某电厂暖风器改造分析与建
议
专 业 热动08-7班
学生姓名 李新军
指导教师 代元军
定稿日期：2013年04月04日
新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）任务书
注：此表发给学生后由指导教师填写，学生按此表要求开展毕业设计（论文）工作。
新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）成绩表
摘 要
本文首先介绍了暖风器的国内外研究背景以及暖风器系统的工作原理及组成。然后针对某电厂暖风器在实际运行过程中，尤其在冬季经常出现泄漏、疏水不畅、空预器的入口空气温度达不到要求、造成空预器蓄热元件大面积堵灰、空预器电机电流摆动大，空预器跳闸，送风机发生喘振等问题，找出了暖风器系统存在的问题及影响因素。最后根据某电厂暖风器的实际情况，分析了锅炉暖风器在实际使用中存在的问题及系统设计。结合实例，计算了暖风器运行对锅炉热效率的影响。采用暖风器通常会导致锅炉热效率的下降，随后对暖风器进行设计校核计算，并设想了改造方案实施后的效果。
关键词：锅炉；暖风器；泄露；低温腐蚀
Abstract
The design of the main research water source heat pump system, the paper expounds heat pump, water pump, especially the advantage and development prospect, working principle and its existence in coal-fired power plants in the huge potential. At the same time to a power as the research object, the specific design a set of three layers of plant near a small dormitory for the district heating heat pump system. This system USES steam turbine power plant, with water for heat, through detailed calculation, analysis and evaluation, through engineering examples, the heat load and heat pump system of heating of the heat and heating coefficient calculation, confirmed by circulating water pump power source for the heating system is feasible. Using the heat pump technology and circulating water source, for regional heating, than the steam heating or direct economic power. It is more reasonable use of the limited resources, and realize the sustainable development.
Key Word: water source heat pump， heats ，circulating water
目 录
摘 要 . .................................................................................................................. I Abstract . ............................................................................................................. I I
第 一 章 绪论 . ................................................................................................... 1
1.1 暖风器的系统简介 ..................................................................................... 1
1.2 暖风器国内发展背景 ................................................................................. 1
1.2.1 暖风器国外的发展近况 . .............................................................................. 2
1.3 暖风器优越性及发展趋势 ......................................................................... 2
1.4 本文的研究主要内容 ................................................................................. 3
第 二 章 电厂暖风器系统介绍 . ....................................................................... 4
2.1 暖风器的介绍.............................................................................................. 4
2.2 暖风器系统的工作原理及组成 ................................................................. 4
2.2.1 暖风器的工作原理 . ..................................................................................... 4
2.2.2 暖风器系统的组成 . ..................................................................................... 5
2.3 暖风器系统一般存在的问题 ..................................................................... 7
2.3.1泄漏 ........................................................................................................... 7
2.3.2堵灰 ........................................................................................................... 8
2.3.3水击 ........................................................................................................... 8
2.3.4疏水不畅 .................................................................................................... 9
2.4 电厂暖风器的设置和选择 ....................................................................... 10
2.4.1暖风器的设置 ........................................................................................... 10
2.4.2暖风器的布置形式及暖风器面积选择遵循的原则 . ....................................... 10
2.4.3选择时需要核算的工况 . ............................................................................. 11
2.4.4选择计算示例 ........................................................................................... 12
第三章 某电厂暖风器系统分析 . ................................................................... 15
3.1某电厂暖风器系统工作状况 .................................................................... 15
3.1.1某电厂暖风器系统的组成 .......................................................................... 15
3.1.2某电厂暖风器系统存在的问题 ................................................................... 17
3.2暖风器系统问题原因分析 ........................................................................ 18
3.2.1 泄漏和堵灰的原因 . ................................................................................... 18
