135MW循环流化床锅炉空气预热器选型分析.pdf

2 0 1 3 年1 2 月 总第1 3 6 期 设计 试验 机械管理开发 MANAGEMENT AND DE VEL oP ME NT De c e mb e r ，2 0 1 3 T ot a l of1 36 1 3 5 M W循环流化床锅炉空气预热器选型分析 翟永 军 太原锅 炉集 团有 限公 司，山西太原0 3 0 0 2 1 【 摘要】 文章以一 台1 3 5 MW超高压循环流化床常规燃煤锅炉为例 ，分别按立管式空预器和卧管式空预器两种型式进 行性能计算，并根据计算结果数据对两种结构型式空气预热器进行性能和整体布置上的对比，包括布置空间、受热 面积、传热方面、结构设计等方面。同时还从空气预热器的膨胀、支撑等具体结构设计上以及 目前存在的低温腐 蚀、积灰等问题上，总结了两种结构型式各 自的优缺点，为以后的设计提供理论上的参考。 【 关键 词】循环 流化床 ；空气预 热器 ；选型 【 中图分类号】T K 2 2 3 ． 1 【 文献标识码】 A 【 文章编号】1 0 0 3 7 7 3 X 2 0 1 3 0 6 0 0 3 4 0 2 引言 在大型锅炉中，空气预热器是不可或缺的重要部件。作 为利用锅炉尾部烟气的热量来预热空气，提高锅炉效率的一 个重要设备，空气预热器的效能对机组效率有很大影响。随 着循环流化床锅炉的发展，空气预热器也越来越受到重视。 由于循环流化床锅炉的特殊性 ，其风压比煤粉炉明显高。尤 其是锅炉的大型化及大容量化 ， 空气预热器设计的好坏直接 影响到整个锅炉的安全稳定运行。原则上，空气预热器的选 型应在锅炉总体方案设计时进行综合技术经济比较 ，得出最 佳方案“ 。 本文以一台1 3 5 Mw超高压中间一次再热循环流化床锅 炉为例 ， 分别按立式管式空气预热器和卧式管式空气预热器 进行陛能计算，对计算数据及结构数据做比较分析 ，并在目 前管式空气预热器常出现问题的基础上，对两种不同结构型 式窄气预热器进行简单的讨论。 1 分析 比较 条件 界定 】 3 5 Mw超高压 中间一次再热循环流化床锅炉采用单汽 包自然循环 、集中下降管 炉膛全膜式水冷壁 、 绝热式旋风 气固分离器 、尾部竖井烟道 、平衡通风 、循环流化燃烧方 式，整体呈型布置。锅炉主要由汽包 、悬吊式全膜式水冷壁 炉膛 、 绝热式旋风分离器 、 u 型返料回路以及竖井对流受热 面组成。 为了能够方便分析立管式和卧管式两种布置结构，在做 【 收稿日期】2 0 1 3 ⋯ 0 8 2 5 【 作者简介】翟永军 1 9 7 6 一，男，山西长治人，工程硕士， 毕业于太原理工大学机械设计与制造专业，现任太原锅炉集团 技术中心设计室主任，从事锅炉设计开发工作。 一 3 4一 性能计算之前预先制定了前提条件将空气预热器作为单独 个体来考虑，其余结构做为一个整体，进行一次计算。在都 能达到锅炉所要求性能情况下，得出两种型式的结构数据及 热力性能参数。 根据结构汁算数据和热力计算数据进行1 3 5 Mw循环流 化床锅炉空气预热器结构设计 。该锅炉尾部烟道尺寸为 7 0 2 0 l l L r n X 1 2 3 6 0 mm，空气预热器的空间布置需在这个区 域进行考虑。 ． 2 性能设计比较分析 2 ． 1 传热系数 从热力性能计算的数据结果来看，立管式空预器总传热 系数低于卧管式。由于传热系数的差异 ，立管式空预器受热 面积相当于卧管式空预器的1 ． 4 5 倍之多。这仅仅是理论计算数 据 ，如果考虑实际运行的话，由于积灰 、漏风等原因，传热 系数会有所下降，空预器所需要的受热面积也会有所增加。 2 ． 2 烟风阻力 从烟风阻力计算结果看，烟气侧阻力两者比较接近 ， 而 在空气侧，立式管式空气预热器要远远大干卧式管式空气预 热器。这样锅炉如果按立式管式结构设计空气预热器时 ， 将 来鼓风机的选取参数会非常大，厂用电率也会大大增加。 2 ． 3 低温腐蚀 导致管式空气预热器低温腐蚀的原因主要有两个 ， 第一 是腐蚀源；第二是腐蚀条件。 卧管式空预器烟气在管外冲刷 ，对流换热系数大， 对管 子的加热较强 ； 空气在管内纵向冲刷 ，对流换热系数较小， 对管子的冷却较弱，这样管壁温度可以高一些，立管式正好 相反。同条件下，卧式比立式管子壁温可高出2 0 ～ 3 0℃。 空气预热器低温腐蚀最严重的部位是烟气出口处 ，采用 第6 期 总第1 3 6 期 机械管理开发 0 卧式布置时 ， 腐蚀严重的是下部几排管子 ，检修时只需要换 下部几排管子 ，而立式布置时腐蚀的位置是整个管箱的所有 管口，需要更换整个管箱。 因此在防止低温腐蚀方面，卧管式空气预热器比立管式 占有一定的优势，可以减小检修的劳动强度，保证锅炉燃烧 效果 。 2 ．4 积灰 积灰方面，卧管式比立管式具有优势 立管式空预器由 于烟气阻力的关系，流速不能选得太高，加上烟气流通截面 小，极易造成堵灰现象。而卧管式空预器虽然烟气流速相对 较高，但由于管子采用顺列布置 ， 烟气流通截面大，再加上 管子直径偏大，同样存在严重的积灰搭桥现象。优势在于卧 管式空气预热器产生积灰后，处理难度要小得多，再加上卧 管式在低温腐蚀方面占有优势 ，切断了由于低温腐蚀造成的 积灰产生源。