周文鑫

（華電國(guó)際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100）

0 引言

電廠鍋爐燃煤中都含有一定量的硫分，因此煙氣中都會(huì)含有硫酸蒸汽，硫酸蒸汽流經(jīng)尾部受熱面時(shí)會(huì)腐蝕金屬管壁 ，這種腐蝕即為低溫腐蝕［1］。

在燃用高硫燃料的鍋爐中通常采用熱風(fēng)再循環(huán)或加裝暖風(fēng)器來(lái)預(yù)防低溫腐蝕［2］。但采用熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)可能會(huì)導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行工況變化，因此要對(duì)鍋爐進(jìn)行熱力計(jì)算，研究采用熱風(fēng)再循環(huán)對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的影響，從而保證鍋爐安全運(yùn)行。

1 熱風(fēng)再循環(huán)的原理

熱風(fēng)再循環(huán)是把空氣預(yù)熱器出口的部分熱空氣引到空氣預(yù)熱器入口，與入口處冷空氣混合，使空氣預(yù)熱器進(jìn)口空氣溫度升高，再將混合后的空氣通過(guò)送風(fēng)機(jī)送入到空氣預(yù)熱器中進(jìn)行加熱，如圖1所示。熱風(fēng)再循環(huán)有兩種布置方式，圖1（a）中抽取部分熱空氣直接進(jìn)入送風(fēng)機(jī)的入口；圖1（b）中采用再循環(huán)風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)送到送風(fēng)機(jī)出口和冷風(fēng)混合，再進(jìn)入預(yù)熱器［3］。

圖1 熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)

2 鍋爐熱力計(jì)算與分析

熱力計(jì)算選用的鍋爐采用單爐膛，“Π”型布置型式，燃用揮發(fā)分低的無(wú)煙煤。過(guò)熱器由爐頂管過(guò)熱器、轉(zhuǎn)彎煙室包覆管過(guò)熱器、低溫對(duì)流過(guò)熱器（逆流布置）、第一級(jí)噴水減溫器、屏式過(guò)熱器、第二級(jí)噴水減溫器、高溫對(duì)流過(guò)熱器（冷段逆流，熱段順流）等組成。屏式過(guò)熱器為半輻射式，布置在爐膛出口。尾部受熱面有省煤器和空氣預(yù)熱器，采用雙級(jí)布置以保證較高的熱空氣溫度。

圖2 鍋爐熱力計(jì)算流程

確定鍋爐參數(shù)后，根據(jù)圖2所示計(jì)算流程［4］，分別計(jì)算了鍋爐額定工況、熱風(fēng)再循環(huán)10%（即再循環(huán)風(fēng)量占總二次風(fēng)量10%，下同）工況、熱風(fēng)再循環(huán)25%工況和暖風(fēng)器工況下鍋爐各受熱面進(jìn)出口煙溫、工質(zhì)進(jìn)出口溫度以及傳熱量的變化，并進(jìn)行比較分析。

2.1 熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)對(duì)低溫腐蝕影響

鍋爐尾部受熱面金屬的腐蝕速度既與壁溫有關(guān)。如圖3所示，腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域有兩個(gè)：一是發(fā)生在壁溫為水露點(diǎn)附近；另一個(gè)發(fā)生于壁溫約低于酸露點(diǎn)15℃的區(qū)域。

圖3 金屬腐蝕速度與壁溫的關(guān)系

通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)煤種進(jìn)行計(jì)算，酸露點(diǎn)為100.34℃，因此，當(dāng)壁溫在85℃附近時(shí)，低溫腐蝕較為嚴(yán)重。通過(guò)熱力計(jì)算，得出低溫空氣預(yù)熱器采用熱風(fēng)再循環(huán)前后的末端壁溫，詳見(jiàn)表1。

表1 不同工況下低溫空預(yù)器參數(shù)

由表1可見(jiàn)，在額定工況下，低溫空預(yù)器末端壁溫為82.2℃，處于低溫腐蝕嚴(yán)重區(qū)域。當(dāng)采用熱風(fēng)再循環(huán)后，隨著熱風(fēng)再循環(huán)量的增大，空預(yù)器末端壁溫也逐漸增大，低溫腐蝕逐漸減弱，進(jìn)入安全區(qū)。采用暖風(fēng)器時(shí)，空預(yù)器末端壁溫要比采用熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)時(shí)更高，低溫腐蝕也更弱。