3.2.2 系统振动的原因 ....................................................................................... 18
3.2.3 疏水不畅的原因 ....................................................................................... 20
3.2.4入口温度低、效率低的原因 . ...................................................................... 21
第四章 某电厂暖风器系统改造建议 . ............................................................. 22
4.1某电厂暖风系统改造建议 ........................................................................ 22
4.1.1某电厂暖风系统设计计算 .......................................................................... 26
4.1.2某电厂暖风系统校核计算 .......................................................................... 28
4.1.3使用暖风器对锅炉热效率的影响 . ............................................................... 30
4.2 暖风器改造后达到的效果 ....................................................................... 31
结论 .................................................................................................................... 32
致谢 .................................................................................................................... 33
参考文献 . ........................................................................................................... 34
第 一 章 绪论
1.1 暖风器的系统简介
在北方寒冷地区，为保证回转式空气预热器的正常运行，防止冷端硫酸结露，造成空气预热器的低温腐蚀和堵灰，因此，大型电厂普遍在空气预热器入口处加装空气加热装置——暖风器，其目的是预加热室外冷空气，确保进入空气预热器的冷风温度在20℃以上。若空气预热器入口空气温度低于20℃，则冷端温度低于70℃，从而达到硫酸露点，促使烟气中硫化物凝结形成硫酸雾汽，对空气预热器造成低温腐蚀和堵灰。一般来说，受热面低温腐蚀发生在一个相当宽的范围内，凝结出的硫酸质量浓度也随着温度的降低而减小；腐蚀的速度同时也受温度的影响，壁温低于酸露点10-15℃时，发生的腐蚀最强烈。低温腐蚀能引起受热面穿孔、传热效果恶化、漏风增加、排烟温度升高，使锅炉效率大幅度下降；同时，伴随着堵灰现象的发生，使风机的电耗上升，引起风机出力不足，使锅炉不得不降负荷；而且腐蚀和堵灰是相互促进的，腐蚀使积灰增加，积灰反过来又使受热面的传热减弱，受热面金属壁温进一步降低，而350℃以下沉积的灰又能吸附SO 3，速腐蚀过程；
在腐蚀及堵灰严重时，甚至造成锅炉灭火停炉的危险。
因此，作为北方寒冷地区提高入口冷风温度的配套辅助设备——暖风器，虽然只是随季节变化阶段性运行，但是暖风器的运行良否却关系到机组的安全稳定运行。
某电厂暖风器在实际运行过程中，尤其在冬季经常出现泄漏、疏水不畅、空气预热器的入口空气温度达不到要求、造成空气预热器蓄热元件大面积堵灰、空气预热器电机电流摆动大，空气预热器跳闸，送风机发生喘振等问题，直接影响机组的安全稳定运行，所以迫切需要对暖风器做出改造。
1.2 暖风器国内发展背景
国内对暖风器的研究与开发在20世纪70年代，当时我国电厂锅炉低温腐蚀相当严重，当时的机电两部立题攻关，成果之一就是采用暖风器设备，在冬季气温较低的时候和锅炉启动及低负荷运行期间锅炉排烟温度较低的时候，采用蒸汽暖风器将外界空气温度升高一定幅度后再送入锅炉空气预热器，具有良好的控制锅炉低温腐蚀功能
以前，北方小机组（200MW 以下）普遍采用厂房内吸风和室外吸风两种方式，并伴以热风再循环，不存在增加暖风器提高风温的情况。
目前，随着机组容量增大和优化设计降低造价的需要，锅炉机组布置普遍紧凑，厂房采用紧身封闭，使得锅炉厂房空间相对减少，同时随着回转式空气预热器制造工艺水平的提高、占用空间小、换热率高，漏风率低的转子空气预热器越来越受欢迎，目前300MW 以上的机组都选用它。而且随着机组容量增大，在小机组上采用热风再循环和室内吸风已不能满足送风量的要求，所以大机组采用在空气预热器入口前加装暖风器的方案。
1.2.1 暖风器国外的发展近况
现在国外成功开发了一种新型暖风器--套管式暖风器。首先将加热用辅助蒸汽通入暖风器的内套管内, 在内套管与外套管间的空间膨胀, 并充满整个夹层空间, 蒸汽将热量传递给翅片, 翅片再将热量传递给冷风, 在热量传递过程中蒸汽受到冷却, 变成凝结水沿管壁滚落, 然后, 通过内管与外管内径之间的空间利用凝结水的自重返回到疏水侧联箱, 蒸汽侧联箱内有隔断, 把入口蒸汽与出口凝结水分离开来。其结构性能具有如下特点:1、解决了原盘管弯头泄漏的问题, 运行可靠性大为提高；2、变膜状凝结为珠状凝结, 传热效果有所提高；3、缓解了暖风器疏水不畅的问题。
目前，对于大机组采用暖风器，可靠投入借鉴的经验并不多，非常成功的应用更少，是急需解决的现实课题。
1.3 暖风器优越性及发展趋势
随着社会生产的发展，人的现代化生活水平不断的提高，能耗也不断的增加。煤炭资源的越来越稀缺，因此，电厂发电过程中如何更好的节约能源问题十分重要，如何能够合理的利用电厂的热源并达到节能环保是国内外研究人员不断探索问题，而采用暖风器后在这一方面显现出其优越性。
暖风器的作用是从是利用汽轮机抽汽来加热锅炉进风，将加热的空气输送进空气预热器，提高空气预热器的进口（即冷端）空气温度，防止发生低温腐蚀，因此暖风器对锅炉是必需的，同时还有可能起到降低煤耗的作用。
能源危机及环境污染成为当今社会威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，已经成为全人类的课题。在这种背景下，利用暖风器能使电厂的煤耗降低。尤其对于我国来说，建国以来能源工业有了很大的发展，能源供应紧张，但又存在产品能耗高，能源利用率低，浪费严重的现象。实现节能而高速的发展迫在眉睫，可见暖风器的应用在我国有这广阔的发展前景。
1.4 本文的研究主要内容
本文主要研究了某电厂暖风器系统在运行过程中存在的问题及其原因分析，掌握暖风器的主要作用和工作原理，学习暖风器系统的组成、流程、运行工况等知识；找出并分析暖风器系统中存在的主要问题；并根据所给设计原始参数并结合现场运行条件，对电厂暖风器出现的问题提出相应的建议和改造方案，分析其是否可行，并校核计算改造后的暖风器的换热面积。
第 二 章 电厂暖风器系统介绍
2.1 暖风器的介绍
当锅炉燃用含硫高的燃料时，易造成低温段空气预热器的冷端腐蚀和堵灰，为了减轻冷端腐蚀和堵灰，常采用暖风器将冷空气加热到80—90℃左右，所以暖风器又称为前置式空气预热器。采用暖风器的优点是以低位能的低压蒸汽为热源，降低了冷源损失；适用范围广，容易实施；系统调节范围宽，尤其对北方寒冷地区，冬季气温低，可根据环境温度及时调整冷风温度，确保空气预热器和机组安全有效运行。
为了提高进入空气预热器的二次风温度，以减少由于大量冷风进入空气预热器的受热面造成结露、积灰而产生腐蚀，在二次风空气预热器进口处A 、B 侧各设置了一台暖风器。在机组启动阶段，暖风器以辅助蒸汽为热源，对二次风进行预热，在正常运行时应切至机组的四段抽汽。从辅汽母管或四段抽汽来的蒸汽通过位于暖风器进口的调节阀后进入暖风器A 、B ，疏水排至暖风器疏水箱，在通过暖风器疏水泵回收至低压加热器或高压凝汽器。
为了在投运暖风器的初期对暖风器进行充分的冲洗，设置了暖风器疏水直接排地沟的管路。暖风器投运时应先关闭疏水至疏水箱的回路，打开直接排地沟阀门，对暖风器和有关管道进行冲洗，防止暖风器内的杂质进入暖风器疏水箱。
暖风器投入后，暖风器内的杂质会造成疏水水质变差，因此还设置了暖风器疏水箱疏水直接排地沟的管路。当暖风器内冲洗完成后，将暖风器的疏水由直接排地沟切至排疏水箱，对疏水箱进行冲洗，疏水箱疏水排地沟。对疏水箱冲洗完成，经化验水质合格后，疏水可回收至低压加热器或凝汽器在暖风器投运时应确保该回路畅通，以保证暖风器能正常疏水，提高暖风器的投运效果。
2.2 暖风器系统的工作原理及组成
2.2.1 暖风器的工作原理
暖风器布置在空气预热器进口风道中，它是一种带翅片的蒸汽加热空气的管式热交换器，它用汽轮机的低位能--低压蒸汽为热源，预先加热进入空气预热器冷端的冷空气，温度提高后再进入空气预热器冷端，这样既降低了冷源损失，又可以提高锅炉尾部空气预热
器的金属壁温，有效地防止空气预热器传热元件的低温腐蚀和堵灰。暖风器在国内外应用较为广泛，取得良好效果，是一项相对较为成熟的技术。
2.2.2 暖风器系统的组成
暖风器系统由翅片管、联箱、疏水箱组成，具有结构紧凑、换热面积大、换热效果好等优点，用于防止空气预热器金属表面的硫腐蚀以及减少金属壁面的积灰，延长空气预热器使用寿命。
一、翅片管
采用低压抽汽作为热源的暖风器，蒸汽在管内属于凝结放热，放热系数很高，而管外的空气对流放热的热阻主要在空气侧。通过增加空气侧的传热面积的办法提高空气侧的传热系数。因此暖风器通常采用翅片管。
翅片管是管子表面带有翅片的传热管。翅片管又叫鳍片管，也称肋片管。由于管子表面上增加了翅片或鳍片，使原有的传热面积得到了扩展，故翅片管又称为带扩展表面的传热管，而翅片本身又可称谓扩展表面。翅片管的典型结构如图2-1所示。图2-1中，（1）为圆管，又称基管或光管，（2）为翅片。
图2-1
翅片管的结构