在条件允许的情况下，卧管式空气预热器结构 更值得推荐。 2 ． s 漏风 随着锅炉的大型化及大容量化 ，对于风压要求也变得更 高 ，就 以1 3 5 Mw级 别锅 炉为例 ，一 次风压 商达 1 5 O f X - 2 0 0 0 0 P a ． 空 气 预热 器风 烟 两侧 的压 差 也高 达 1 8 0 0 0 2 3 0 0 0 P a 。这样情况下，卧管式比立管式 占 有优势。卧管式 布置 ，空气在管内流动，对于空气泄漏问题上更容易密封， 如采用顺列排列方式还可以减轻飞灰对管子的磨损 。 另外，对于管式空气预热器来i兑， 烟气 与空气之间易产 生泄漏的主要地方是管子与管板问的间隙以及联通箱护板间 隙。立管式和卧管式虽然布置不同，但在此部分的结构上较 类似 ，且在密封处理上所采用的措施也基本相同。 3 结构设计比较分析 3 ． 1布置高度 影响空预器选型的第一条原则是考虑尾部烟道中空气预 热器的安装空间。以4 8 0 t ／ h 超高压中间一次再热循环流化床 锅炉为例如采用立管式结构布置，整体为五流程 ，布置高 度达到2 O 5 5 0 mm；如采用卧管式结构布置，～、二次风上、 下分层交错，整体为三流程，布置高度达到1 2 9 3 0 I n lT l 。可以 看出，立管式空预器的高度比卧管式要高得多。如采用立管 式结构 ，整个锅炉标高要整体往 上抬 ， 无论从经济性还是整 体布置上，应该说都是非常不合理的。在这_利 l I隋况下，应该 首先考虑采用卧管式空预器。 3 ． 2 膨胀 立管式空预器受热时向上膨胀．对于垂直方向膨胀考虑 较多，通常采用管箱和烟风道之间设置膨胀节、管子与护架 2 0 1 3 年1 2 月 之间设置小膨胀节的型式来处理。膨胀节一方面解决膨胀问 题 ，一方面防止热烟气 、冷空气互窜。 但卧管式空预器设计时，与立管式结构正好相反，对于 水平方向膨胀考虑较多。1 管箱重量较大，水平方向周圈 设置整体膨胀中心 ，通过管板加双层垫板的方式直接将管板 放在横梁 上。2 对于管子与护架间的膨胀 ，采用了在管箱 纵向增设小膨胀节的方式，极大地改善了管箱的工作条件， 对管箱的使用寿命也有了一定的保证 。此结构既保证了膨胀 的作用 ，又具有密封作用。但是此处的膨胀节占去了连通箱 与管板之间的连接空问，使得连通箱与管板连接强度大大下 降。管箱的体积庞大，带来的是连通箱体积增大，虽然从其 它方面对此采取了一些加强措施，但仍有存在问题的隐患。 3 ． 3 支撑 对于立管式空预器的支撑 ，设计上比较容易处理，管板 水平布置，直接放在两侧支撑梁上。计算时将下管板简化为 个简支梁的模型。 但是卧管式空预器受到很大 的限制 ，主要有 以下几 方面 1 管子水平布置 ，管板呈垂直状 态 ，支撑在支撑梁 上。由于管箱管板的位置限定 ，导致支撑梁的位置被限定 ， 上下管箱之间的布置及连接方式变得难以处理。受支撑梁的 影响，管箱出厂时必须事先焊很多的折板 ， 作为密封之用 ， 否则现场无法进行施工。这无形 中加大了设计及厂内制造的 成本。 2 管子水平布置 ，考虑到支撑强度，在选用管材规格 及管板厚度时非常慎重。同时由于烟道尺寸较大，管子长度 也相应较长 ，应考虑是否增加中管板 ，并采用三点支撑方 式。但是 ，三点支撑方式使得本来就难以布置的连接烟道结 构更加复杂。这样，无论是结构还是密封上都存在着很大的 隐患。 4 结语 1 1 3 5 MW循环流化床锅炉空气预热器选型时，考虑到 尾部烟道中布置空间限制，应该首先考虑采用卧管式结构。 2 立管式空预器结构简单 ，具体布置时也比卧管式容 易实现，而卧管式受本身结构的限制 ， 在膨胀、支撑等问题 上变得非常复杂及难处理。 3 在1 3 5 Mw循环流化床锅炉设计中，在性能方面 ，卧 管式空颈器要优于立管式。根据本文传热系数和工质流速的 计算结果，卧管式空预器也比较容易解决低温腐蚀、积灰及 漏风等问题 。 下转第4 0 页 一 35 第6 期 总第1 3 6 期 机械管理开发 M ECH AN I CAL M AN AG EM EN T AN D 发电机起动容量不足，无法带载起动的问题。为了把取得的 成果加以巩固，继电保护班与有关部门协商后采取了以下巩 固措施。 1加强柴油发电机的操作培训。 2 加强柴油发电机的维护工作。 3柴油发电机定期试验。 4 改善系统运行方式 ， 使保安段运行负荷容量尽量少。 5降低柴油发电机低电压保护的动作电压值 ，由原来 2 0 1 3 年l 2 月 的8 0 ％额定电压改为7 0 ％额定电压。 7 结语 张家口热电公司两台3 0 0 Mw供热机组 ，担负着供热供 电双重任务， 机组的安全性就显得更加重要。通过对保安段 的电气二次改造，解决了柴油发电机起动容量不足的问题 ， 提高了事故备用电源的可靠性 ， 机组的安全得到了进一步的 巩固和加强。 编辑王慧芳 S ol ve Pr ob l e m s o f S t a r t e r M ot o r Ca pa c i t y I ns uffi c i e nt of Di e s e l Eng i ne 。 