2.2 熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)對(duì)鍋爐效率的影響

熱風(fēng)再循環(huán)工況下，由于再循環(huán)熱風(fēng)的加入，空預(yù)器空氣側(cè)總流量增大，吸收同樣熱量引起的空氣溫升較暖風(fēng)器要小，因此傳熱溫差要大于暖風(fēng)器模式，另外由于流經(jīng)空預(yù)器空氣側(cè)的風(fēng)速增大，傳熱系數(shù)變大，二者綜合影響，熱風(fēng)再循環(huán)工況相比暖風(fēng)器工況下空預(yù)器傳熱量要大得多，排煙溫度也明顯較低，如表1所示。而與額定工況相比，熱風(fēng)再循環(huán)工況下空預(yù)器進(jìn)口風(fēng)溫較高，傳熱溫差較小，因此傳熱量變小，排煙溫度略有升高［5］。隨著排煙溫度越高，排煙焓Ipy也越大。

排煙熱損失

式中：Ipy為排煙焓；αpy為煙氣側(cè)空預(yù)器出口過(guò)量空氣系數(shù)；Ilk為冷空氣焓；Qr為鍋爐輸入熱量；q4為機(jī)械不完全燃燒熱損失。

由式（1）可知，排煙熱損失q2隨排煙焓Ipy的增大而增大，因此鍋爐效率越低［6］。通過(guò)計(jì)算，得出不同工況下鍋爐效率與排煙溫度的變化趨勢(shì)，如圖4所示。

圖4 不同工況下鍋爐效率和排煙溫度的變化

相比熱風(fēng)再循環(huán)，暖風(fēng)器工況下排煙溫度升高更多，排煙熱損失更大，鍋爐效率更低。

2.3 熱風(fēng)再循環(huán)對(duì)汽水受熱面的影響

采用熱風(fēng)再循環(huán)后，由于排煙溫度升高，熱效率降低，計(jì)算燃料消耗量Bj增大，因此爐膛出口煙溫升高。之后煙氣依次流過(guò)屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器，在流過(guò)各個(gè)過(guò)熱器時(shí)，煙氣溫度的變化規(guī)律都很相似，因此下面以屏式過(guò)熱器為例分析煙氣溫度變化情況。

通過(guò)鍋爐熱力計(jì)算，不同工況下屏式過(guò)熱器進(jìn)、出口煙溫變化如圖5所示。在熱風(fēng)再循環(huán)工況下，屏式過(guò)熱器出、入口煙溫較額定工況略有升高，但變化不大；而當(dāng)采用暖風(fēng)器時(shí)，屏過(guò)出、入口煙溫較額定工況升高更多，不利于受熱面的安全運(yùn)行。

圖5 不同工況下屏式過(guò)熱器進(jìn)出口煙溫變化

采用熱風(fēng)再循環(huán)后，由于排煙溫度升高，熱效率降低，計(jì)算燃料消耗量Bj增大。

蒸汽吸熱量

式中：i″為屏過(guò)出口汽溫；i′為屏過(guò)入口汽溫；D 為蒸汽流量；Bj為燃料消耗量。

若要保持蒸汽側(cè)溫度不變，則（i″-i′）不變，但燃料消耗量Bj增大，故只有增大蒸汽流量D才能保持蒸汽吸熱量Qd不變化。因此采用熱風(fēng)再循環(huán)和暖風(fēng)器后，若要保持過(guò)熱蒸汽溫度恒定，都應(yīng)采取蒸汽減溫措施，如加大過(guò)熱器減溫水流量等方法。

3 結(jié)語(yǔ)

熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)能夠提高空氣預(yù)熱器壁溫，減輕低溫腐蝕，從而延長(zhǎng)空氣預(yù)熱器的使用壽命。

熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)會(huì)使鍋爐排煙溫度升高，排煙熱損失增大，鍋爐熱效率降低。但與暖風(fēng)器相比，熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)對(duì)鍋爐運(yùn)行工況影響相對(duì)較小。

采用熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)后，鍋爐各個(gè)受熱面進(jìn)出口煙溫較額定工況變化不大，有利于鍋爐各受熱面安全運(yùn)行。

采用熱風(fēng)再循環(huán)系統(tǒng)后，計(jì)算燃料消耗量增加，為保持蒸汽溫度恒定，需采取蒸汽減溫措施，如增大過(guò)熱器減溫水流量等。