在一个管束中，翅片管排列方式的选取是至关重要的。有两种排列方式如图2-2所示：顺排和叉排。所谓叉排，是指在气流方向管子交叉排列，而顺排是指在气流方向管子顺序排列。顺排和叉排各有优缺点：
顺排：流体管外绕流时，受到的扰动较小，换热系数较低，但优点是阻力小；
叉排：流体管外绕流时，受到的扰动较大，换热系数较高，但缺点是阻力大。
顺排 叉排
图2-2 翅片管的排列
当对阻力降没有严格限制时，应首选叉排排列；当要求的阻力降很小时，应选取顺排方案
二、联箱
翅片管暖风器是由交叉排列的多组翅片管和上下联箱管联接后，安装于外箱体内，由单只或多只串（并）联组合布置，框架结构具有阻力小、安装维修方便等优点。
如果说管束的排列形式（顺排或叉排，及管间距的选取）主要是考虑管外流体的换热要求而确定的话，那么管箱的形式和结构则主要是考虑管内流体的压力和换热要求。一般
应遵循下列原则：若管内流体的压力较高，一般选用大直径的圆管作为管箱。例如，在锅炉应用上，几乎都选用圆管作为管箱。
三、疏水箱
电厂的疏水是指蒸汽在管道中遇冷凝结而成的水，这部分水若存在蒸汽中，对蒸汽品质产生影响，所以需要将它排放，而水是宝贵的，而且疏水有一定的温度，将有温度的疏水收集起来再利用即节约了水资源，又省下了一部分水的吸热过程（省煤）。疏水是蒸馏水，很干净，疏水箱的疏水扩容器上接有锅炉疏水管向锅炉上水。
疏水箱适用于闭式凝结水回收系统，可用于高压蒸汽采暖系统的凝结水回收和工艺用汽的凝结水回收。使凝结水在密闭系统中得以回收，水质不受污染。疏水箱要求有效容积
大；同时要求箱体壁厚，可承受一定的压力，当回收的凝结水二次汽较多时，水箱壁不会变形。
2.3 暖风器系统一般存在的问题
目前锅炉暖风器系统存在的问题主要是泄漏、堵灰、水击、疏水不畅等, 下面逐一分析讨论。
2.3.1泄漏
锅炉暖风器泄漏一般是指传热管焊缝裂开, 蒸汽从管内泄漏到管外风道。锅炉暖风器工作压力一般0.4～1.0 MPa ,工作温度一般150～350℃ ,基本属于低温低压, 也没有强烈的振动等, 工作条件并不是很差, 一般不应该发生破裂事故, 但暖风器的泄漏问题确实令用户头疼, 有时漏出的水会渗透到风道外, 有时在暖风器停运时风会从暖风器疏水管道流出。详细分析锅炉暖风器结构, 就会发现, 焊缝开裂是因为管排间的相对热膨胀引起, 暖风器常见结构如图2-3所示。
热风出口
蒸汽进口
疏水出口
冷风进口
图2-3 常见暖风器管束示意图
从图2-3可见，锅炉暖风器传热管束沿空气流动方向由若干排组成; 在工作介质上, 管内工质为进口过热蒸汽、中间为饱和的蒸汽和凝结水、出口为水, 管内的工质温度不同; 管外工质为空气, 进口为冷空气, 出口为加热了的空气, 管外的工质温度不同。上述结构上的和工作介质上的特点造成了暖风器传热管束有两种热胀冷缩现象:一种是整体热膨胀, 由
管内工质温度引起; 另一种是管排间的热膨胀, 主要由管外空气进出口温度不同引起。在以前的结构设计上, 考虑了整体热膨胀, 但很少考虑管排间的热膨胀, 由于此热膨胀在结构上不能吸收, 导致在薄弱的焊缝处拉裂, 造成泄漏事故。可见, 解决泄漏问题的关键在于在结构上要有吸收上述两种热胀冷缩现象的结构措施。
2.3.2堵灰
锅炉暖风器堵灰现象一般分两种:一种是暖风器布置在空气预热器空气进口附近的垂直风道, 空气预热器传热元件上的灰掉落在暖风器管束上, 形成堵灰。这种情况一般发生在停炉维修期间, 只要暖风器同时维修, 清理干净就可以了。对于抽屉式暖风器, 在维修时将传热管束抽出, 就可以简单方便地清理掉这种堵灰。这种抽屉式暖风器目前已经成功地应用于某些电厂的600MW 、350MW 机组上, 维修十分方便。另一种堵灰现象一般发生在暖风器布置在送风机进出口附近风道上的场合。空气中的灰尘在流过暖风器管束时, 流速使其具有动量, 管束使流动方向改变, 发生动量改变, 形成冲力。此冲力与灰尘在管子表面上的黏附力相互作用, 当黏附力大时, 灰尘黏结到管壁上; 当冲力大时, 灰尘继续被空气带走。所以解决这种堵灰事故的措施是保证足够的流速, 使空气中灰尘的动量足够大, 灰尘碰到管壁上的冲力大于黏附力, 灰尘自然被空气带走, 这就是自清灰作用。
2.3.3水击
锅炉暖风器系统的水击问题一般也分两种情况, 一种是暖风器本体水击; 另一种是暖风器系统调节中的水击。暖风器本体水击问题可以从图2-4进行分析。由于疏水口不在暖风器的最低点, 暖风器内积水无法疏尽, 这些水过冷后又与热的汽水热交换, 反复混合, 对有些结构, 水击现象相当严重。另外在冬季, 锅炉停运时疏不掉的积水就结冰, 形成所谓的暖风器结冰现象。解决办法是在结构上达到完全疏水。暖风器系统水击一般发生在调节情况下, 由于暖风器的设计预期是在冬季低温情况下, 或者锅炉启动及低负荷运行排烟温度较低的情况下, 投运暖风器将空气温度提高后再送入锅炉空气预热器, 防止低温腐蚀。而冬季低温情况和锅炉启动及低负荷情况都是一个变化过程, 所以暖风器的运行负荷也应该是一个变化过程, 以便在控制低温腐蚀的情况下提高机组运行效率, 降低发电煤耗。但由于系统选择不当, 使得暖风器系统不可调, 所以在调节时便发生水击。采用出口侧调节的暖风器
系统流程见图2-4。采用出口侧调节的暖风器系统在加热蒸汽进口母管上设有电动调节阀，在暖风器的进口管道上设手动调节阀，在出口管道上设电动调节阀及旁路管道。在发电机组正常运行时，进口管道上的调节阀全开，通过调节出口调节阀，控制加热蒸汽流量。采用出口侧调节的暖风器系统运行可靠，可较好地避免水击等引起的振动，调节性能较好。通过调节出口调节阀，可以调节加热蒸汽流量，充分利用加热蒸汽与一二次风的温差，提高热利用率，使得对较低品位蒸汽的利用成为可能，从而改善发电机组的热经济性。
图2-4暖风器控制系统示意图
采用进口调节的暖风器系统流程见图2-4。采用进口调节的暖风器系统在进口设有电动调节阀及旁通管道，通过调节进口阀门可调节加热蒸汽流量，从而调节锅炉排烟温度。
在低负荷情况下，不但引起水击，导致振动，而且易使调节失灵，影响暖风器正常运行。
2.3.4疏水不畅
1. 暖风器疏水管道冻结造成疏水不畅
在冬季低温环境下长时间运行，极易造成部分回水管道结冰，进而造成管道膨胀破裂。另外，由于部分管道冻结使本来就不畅的疏水管道振动加剧，对疏水管道阀门法兰造成更大的破坏，致使暖风器最终无法正常工作而被迫解列。
2. 暖风器疏水箱疏水调门工作不正常
暖风器正常运行时，必须保证疏水箱具有规定的正常水位，水箱水位靠疏水泵出口自调阀进行控制。其开度大小控制出水量从而控制水箱水位高低，二者之间是差压式水位计根据疏水水位静压差变化，通过热工导管将信号传递给变送器，经微处理后传递给自调阀与设定值相比较进行回路控制。由于冬季环境温度低，热工导管没进行有效的保温措施常被冰冻，无法传递差压变化，使自调机构无法进行正常工作，从而使水箱水位无法保证。 出现水箱满水或低水位现象，若发现不及时，情况严重时可导致疏水泵打汽或疏水箱冰冻的现象。
2.4 电厂暖风器的设置和选择
2.4.1暖风器的设置
暖风器可设置在风机入口，也可设置在风机出口，这需要根据环境条件、风道布置等因素通过技术经济比较确定。当地处高寒地区，环境温度低于风机所允许的风温要求时，暖风器应装在风机入口。同时应使在任何环境温度时都能保证冷风温度高于风机允许的温度如-25℃。考虑到暖风器有可能出现故障泄漏，可以将暖风器的进汽和疏水一般都由数片并联组成系统分开，以便在部分暖风器故障切除时，尚有部分暖风器运行，使进人风机的风温不致过低。
2.4.2暖风器的布置形式及暖风器面积选择遵循的原则
暖风器的布置形式可根据电厂风道情况来进行选择：风道水平布置时，可选用Ⅰ型或Ⅲ型暖风器，风道垂直于地平时可选用Ⅱ型暖风器。暖风器的布置图如图2-6所示。
1、暖风器的进风温度取当地的冬季采暖温度（例如乌鲁木齐地区为-25℃），出口温度取用锅炉设计要求的冷风温度（例如20℃），风量为锅炉MCR 时的冷风量。
2、暖风器的加热蒸汽参数取用汽轮机抽汽或经过减压减温后的蒸汽参数，并考虑管道的压降。由于暖风器利用的主要是蒸汽凝结时的潜热, 因而，加热蒸汽的过热度不宜过高。
3、在计算暖风器的面积时要留有20%—30%的裕度，以弥补制造和计算中出现的偏差。
4、暖风器的阻力（风侧）应加以控制（加大迎风面积或减少排数），以降低风机耗电。
图2-6 常见暖风器布置形式
2.4.3选择时需要核算的工况
暖风器选择计算时除应遵循上述基本原则外，同时需要对以下工况进行核算。 1、在极端最低环境空气温度时，暖风器中的温升能否满足空均壁温推荐值的要求。 2、在锅炉不同负荷下暖风器中的温升是否符合要求。
3、当部分暖风器故障时，在极端最低环境空气温度下暖风器出口风温能否满足风机的要求。
4、当机组低负荷、单台风机运行时，暖风器是否适用（阻力是否增加过多）。 如果以上条件不满足，应加大暖风器传热面积或通风面积。
2.4.4选择计算示例
下面是某电厂600MW 机组锅炉配套的暖风器选择计算结果。 1、选择计算
选择计算是以锅炉MCR 工况为基础进行的，其计算结果如表2-1。表2-1中所示的数值是一组暖风器，每台锅炉各设两组暖风器，分别装在每台风机的吸风道上。
2、校核计算
分别计算了在不同吸风温度及不同锅炉负荷时暖风器所能达到的升温能力。表2-2给出了锅炉设计所要求的暖风器温升值，它是根据冷端平均壁温的推荐值给出的。表2-3和表2-4分别给出了一次风和二次风暖风器所能达到的温升。即全部利用了暖风器的换热能力。表2-5给出了在锅炉不同负荷时暖风器风侧阻力值。
表2－1 暖风器选择计算结果
表2－2 锅炉设计要求的暖风器温 ℃
进 风 温 度
项目
-39
MCR
47 51 57 66 78
-26 35 39 46 52.5 65
-10 19 23 29.5 37 48.5
0 10 12.5 19 27 39
10 0 2.5 9 17 29.5
20 — — — — 19.5
30 — — — — 9.5
39 — — — — 0
锅炉负荷
90%MCR 70%MCR 50%MCR 30%MCR
锅炉负荷
锅炉负荷
表2－3 一次风暖风器的最大温升 ℃
进 风 温 度
项目
-39
MCR 90%MCR 70%MCR 50%MCR 30%MCR (单台风机)
56.5 57 62 70 56
-26 52.05 53 58 65 52
-10 47.5 48.5 53 39 47
0 44.5 45 49.5 55 44
10 — — — 51 41
20 — — — 47.5 38
30 — — — — 34
39 — — — — —
表2－4 二次风暖风器的最大温升 ℃
进 风 温 度
项目
-39
MCR 90%MCR 70%MCR 50%MCR (2台风机) 50%MCR (单台风机) 30%MCR (单台风机)