I m p r o v e S p a r e Po we r S u p p l y Re li a b i li ty f o r Ac c i d e n t s ZENG W e i H e b i e Da t a n g I n t e r n a ti o n a l Z h a n g j i a k o u T h e r mo e l e c t r i c i t y C o ． ， L t d ． ， Z h a n g j i a k o u He b e i 0 7 5 0 0 0 【 Ab s t r a c t ] I n o r d e r t o i mp r o v e s e c u ri t y o f t h e r mo e l e c t r i c i t y u n i t s a n d s o l v e p r o b l e ms p r o b l e ms o f s t a r t e r mo t o r c a p a c i t y i n s u f f i c i e n t and u n a b l e s e l f s t a r t ， s e c u r i t y t e a ms o f r e l a y s a f fir m mo d i fi c a t i o n s c h e me s b y l o c a l e x a mi n a t i o n and i mp l e me n t s c h e me s ． [ K e y wo r d s 】 d i e s e l g e n e r a t o r ； s e l f - s t a r t i n g ； s e c u ri t y s e c t i o n 上接第3 5 页 【 参考文献】 ⋯ 1冯俊凯． 循环流化床燃烧锅炉正常运行的规律Ⅱ 】 _ 能源研 究 与信息， 2 0 0 0 1 1 6 ． 【 2 】吕俊复， 张建胜， 岳光溪． 循环流化床锅炉运行与检修【 M】 ， 北 京 中国水利水电出版社， 2 0 0 3 ． 【 3 】 侯益铭， 霍国生． 两种空气预热器密封技术比较U 】 ． 电力技 术， 2 0 0 3 ， 1 8 3 2 4 8 2 5 0 ． 编辑王慧芳 M od e l S e l e c t i o n o n Aj r Pr e he a t e r i n 1 3 5 M W CFBC BO i l e r ZHA I Y o n g - j a n T a i y u a n B o i l e r G r o u p C o ． ，L t d ． ， T aly u an S h a n x i 0 3 0 0 2 1 【 A b s t r a c t 】 B a s e d o n a n e x amp l e o f a 1 3 5 MW u l t r a h i g h p r e s s u r e C F B C b o i l e r ， v e r t i c al t u b e t y p e a i r p r e h e a t e r s a n d h o r i z o n t a l tub u l a r a i r p r e h e a t e r s a r e c alc u l a t e d r e s p e c ti v e l y and a c c o r d i n g t o d a t a ， t h e t wo k i n d o f a i r p r e h e a t e r s a l e c o mp a r e d i n p e r f o rm anc e and b o i l e r l a y o u t i n c l u d i n g the a r r ang e me n t o f s p a c e ， h e a ti n g a r e a ， h e a t 仃a ns f e r ， s t r u c t u r e d e s i g n ， e t c ． At the s a me ti me ， t h e a d v an t a g e s and d i s a d v ant a g e s o f t h e s e t wo a i r p r e h e a t e r s a r e s u mma r i z e d f r o m e x p ans i o n o f a i r p r e h eat e r ， a s we l l a s the e x i s ti n g p r o b l e ms i n the p r o d u c ti o n o f l o w t e mp e r a t ure c o r r o s i o n ， d u s t ， e t c ， wh i c h p r o v i d e s the o r y r e f e r e n c e f o r f u t u r e d e s i g n． 【 K e y w o r d s 1 C F B C ； a i r p r e h e a t e r ； m o d e l s e l e c ti o n ． 4 0 。