幼庭.锅炉原理及计算[M].北京：科学出版社，1995.