58 61 65 75 52 77
-26 54 57 60 70 46 71
-10 49 51.5 54.5 63.5 43 65
0 45.5 48.5 51 59.5 41 61
10 — — — 55 38 56
20 — — — — — —
30 — — — — — —
39 — — — — — —
表2－5 暖风器风侧阻力 Pa
90%MCR 70%MCR 50%MCR (2台风机) 50%MCR (单台风机) 30%MCR (单台风机)
535 416 302.5 — 577
209 178 113 325 107
— — — — 一次风超出计算范围 —
锅炉负荷
从上述各表中发现以下几个问题：
1、在低负荷时（50%MCR）按风机容量允许单台运行，但暖风器在锅炉50%负荷时不能满足所要求的温升需要，尤其一次风暖风器更明显。
2、在锅炉低负荷、风机单台运行时暖风器风侧阻力增加较多, 尤其一次风暖风器在50%负荷时，单台运行的计算流速已超过暖风器计算的流速范围, 阻力将急剧增加。
以上点说明, 虽然按设计工况选择的暖风器是合适的, 但在机组低负荷时暖风器的选型就不能满足要求了。为了解决这一问题应适当加大暖风器的传热面积和迎风面积，根据暖风器的型谱、风道尺寸通过比较后确定合理的暖风器选型，以保证在任何运行工况下都能满足锅炉运行的需要。
第三章 某电厂暖风器系统分析
某电厂八台600MW 亚临界燃煤发电机组都配装了由豪顿华工程有限公司制造的VN 型回转式空气预热器。该空气预热器为三分仓设计，通过有三种不同的气流，即烟气、一次风和二次风。烟气位于转子一侧，相对的另一侧分为一次风侧和二次风侧。自投产以来空气预热器都不同程度的发生过堵灰，导致限出力的发生，尤以二期（＃3、＃4机组）表现明显。究其原因与空气预热器一次风和二次风入口水平布置的暖风器不能正常投入有很大的关系，冬季由于暖风器泄漏频繁，致使空气中带水严重，吸附在波纹蓄热板上，通过烟气侧时使烟气中的灰黏附到蓄热板上，从而造成通流面积减小，空气预热器压差增大，换热效果变差，致使风机出力受阻，负荷受限，同时排烟温度升高，锅炉效率降低。另一方面阻力增大后，导致转子偏斜增大与径向和外环向密封发生碰磨，造成空气预热器电流增大和摆动。所以，本章将针对某电厂的3#机组送风机暖风器系统存在的问题进行分析研究。
3.1某电厂暖风器系统工作状况
为了提高进入空气预热器的二次风温度，以减少由于大量冷风进入空气预热器的受热面造成结露、积灰而产生腐蚀， 在二次风空气预热器进口处A 、B 侧各设置了一台暖风器。在机组启动阶段，暖风器以辅助蒸汽为热源，对二次风进行预热，在正常运行时应切至机组的四段抽汽。从辅汽母管或四段抽汽来的蒸汽通过位于暖风器进口的调节阀后进入暖风器A 、B ，疏水排至暖风器疏水箱，在通过暖风器疏水泵回收至除氧器。
3.1.1某电厂暖风器系统的组成
某电厂暖风器系统由翅片管、联箱、疏水箱等组成。
暖风器设置于送风机之后，采用卧式安装形式，与垂直于地面的风道应连接，二次风暖风器为7片并联为一台。暖风器由螺旋翅片管交叉排列，每层排列10根翅片管共4层。每排垂直布置4根Φ28×2无缝管，外绕1.2mm 厚、6mm 高、节距6mm 的翅片螺旋散热片。
联箱由两部分组成，蒸汽侧联箱和疏水侧联箱，蒸汽侧和疏水侧的开口在联箱的中段。 暖风器在锅炉中的位置如图3-1所示，首先送风机将二次风引入风道，然后由暖风器预先加热室外冷空气确保进入空气预热器的冷风温度在20℃以上，随后二次风通过空气预热器加热后送入炉膛
图3-1 二期暖风器系统图
在机组启动阶段，暖风器以辅助蒸汽为热源，对二次风进行预热，在正常运行时应切
至机组的四段抽汽。从辅汽母管或四段抽汽来的蒸汽通过位于暖风器进口的调节阀后进入暖风器A 、B ，疏水排至暖风器疏水箱，在通过暖风器疏水泵回收至除氧器。为了在投运暖风器的初期对暖风器进行充分的冲洗，设置了暖风器疏水直接排地沟的管路。暖风器投运时应先关闭疏水至疏水箱的回路，打开直接排地沟阀门，对暖风器和有关管道进行冲洗，防止暖风器内的杂质进入暖风器疏水箱。暖风器汽水系统图如3-2所示。
图3-2 暖风器汽水系统图
3.1.2
某电厂暖风器系统存在的问题
暖风器在该电厂实际运行中存在较多的问题，主要有： 1、暖风器系统振动大，甚至震断管路，无法正常连续投入。
2、暖风器本体内漏，造成空气预热器蓄热元件大面积堵灰，空气预热器出入口差压增高，送风机喘振、空气预热器电机电流摆动大，空气预热器跳闸，直接影响机组的安全稳定运行。
3、暖风器管排为错列布置，翅片高度为6mm ，节距为6mm 且呈曲线板缠绕在管上，当发生泄漏时，查找漏点及消除缺陷都很困难。
4、其联箱与蒸汽管的接口为平板开孔，从而造成疏水排口不是在联箱的最低部位，造成暖风器最下两排管疏水排放困难，甚至无法排出。
5、暖风器翅片管由于管路热膨胀发生弯曲，造成管内存水，冬季气温低，造成冻结管路，导致疏水不畅。
3.2暖风器系统问题原因分析
3.2.1 泄漏和堵灰的原因
二次风的最下一、二排供汽管倘若有了凝结水不能排出，而逐渐向管内聚集，产生水冲击，造成供汽管受到多种应力损伤而开裂，甚至破裂泄漏。
翅片管排位错列布置，翅片高度为6mm ，且为曲线板紧固（非高频焊接），当发生泄漏，查找漏点及消除都很困难。造成大量凝结水流失，增加了锅炉补水量，直接影响全厂的经济性、安全性，为此必须进行有针对性的改造暖风器系统工作。
实际情况下锅炉燃烧的所有燃料几乎都含有硫。燃烧过程中燃料中的大部分硫都转变为二氧化硫，但仍有1～5%的硫转变为三氧化硫。三氧化硫与烟气中的水蒸气反应，在换热元件表面形成一层硫酸膜的最高温度成为烟气的“酸露点”。当换热元件壁温低于露点温度时，硫酸蒸汽就会凝结在壁面上腐蚀换热元件，并不断粘结飞灰，堵塞通道，降低换热元件换热效率和使用寿命，影响空气预热器的安全经济运行。
因暖风器故障产生的水汽泄入会提高烟气的露点，加以燃料未燃颗粒的带入会进一步加速换热元件的腐蚀。防止换热元件的快速腐蚀，对发生泄漏的管路应及时修复，并保证尽可能高的燃烧效率。
3.2.2 系统振动的原因
某电厂3号炉设有2 台型号为ANN2660/1400、50%容量、定速、电动、动叶可调轴流式送风机。
1、轴流风机的特点
运行效率高，易损件少，维修简单，结构简单，供气均匀，运转平衡，气量控制的变化范围广，经济性能好。
2、喘振发生时, 具有以下明显特征：
(1)送风机的出口压力和入口流量大幅度变化, 有时还可能产生气体倒流现象。 (2)管网有周期性振荡、振幅大、频率低。
(3)风机振动强烈，机壳、轴承均有强烈振动，并伴有周期性的吼叫声。 (4)电机电流大幅下降。
喘振发生时，会使轴瓦破坏，轴发生位移，转子与定子产生磨擦、碰撞、损坏机器，喘振是轴流风机的最大威胁，同时也是其固有特性。
3、喘振产生的原因
流量Q
图3-3 喘振现象发生的机理
喘振现象可用图3-3来进行分析。因风机在大容量管路中工作，设外界需要的流量为Q A ，此时管路特性曲线和风机的性能曲线相交于A 点，该点管路消耗的能量与风机产生的能量达到平衡，因此风机运行是稳定的。当外界需要的流量增加至Q B 时，工作点向A 的右方移动至B 点，此时风机运行仍然是稳定的；当外界需要的流量减小为Q L 时，风机工作点向A 的左方移动至E 点；当外界需要的流量进一步减少至Q K 时，此时风机对应的工作点为临界点K 点，K 的左方即为风机不稳定工作区。
如果外界需要的流量继续减小到Q
重新开始输出风量。由图3-3驼峰性能曲线可知，为了和管路中的阻耗相平衡，相应的工况D 点又跳到E 点。只要外界所需的流量保持小于Q k ，上述过程又重复出现，即发生喘振。如果这种循环的频率与系统的振荡频率合拍，就引起共振，造成风机及风道的损坏。
某电厂3号炉送风机就是由于长期在不稳定工作区工作而引起前述事故的。从理论上讲，喘振发生应具备以下3个条件:(1)风机具有驼峰形性能曲线，并在不稳定工况区运行;(2)管路中具有足够的容积;(3)整个系统的喘振频率与机组旋转频率重合，发生共振。
2005年送风机出现多次喘振，经过分析, 随着时间的增加, 喘振间隔时间越来越短, 送风机喘振时的负荷越来越低, 风道阻力越来越大, 其工作点有多次偏离稳定区而接近临界点。根据运行记录参数发现, 送风机出口通道有堵塞现象, 造成通道阻力增大, 使送风机在增加负荷时, 不是在设计的稳定工况点工作, 而是随着负荷的增加逐渐偏离稳定区。当负荷增加越大时, 送风机的工作点越接近临界点, 达到一定程度时送风机就发生喘振。
因此, 送风机通道阻力增加是送风机喘振的真正原因, 而通道阻力增加的原因可能是空气预热器或暖风器有堵塞现象，或是风道内部结冰堵塞风道。由于暖风器的凝结水泄漏到风道内部结冰堵塞风道。经过分析确认, 送风机喘振的原因是暖风器的凝结水泄漏到风道内部结冰堵塞风道, 使送风机运行工况严重偏离运行工况。因此, 从设计上应考虑环境对送风机的影响, 采取确实可行的措施, 机组运行中加强运行检查, 进行必要的有关参数测试, 例如送风机出口风压等, 送风机喘振是可以避免的。
3.2.3 疏水不畅的原因
二次风与一次风暖风器比较，一次风的供汽管长度为3200mm ，二次风的供汽管长度5430mm ，而一次风的风量只有88.4kg/s，二次风量248.4kg/s，由于二次风量是一次风量的3倍，管路又长1.68倍。在供汽温度相等的条件下，换热量差2—3倍，因此二次风供汽管的尾部可能低于凝结点而形成水。
暖风器入口联箱与蒸气管的接口为平板开孔，其疏水管位置又不在最低，造成下两排管排放水很困难，甚至无法排出。
3.2.4入口温度低、效率低的原因
暖风器在该电厂的运行过程中，经常出现各种故障，不能够正常投入使用，有时由于管路振动大，甚至振断管路，从而导致大量蒸汽泄漏，暖风器的换热能力降低，进入暖风器的二次风得不到充分的加热，空气预热器的入口温度较低，达不到锅炉设计的额定温升要求，以致锅炉效率有所下降。
某电厂暖风器在运行的过程中存在较多的问题，一直无法正常投入使用，致使其效率下降，成本上升，经济性较差。通过对暖风器所存在的问题进行研究分析，找出了其原因所在，症结所在，这对下一步提出改造建议，预防暖风器再次出现故障做了一个很好的铺垫。
第四章 某电厂暖风器系统改造建议
通过具体的研究分析，以及参考各种资料，对某电厂暖风器系统提出改造建议, 且对暖风器进行设计校核计算，并设想了改造方案实施后的效果。
4.1某电厂暖风系统改造建议
根据某电厂3#机组暖风器运行中实际存在的问题，初步提出三种改造方案： 一、更换暖风器
1、重新进行暖风器结构设计；
2、重新核定暖风器加热空气所需换热面积，增强换热能力；
3、暖风器翅片管翅片采用高频焊接，并在管束中间多加横梁，有效的防止翅片脱落以及管束的弯曲断裂；
4、根据风道内实际安装位置对暖风器做倾斜布置，将疏水侧联箱标高降低，这样以利于疏水流动，并改进疏水联箱放水点，使其置于最低点，这样可以尽量避免在疏水联箱底部造成积水。
5、在疏水管路中增设三台大流量疏水泵，且调节阀由进口蒸汽侧改为出口疏水侧，有以便及时将疏水箱中的疏水排出，进一步消除汽水共存状态；
6、将暖风器侧面的弯管焊点布置于风道外，避免风道内的恶劣环境，防止管束的从焊点处破裂；
二、分体式热管暖风器。
热管式一种高效的传热元件。它依靠管内工质的沸腾和凝结来传导热量，其换热系数很高、热阻极小。其工作原理为：烟道内热管中的水吸收管外烟气热量汽化为蒸汽，蒸汽通过导汽管引入风道内热管，在风道中放出热量变为凝结水，再通过导管流回烟道内的热管，如此完成整个循环。热管式暖风器设计成3组不等螺旋鳍片管的受热面，管采用顺列布置，分体式结构。烟道内的迎风受热面、汽和水导管及热管联箱加装防磨装置。分体式热管暖风器的结构如图4－1所示。
在锅炉乙侧空气预热器下方烟道内，沿烟气流向布置8排倾斜25°的热管，共有24片热管组；在乙侧空气预热器下方的送风道内，沿空气流向布置4排倾斜10°的热管，共
有12片热管组；其中烟道内每两片组件与风道内的一片热管组件分别通过两根导汽管和1根凝结水管相连, 构成一个独立的循环回路系统，共计有12组独立循环系统。烟道内的热管管组布置高度低于风道内的热管管组，以利于循环。
图4-1 分体式热管暖风器的结构图
分体式热管暖风器在锅炉启动前进行投运调试。
(1) 热管式暖风器安装前进行酸洗处理，安装完毕后进行冷态检查和验收，然后分回路进行大流量除盐水冲洗, 直至合格。
(2) 将热管式暖风器各组受热面注满水，进行0.8MPa 水压试验，合格后进行彻底放水，放水过程中对各组热管的容积进行计量，以便准确掌握充入暖风器管内水的数量。
(3) 热管内工质的注入，开启各组受热面排污阀门和空气阀门, 利用机组除氧器0.7MPa 的饱和水对各回路进行静压供水，直至各组热管空气阀门出水后，关闭所有排污阀门和空气阀门，然后分别开启各组热管的排污阀门依次进行放水，每组受热面放水量为总容积的50%，热管放水操作过程中严禁空气进入热管内。其办法是:开启该回路排空气阀门及排空气联箱来汽阀门，利用厂公用蒸汽联箱中0.6MPa 的过热蒸汽对各回路顶压放水。放水至计量确定容积后, 关闭回路空气阀门及排污阀门。
按上述方法对12组循环回路进行同样操作后，热管暖风器进入备用或运行状态。 三、新型锅炉暖风器及其自动控制装置
新型锅炉暖风器采用疏水侧控制技术，保证暖风器内汽水分层、压力稳定，合理地解决了水击问题，无论机组负荷和外界温度如何变化，都能将锅炉冷端壁面温度自动控制在一定的温度，在控制锅炉低温腐蚀的同时能有效节能。
国内外常规设计中锅炉暖风器都采用进口蒸汽侧设置调节阀的方式，设想对暖风器出力进行控制，由于水击等因素，实际上在运行中无法控制，蒸汽调节阀形同虚设。简化了的原常规设计暖风器热力系统见图4－2(省略了与调节无关的有关管道的手动截止阀) 。
图4-2 原常规设计中采用的暖风器热力系统示意图
简化了的新型暖风器热力系统见图4-3(省略了与调节无关的手动截止阀) ，其中疏水调节阀采用了自动控制气动调节阀。同图4-2相比, 图4-3所示系统的特点在于调节阀设置到了暖风器出口的疏水侧，由于暖风器内充满了蒸汽和冷凝水，压力稳定，且汽水分层非常清楚，避免了压力波动引起的水击。
图4-3 新型暖风器热力系统示意图
新型暖风器具有如下特点：(1)暖风器壳体采用14号热压槽钢加强, 同时在暖风器进、出口采用内部加强筋结构，保证具有足够的刚性以解决风道系统振动问题；(2)暖风器传热管束采用∪型结构，很好地解决了热膨胀问题，从而解决了传热管焊缝由于热应力拉裂造成泄漏的问题；(3)暖风器采用抽屉式结构，传热管束可从暖风器侧面抽出，便于检修；(4)暖风器控制方式采用了图4-3所示的疏水侧设置调节阀的方式。
综合分析比较以上三种方案，在第一种方案的基础上，结合其他方案的优点，提出以下建议：
1、重新进行暖风器结构设计，采用在送风机入口风道前增加一级立式暖风器。在送风机风道设置分级布置形式，使得二次风在进入送风机前经立式暖风器预热、再经卧式暖风器将二次风加热到空气预热器入口要求风温，以减小冷热温压；
2、立式暖风器采用抽屉式暖风器，预留检修空间，便于维修、清灰，有效的防止暖风器堵灰；
3、重新核定暖风器加热空气所需换热面积，增强换热能力。
4、暖风器翅片管翅片采用高频焊接，并在管束中间多加横梁，有效的防止翅片脱落以及管束的弯曲断裂；
5、根据风道内实际安装位置对暖风器做倾斜布置，将疏水侧联箱高度降低，这样以利于疏水流动，并改进疏水联箱放水点，使其置于最低点，这样可以尽量避免在疏水联箱底部造成积水。
6、在疏水管路中增设三台大流量疏水泵，以便及时将疏水箱中的疏水排出，进一步消除汽水共存状态；
7、將调节阀由进口蒸汽侧设置为出口疏水侧，且采用自动控制气动阀；
8、将暖风器侧面的弯管焊点布置于风道外，避免风道内的恶劣环境，防止管束的从焊点处破裂；
9、在机组运行过程中尽量避免水击的产生，进而避免暖风器系统的振动。
4.1.1某电厂暖风系统设计计算
暖风器在电厂中得到广泛应用，而且其工作性能的优劣直接影响整个装置或系统综合性能的好坏，因此暖风器的合理设计极其重要。校核计算是暖风器的具体结构已知，流量和某些运行参数也已知，要求核定另一些运行参数或传热量。实际上两种计算所依据的原理完全一致，而且在暖风器设计中往往是先设计初选结构，然后再校核计算对初选结构的进行核定，两种计算是并用的。暖风器的结构为蒸汽合并，空气串联，设计参数如表4-2所示。
表4-2 暖风器参数
名称
空气量 空气压力 空气入口温度 空气出口温度 加热蒸汽压力 加热蒸汽压力
入口压力下蒸汽温度 加热蒸气温度 空气侧设计压力 空气侧设计温度 蒸汽侧设计压力 蒸汽侧设计温度
符号
单 位
结果
Gt Pt
t t '
m /s
3
t t '' Ps Ps
t H t s
Ata ℃ ℃ MPa Ata ℃ ℃ KPa ℃/℃ MPa ℃
255.29 1.03 -25 20 0.8 9 175 250 5
-30/30 1.2 300
一、立式暖风器
1、翅片管 共四组，每组17排⨯3组，共计翅片管204根，翅片管规格为20#
φ32⨯3mm 加δ=1.2mm , t =12mm , h =20mm 的翅片，长为7256/7176mm
其中：δ──翅片厚度，mm t ──翅片节距, mm h ──翅片高度，mm 2、传热面积F 1
按翅化比β为4.0计，则传热面积为F 1=600m
β──翅化比是指光管表面（基管表面）在加装翅片以后表面积扩大的倍数，即 β=（原光管外表面积）/（翅片管总的外表面积） 3、空气通道面积A 1
空气通道面积=风道面积-风道中暖风器光管面积-风道中暖风器翅片面积 A 1=7.2⨯5.4-4⨯17⨯0.032⨯
7.20.0132
2
2
⨯0.012-0.0012⨯0.02⨯2⨯4⨯17⨯
7.20.0132
=38.88-14.24-1.78=22.86m 4、空气流速V 1
V 1=
G t 317.07==11.17（m/s） A 122.86
二、卧式暖风器 1、翅片管
共14组，每组17排⨯4列，共计翅片管952根，翅片管规格为20#
φ32⨯3mm 加δ=1.2mm , t =12mm , h =20mm 的翅片，长为5700/5400mm
2、传热面积F 2
按翅片化比β为4.0计，则传热面积为F 2 =2067m 2 3、空气通道面积A 2 A 2=5.4⨯9.2-7⨯17⨯0.032⨯
0.012⨯5.40.0132
-0.0012⨯0.02⨯2⨯7⨯17⨯
5.40.0132
=49.68-18.694-2.337=28.549m 4、空气流速V 2
2
317.07G t
=13.87（m/s） V 2= =
28.649A 2
4.1.2某电厂暖风系统校核计算
校核一个暖风器，意味着评价一个完全确定的暖风器的传热和流体力学性能。校核计算的结果，是判断设备在要求的负荷和遵守其它设计条件下的性能。对于暖风器而言，主要是保证其换热面积要有足够的余量，一般要求暖风器的换热面积余量为20%～40%。这样才能满足其在极端条件下保证将空气加热到空预器要求的入口温度。这里我们采用经验公式法来校核暖风器。暖风器的校核参数如表4-3所示。
表4-3 暖风器的校核参数
名称
空气密度
空气质量流量 空气比热 空气吸热量
空气波朗特长 空气导热系数 空气粘度系数
立式暖风器空气雷诺数 卧式暖风器空气雷诺数
符号 单 位 Rt Gt Cp Q Pr
Kgf/m2 kgf/s
公式
计 算
10⨯M ⨯P 10⨯29. 96⨯1. 03848⨯T 848⨯(273+20)
结果 1.242 317.07 1.01 14410 0.72 0.021 0.0000133 26875
21437
KJ/(Kg⨯℃) Kcal/s
G T ⨯C p ⨯
255.29⨯1.242
λt
Kcal/(m2⨯h ⨯℃)
(t t ''-t t ')
317.07⨯1.01⨯[20-（-25）]
γt
Re t 1 Re t 2
V 1⨯d
γt
V 2⨯d
γt
由经验公式：F =1、计算传热系数K
K= 13.6⨯V 0.49 （4-1） 式中：V ──空气流速, （m/s） 立式暖风器
Q ⨯3600来计算换热面积, 求换热面积余量。
K ⨯(t H -11)
K 1= 13.6⨯V 10.49=13.6⨯13.87卧式暖风器
0.49
=42.39 Kcal/(m
2
⨯h ⨯℃)
K 2=13.6⨯V 20.49=13.6⨯11.070.49=41.17 Kcal/(m2⨯h ⨯℃)
2、空气温升分配Δt
立式∆t 1： 温度由-25℃→-14℃ 所以： ∆t 1=11℃ 卧式∆t 2： 温度由-14℃→20℃ 所以： ∆t 2=34℃ 3、空气吸热量 Q
3441.8
⨯11=841.33 Kcal/s 453441.8
卧式 Q2=⨯34=2600.47 Kcal/s
45立式 Q1=
4、传热面积F 立式F 1=
Q 1⨯3600841.33⨯3600
==367.4 M2 （4-2） " '
t -t
) K 1⨯(t H -12) 42.39⨯(175-
22
t 1'──空气进入立式暖风器前的温度，℃ t ''──空气经立式暖风器加热后的温度，℃
卧式F 2=
Q 2⨯36002600.47⨯3600
==1433 M2 ) K 2⨯(t H -22) 41.17⨯(175-
22
5、传热面积余量 ψ 立式ψ1=卧式ψ2=
[F 1]-F 1600-367.4
==63%
367.4F 1
[F 2]-F 22067-1433==44% F 21433
结论：经传热核算，完全满足设计要求，且裕量较大。
4.13使用暖风器对锅炉热效率的影响
暖风器的采用对锅炉热效率产生了两方面的影响：由于锅炉排烟温度升高，引起锅炉热效率的降低；由于一二次风温度提高，引起锅炉热效率的提高。暖风器投运后，锅炉热效率变化量△η的计算式：
式中△η——暖风器投运后，锅炉热效率变化量
△η1-—暖风器投运后，锅炉排烟温度升高引起的锅炉热效率的减小量，为负值 △η2——暖风器投运后，一二次风温度升高，引起的锅炉热效率增加量，为正值 △t3——空气在暖风器中的温升，℃ K——排烟温度每变化1℃的热损失修正系数 △t1——空气预热器进出口烟气温差，℃
△t2——空气预热器进口烟气与进口空气温差，℃
q ——单位燃料燃烧热量所对应的暖风器传热量，kJ/kJ η——暖风器未运行时锅炉的热效率 β——空气预热器入口处的过剩空气系数 W ar ——燃料的收到基水分 R——燃料的低位发热量，kJ/kg
某670MW 发电机组，采用超临界锅炉，设计燃料为烟煤，最大连续蒸发量为2150t /h，过热器出口蒸汽温度为571℃。燃料低位发热量为20.58MJ/kg，收到基水分为8.4%，过剩空气系数取1.3，锅炉额定热效率为93.6%。空气预热器的烟气进口温度取375℃，空气进口温度取9℃，排烟温度(无暖风器时) 取125℃。暖风器温升取30℃，K=0.54×10-3。由式计算得，△η1==1.11%，△η2=0.09%。计算得，暖风器对锅炉热效率的影响结果为-1.02%，即暖风器的投运将使锅炉热效率降低1.02%。
由以上计算可知，因一二次风温度提高引起的锅炉热效率提高值小于因锅炉排烟温度升高引起的锅炉热效率降低值。因此，采用暖风器通常会导致锅炉热效率的降低
4.2 暖风器改造后达到的效果
在暖风器存在暖风器应用中主要存在以下问题：
① 有些发电厂在运行一段时间后，实际燃用的煤种与设计燃用的煤种有较大变化，引起排烟温度明显升高而不需暖风器运行，或是暖风器运行后堵塞严重。这时，往往将暖风器旁通处理，以保证整个发电机组的正常运行。
② 疏水不畅，有振动现象。暖风器疏水不畅、管道振动的原因是多方面的，主要有：系统设计不合理，不能保证疏水通畅，造成疏水局部聚集，产生水击引起振动；暖风器的泄漏和不凝结气体的存在，使得暖风器出口易形成两相流动，引起振动；设备和管道布置考虑不周，造成局部聚集不凝结气体；暖风器疏水口位置设计合理。
③ 对于设置疏水箱的暖风器系统，因疏水箱容量选择偏小，造成水位调节不灵敏甚至无法调节，疏水泵无法正常投运，凝结水得不到有效利用。
④ 暖风器泄漏。暖风器泄漏主要是由于管排间受热不均，频繁的热胀冷缩造成焊缝开裂。长期停用造成管道局部腐蚀，在检修时未做处理，再次投运后也易发生泄漏。故在设计时，能将这些问题克服，经过改造后，可达到下列效果：
（1）基本消除汽水管路振动及暖风器振动泄漏，满足机组冬季运行的要求。 （2）基本满足入口空气温度达到20℃以上的要求，提高效率。
（3）能避免空预器结露、腐蚀和堵灰，有效防止风机喘振的发生，延长设备使用寿命，避免机组降出力事件发生。
（4）降低暖风器管束噪音和减小空气流经暖风器阻力，降低能耗。
（5）减少泄漏概率节约检修维护成本；减少汽水损失节约能源，提高机组可靠性。
结论
经过本次毕业设计，我掌握了一些关于电厂暖风器系统的组成、流程、运行工况等知识，并且对某电厂暖风器进行了分析，结合各种资料， 提出了一些改造建议，但是由于时间仓促，条件限制，设计还存在一些欠缺。同时经过对某电厂暖风器改造分析与建议的课题，结合资料，对暖风器系统改造应注意的问题提出了三点建议：
1、根据北方天气特点，在秋冬季节要保证空气预热器入口风温在设计值范围，以避免转子冷端受热面上产生低温结露而粘结灰尘。建议暖风器正常投运，以提高入口风温。
2、暖风器运行过程中必须加强对锅炉燃烧的控制，防止堵灰现象出现。
3、暖风器的维护和改造，减少暖风器运行中的泄漏。在做课题的过程中，发现很多电厂的暖风器存在问题，以致秋冬季节暖风器多数都不投运。这会引起空气预热器受热面积灰加剧，如果处理不及时，会形成传热元件严重堵灰现象，增大空气预热器漏风率。建议有条件企业要适时对暖风器进行改造，提高其投运率。
致谢
经过近三个月的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一名专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，想要完成这个课题设计是难以想象的。本论文凝聚了代元军老师的辛勤汗水，是他精心指导并无私的帮助和支持，才使我的毕业设计顺利完成，在此向代老师表示由衷的谢意。老师严谨的治学态度，渊博的知识，宽广的思维，诲人不倦的言传身教使我收益匪浅，顺利地完成了学业。通过这次毕业设计的制作，使我知道了怎样把理论与实际结合起来，怎样运用书本里面的基本知识并加以扩展。
在这我还想特别感谢孙玉新老师对我的帮助。
其次还要感谢大学三年来所有的专业老师，为我们打下机械专业和热能动力知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。
最后感谢新疆工业高等专科学校三年来对我的栽培。
参考文献
[1] 曹勇, 李佩举. 锅炉热风再循环系统及暖风器的设置条件. 吉林电力.2001,(3)：
[2] 孙为民，杨巧云编. 电厂汽轮机. 中国电力出版社.2008
[3] 苏盛波, 赵敏. 国产首台600MW 机组锅炉暖风器系统在运行中存在的问题及解决的
措施. 黑龙江电力.2000
[4] 王美霞, 周强泰，刘存芳. 某电厂670t/h锅炉暖风器改造方案. 锅炉技术.2004
[5] 田子平. 发展循环硫化床锅炉的几个关键技术问题. 能源信息与研究.1996
[6] 李晓乐. 工程热力学. 北京：水利电力出版社. 1998
[7] 江亿. 我国建筑耗能状况及有效的节能途径. 暖通空调.2005
[8] 唐莉萍. 热工基础. 北京：中国电力出版社. 2006
[9] 蒋汉文主编. 热工学. 北京：高等教育出版社. 1994
[10]黄福赐. 工程热力学原理和应用. 北京：电力工业出版社.1982
[11]贺平，孙刚编. 供热工程. 中国建筑工业出版社.2000
[12]周菊华. 锅炉设备. 北京：中国电力出版社. 2006
[13]张永涛. 锅炉设备系统. 北京：中国电力出版社. 1998
[14]范丛振. 锅炉原理. 北京: 水利电力出版社. 1998
[15]黄新元. 热力发电厂设计. 北京：中国电力出版社. 2004
[16]孙玉民. 电厂热力系统与辅助设备. 北京：中国电力出版社. 2004
[17]史德安, 王顺启，王浩. 暖风器运行参数对机组运行经济性的影响. 热力发电
厂.2008
[18]林万超. 火电厂热系统节能理论. 西安: 西安交通大学出版社.1994
某电厂暖风器改造分析与建
议
专 业 热动08-7班
学生姓名 李新军
指导教师 代元军
定稿日期：2013年04月04日
新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）任务书
注：此表发给学生后由指导教师填写，学生按此表要求开展毕业设计（论文）工作。
新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）成绩表
摘 要
本文首先介绍了暖风器的国内外研究背景以及暖风器系统的工作原理及组成。然后针对某电厂暖风器在实际运行过程中，尤其在冬季经常出现泄漏、疏水不畅、空预器的入口空气温度达不到要求、造成空预器蓄热元件大面积堵灰、空预器电机电流摆动大，空预器跳闸，送风机发生喘振等问题，找出了暖风器系统存在的问题及影响因素。最后根据某电厂暖风器的实际情况，分析了锅炉暖风器在实际使用中存在的问题及系统设计。结合实例，计算了暖风器运行对锅炉热效率的影响。采用暖风器通常会导致锅炉热效率的下降，随后对暖风器进行设计校核计算，并设想了改造方案实施后的效果。
关键词：锅炉；暖风器；泄露；低温腐蚀
Abstract
The design of the main research water source heat pump system, the paper expounds heat pump, water pump, especially the advantage and development prospect, working principle and its existence in coal-fired power plants in the huge potential. At the same time to a power as the research object, the specific design a set of three layers of plant near a small dormitory for the district heating heat pump system. This system USES steam turbine power plant, with water for heat, through detailed calculation, analysis and evaluation, through engineering examples, the heat load and heat pump system of heating of the heat and heating coefficient calculation, confirmed by circulating water pump power source for the heating system is feasible. Using the heat pump technology and circulating water source, for regional heating, than the steam heating or direct economic power. It is more reasonable use of the limited resources, and realize the sustainable development.
Key Word: water source heat pump， heats ，circulating water
目 录
摘 要 . .................................................................................................................. I Abstract . ............................................................................................................. I I
第 一 章 绪论 . ................................................................................................... 1
1.1 暖风器的系统简介 ..................................................................................... 1
1.2 暖风器国内发展背景 ................................................................................. 1
1.2.1 暖风器国外的发展近况 . .............................................................................. 2
1.3 暖风器优越性及发展趋势 ......................................................................... 2
1.4 本文的研究主要内容 ................................................................................. 3
第 二 章 电厂暖风器系统介绍 . ....................................................................... 4
2.1 暖风器的介绍.............................................................................................. 4
2.2 暖风器系统的工作原理及组成 ................................................................. 4
2.2.1 暖风器的工作原理 . ..................................................................................... 4
2.2.2 暖风器系统的组成 . ..................................................................................... 5
2.3 暖风器系统一般存在的问题 ..................................................................... 7
2.3.1泄漏 ........................................................................................................... 7
2.3.2堵灰 ........................................................................................................... 8
2.3.3水击 ........................................................................................................... 8
2.3.4疏水不畅 .................................................................................................... 9
2.4 电厂暖风器的设置和选择 ....................................................................... 10
2.4.1暖风器的设置 ........................................................................................... 10
2.4.2暖风器的布置形式及暖风器面积选择遵循的原则 . ....................................... 10
2.4.3选择时需要核算的工况 . ............................................................................. 11
2.4.4选择计算示例 ........................................................................................... 12
第三章 某电厂暖风器系统分析 . ................................................................... 15
3.1某电厂暖风器系统工作状况 .................................................................... 15
3.1.1某电厂暖风器系统的组成 .......................................................................... 15
3.1.2某电厂暖风器系统存在的问题 ................................................................... 17
3.2暖风器系统问题原因分析 ........................................................................ 18
3.2.1 泄漏和堵灰的原因 . ................................................................................... 18
3.2.2 系统振动的原因 ....................................................................................... 18
3.2.3 疏水不畅的原因 ....................................................................................... 20
3.2.4入口温度低、效率低的原因 . ...................................................................... 21
第四章 某电厂暖风器系统改造建议 . ............................................................. 22
4.1某电厂暖风系统改造建议 ........................................................................ 22
4.1.1某电厂暖风系统设计计算 .......................................................................... 26
4.1.2某电厂暖风系统校核计算 .......................................................................... 28
4.1.3使用暖风器对锅炉热效率的影响 . ............................................................... 30
4.2 暖风器改造后达到的效果 ....................................................................... 31
结论 .................................................................................................................... 32
致谢 .................................................................................................................... 33
参考文献 . ........................................................................................................... 34
第 一 章 绪论
1.1 暖风器的系统简介
在北方寒冷地区，为保证回转式空气预热器的正常运行，防止冷端硫酸结露，造成空气预热器的低温腐蚀和堵灰，因此，大型电厂普遍在空气预热器入口处加装空气加热装置——暖风器，其目的是预加热室外冷空气，确保进入空气预热器的冷风温度在20℃以上。若空气预热器入口空气温度低于20℃，则冷端温度低于70℃，从而达到硫酸露点，促使烟气中硫化物凝结形成硫酸雾汽，对空气预热器造成低温腐蚀和堵灰。一般来说，受热面低温腐蚀发生在一个相当宽的范围内，凝结出的硫酸质量浓度也随着温度的降低而减小；腐蚀的速度同时也受温度的影响，壁温低于酸露点10-15℃时，发生的腐蚀最强烈。低温腐蚀能引起受热面穿孔、传热效果恶化、漏风增加、排烟温度升高，使锅炉效率大幅度下降；同时，伴随着堵灰现象的发生，使风机的电耗上升，引起风机出力不足，使锅炉不得不降负荷；而且腐蚀和堵灰是相互促进的，腐蚀使积灰增加，积灰反过来又使受热面的传热减弱，受热面金属壁温进一步降低，而350℃以下沉积的灰又能吸附SO 3，速腐蚀过程；
在腐蚀及堵灰严重时，甚至造成锅炉灭火停炉的危险。
因此，作为北方寒冷地区提高入口冷风温度的配套辅助设备——暖风器，虽然只是随季节变化阶段性运行，但是暖风器的运行良否却关系到机组的安全稳定运行。
某电厂暖风器在实际运行过程中，尤其在冬季经常出现泄漏、疏水不畅、空气预热器的入口空气温度达不到要求、造成空气预热器蓄热元件大面积堵灰、空气预热器电机电流摆动大，空气预热器跳闸，送风机发生喘振等问题，直接影响机组的安全稳定运行，所以迫切需要对暖风器做出改造。
1.2 暖风器国内发展背景
国内对暖风器的研究与开发在20世纪70年代，当时我国电厂锅炉低温腐蚀相当严重，当时的机电两部立题攻关，成果之一就是采用暖风器设备，在冬季气温较低的时候和锅炉启动及低负荷运行期间锅炉排烟温度较低的时候，采用蒸汽暖风器将外界空气温度升高一定幅度后再送入锅炉空气预热器，具有良好的控制锅炉低温腐蚀功能
以前，北方小机组（200MW 以下）普遍采用厂房内吸风和室外吸风两种方式，并伴以热风再循环，不存在增加暖风器提高风温的情况。
目前，随着机组容量增大和优化设计降低造价的需要，锅炉机组布置普遍紧凑，厂房采用紧身封闭，使得锅炉厂房空间相对减少，同时随着回转式空气预热器制造工艺水平的提高、占用空间小、换热率高，漏风率低的转子空气预热器越来越受欢迎，目前300MW 以上的机组都选用它。而且随着机组容量增大，在小机组上采用热风再循环和室内吸风已不能满足送风量的要求，所以大机组采用在空气预热器入口前加装暖风器的方案。
1.2.1 暖风器国外的发展近况
现在国外成功开发了一种新型暖风器--套管式暖风器。首先将加热用辅助蒸汽通入暖风器的内套管内, 在内套管与外套管间的空间膨胀, 并充满整个夹层空间, 蒸汽将热量传递给翅片, 翅片再将热量传递给冷风, 在热量传递过程中蒸汽受到冷却, 变成凝结水沿管壁滚落, 然后, 通过内管与外管内径之间的空间利用凝结水的自重返回到疏水侧联箱, 蒸汽侧联箱内有隔断, 把入口蒸汽与出口凝结水分离开来。其结构性能具有如下特点:1、解决了原盘管弯头泄漏的问题, 运行可靠性大为提高；2、变膜状凝结为珠状凝结, 传热效果有所提高；3、缓解了暖风器疏水不畅的问题。
目前，对于大机组采用暖风器，可靠投入借鉴的经验并不多，非常成功的应用更少，是急需解决的现实课题。
1.3 暖风器优越性及发展趋势
随着社会生产的发展，人的现代化生活水平不断的提高，能耗也不断的增加。煤炭资源的越来越稀缺，因此，电厂发电过程中如何更好的节约能源问题十分重要，如何能够合理的利用电厂的热源并达到节能环保是国内外研究人员不断探索问题，而采用暖风器后在这一方面显现出其优越性。
暖风器的作用是从是利用汽轮机抽汽来加热锅炉进风，将加热的空气输送进空气预热器，提高空气预热器的进口（即冷端）空气温度，防止发生低温腐蚀，因此暖风器对锅炉是必需的，同时还有可能起到降低煤耗的作用。
能源危机及环境污染成为当今社会威胁人类生存的头等大事，如何解决这一问题，已经成为全人类的课题。在这种背景下，利用暖风器能使电厂的煤耗降低。尤其对于我国来说，建国以来能源工业有了很大的发展，能源供应紧张，但又存在产品能耗高，能源利用率低，浪费严重的现象。实现节能而高速的发展迫在眉睫，可见暖风器的应用在我国有这广阔的发展前景。
1.4 本文的研究主要内容
本文主要研究了某电厂暖风器系统在运行过程中存在的问题及其原因分析，掌握暖风器的主要作用和工作原理，学习暖风器系统的组成、流程、运行工况等知识；找出并分析暖风器系统中存在的主要问题；并根据所给设计原始参数并结合现场运行条件，对电厂暖风器出现的问题提出相应的建议和改造方案，分析其是否可行，并校核计算改造后的暖风器的换热面积。
第 二 章 电厂暖风器系统介绍
2.1 暖风器的介绍
当锅炉燃用含硫高的燃料时，易造成低温段空气预热器的冷端腐蚀和堵灰，为了减轻冷端腐蚀和堵灰，常采用暖风器将冷空气加热到80—90℃左右，所以暖风器又称为前置式空气预热器。采用暖风器的优点是以低位能的低压蒸汽为热源，降低了冷源损失；适用范围广，容易实施；系统调节范围宽，尤其对北方寒冷地区，冬季气温低，可根据环境温度及时调整冷风温度，确保空气预热器和机组安全有效运行。
为了提高进入空气预热器的二次风温度，以减少由于大量冷风进入空气预热器的受热面造成结露、积灰而产生腐蚀，在二次风空气预热器进口处A 、B 侧各设置了一台暖风器。在机组启动阶段，暖风器以辅助蒸汽为热源，对二次风进行预热，在正常运行时应切至机组的四段抽汽。从辅汽母管或四段抽汽来的蒸汽通过位于暖风器进口的调节阀后进入暖风器A 、B ，疏水排至暖风器疏水箱，在通过暖风器疏水泵回收至低压加热器或高压凝汽器。
为了在投运暖风器的初期对暖风器进行充分的冲洗，设置了暖风器疏水直接排地沟的管路。暖风器投运时应先关闭疏水至疏水箱的回路，打开直接排地沟阀门，对暖风器和有关管道进行冲洗，防止暖风器内的杂质进入暖风器疏水箱。
暖风器投入后，暖风器内的杂质会造成疏水水质变差，因此还设置了暖风器疏水箱疏水直接排地沟的管路。当暖风器内冲洗完成后，将暖风器的疏水由直接排地沟切至排疏水箱，对疏水箱进行冲洗，疏水箱疏水排地沟。对疏水箱冲洗完成，经化验水质合格后，疏水可回收至低压加热器或凝汽器在暖风器投运时应确保该回路畅通，以保证暖风器能正常疏水，提高暖风器的投运效果。
2.2 暖风器系统的工作原理及组成
2.2.1 暖风器的工作原理
暖风器布置在空气预热器进口风道中，它是一种带翅片的蒸汽加热空气的管式热交换器，它用汽轮机的低位能--低压蒸汽为热源，预先加热进入空气预热器冷端的冷空气，温度提高后再进入空气预热器冷端，这样既降低了冷源损失，又可以提高锅炉尾部空气预热
器的金属壁温，有效地防止空气预热器传热元件的低温腐蚀和堵灰。暖风器在国内外应用较为广泛，取得良好效果，是一项相对较为成熟的技术。
2.2.2 暖风器系统的组成
暖风器系统由翅片管、联箱、疏水箱组成，具有结构紧凑、换热面积大、换热效果好等优点，用于防止空气预热器金属表面的硫腐蚀以及减少金属壁面的积灰，延长空气预热器使用寿命。
一、翅片管
采用低压抽汽作为热源的暖风器，蒸汽在管内属于凝结放热，放热系数很高，而管外的空气对流放热的热阻主要在空气侧。通过增加空气侧的传热面积的办法提高空气侧的传热系数。因此暖风器通常采用翅片管。
翅片管是管子表面带有翅片的传热管。翅片管又叫鳍片管，也称肋片管。由于管子表面上增加了翅片或鳍片，使原有的传热面积得到了扩展，故翅片管又称为带扩展表面的传热管，而翅片本身又可称谓扩展表面。翅片管的典型结构如图2-1所示。图2-1中，（1）为圆管，又称基管或光管，（2）为翅片。
图2-1
翅片管的结构
在一个管束中，翅片管排列方式的选取是至关重要的。有两种排列方式如图2-2所示：顺排和叉排。所谓叉排，是指在气流方向管子交叉排列，而顺排是指在气流方向管子顺序排列。顺排和叉排各有优缺点：
顺排：流体管外绕流时，受到的扰动较小，换热系数较低，但优点是阻力小；
叉排：流体管外绕流时，受到的扰动较大，换热系数较高，但缺点是阻力大。
顺排 叉排
图2-2 翅片管的排列
当对阻力降没有严格限制时，应首选叉排排列；当要求的阻力降很小时，应选取顺排方案
二、联箱
翅片管暖风器是由交叉排列的多组翅片管和上下联箱管联接后，安装于外箱体内，由单只或多只串（并）联组合布置，框架结构具有阻力小、安装维修方便等优点。
如果说管束的排列形式（顺排或叉排，及管间距的选取）主要是考虑管外流体的换热要求而确定的话，那么管箱的形式和结构则主要是考虑管内流体的压力和换热要求。一般
应遵循下列原则：若管内流体的压力较高，一般选用大直径的圆管作为管箱。例如，在锅炉应用上，几乎都选用圆管作为管箱。
三、疏水箱
电厂的疏水是指蒸汽在管道中遇冷凝结而成的水，这部分水若存在蒸汽中，对蒸汽品质产生影响，所以需要将它排放，而水是宝贵的，而且疏水有一定的温度，将有温度的疏水收集起来再利用即节约了水资源，又省下了一部分水的吸热过程（省煤）。疏水是蒸馏水，很干净，疏水箱的疏水扩容器上接有锅炉疏水管向锅炉上水。
疏水箱适用于闭式凝结水回收系统，可用于高压蒸汽采暖系统的凝结水回收和工艺用汽的凝结水回收。使凝结水在密闭系统中得以回收，水质不受污染。疏水箱要求有效容积
大；同时要求箱体壁厚，可承受一定的压力，当回收的凝结水二次汽较多时，水箱壁不会变形。
2.3 暖风器系统一般存在的问题
目前锅炉暖风器系统存在的问题主要是泄漏、堵灰、水击、疏水不畅等, 下面逐一分析讨论。
2.3.1泄漏
锅炉暖风器泄漏一般是指传热管焊缝裂开, 蒸汽从管内泄漏到管外风道。锅炉暖风器工作压力一般0.4～1.0 MPa ,工作温度一般150～350℃ ,基本属于低温低压, 也没有强烈的振动等, 工作条件并不是很差, 一般不应该发生破裂事故, 但暖风器的泄漏问题确实令用户头疼, 有时漏出的水会渗透到风道外, 有时在暖风器停运时风会从暖风器疏水管道流出。详细分析锅炉暖风器结构, 就会发现, 焊缝开裂是因为管排间的相对热膨胀引起, 暖风器常见结构如图2-3所示。
热风出口
蒸汽进口
疏水出口
冷风进口
图2-3 常见暖风器管束示意图
从图2-3可见，锅炉暖风器传热管束沿空气流动方向由若干排组成; 在工作介质上, 管内工质为进口过热蒸汽、中间为饱和的蒸汽和凝结水、出口为水, 管内的工质温度不同; 管外工质为空气, 进口为冷空气, 出口为加热了的空气, 管外的工质温度不同。上述结构上的和工作介质上的特点造成了暖风器传热管束有两种热胀冷缩现象:一种是整体热膨胀, 由
管内工质温度引起; 另一种是管排间的热膨胀, 主要由管外空气进出口温度不同引起。在以前的结构设计上, 考虑了整体热膨胀, 但很少考虑管排间的热膨胀, 由于此热膨胀在结构上不能吸收, 导致在薄弱的焊缝处拉裂, 造成泄漏事故。可见, 解决泄漏问题的关键在于在结构上要有吸收上述两种热胀冷缩现象的结构措施。
2.3.2堵灰
锅炉暖风器堵灰现象一般分两种:一种是暖风器布置在空气预热器空气进口附近的垂直风道, 空气预热器传热元件上的灰掉落在暖风器管束上, 形成堵灰。这种情况一般发生在停炉维修期间, 只要暖风器同时维修, 清理干净就可以了。对于抽屉式暖风器, 在维修时将传热管束抽出, 就可以简单方便地清理掉这种堵灰。这种抽屉式暖风器目前已经成功地应用于某些电厂的600MW 、350MW 机组上, 维修十分方便。另一种堵灰现象一般发生在暖风器布置在送风机进出口附近风道上的场合。空气中的灰尘在流过暖风器管束时, 流速使其具有动量, 管束使流动方向改变, 发生动量改变, 形成冲力。此冲力与灰尘在管子表面上的黏附力相互作用, 当黏附力大时, 灰尘黏结到管壁上; 当冲力大时, 灰尘继续被空气带走。所以解决这种堵灰事故的措施是保证足够的流速, 使空气中灰尘的动量足够大, 灰尘碰到管壁上的冲力大于黏附力, 灰尘自然被空气带走, 这就是自清灰作用。
2.3.3水击
锅炉暖风器系统的水击问题一般也分两种情况, 一种是暖风器本体水击; 另一种是暖风器系统调节中的水击。暖风器本体水击问题可以从图2-4进行分析。由于疏水口不在暖风器的最低点, 暖风器内积水无法疏尽, 这些水过冷后又与热的汽水热交换, 反复混合, 对有些结构, 水击现象相当严重。另外在冬季, 锅炉停运时疏不掉的积水就结冰, 形成所谓的暖风器结冰现象。解决办法是在结构上达到完全疏水。暖风器系统水击一般发生在调节情况下, 由于暖风器的设计预期是在冬季低温情况下, 或者锅炉启动及低负荷运行排烟温度较低的情况下, 投运暖风器将空气温度提高后再送入锅炉空气预热器, 防止低温腐蚀。而冬季低温情况和锅炉启动及低负荷情况都是一个变化过程, 所以暖风器的运行负荷也应该是一个变化过程, 以便在控制低温腐蚀的情况下提高机组运行效率, 降低发电煤耗。但由于系统选择不当, 使得暖风器系统不可调, 所以在调节时便发生水击。采用出口侧调节的暖风器
系统流程见图2-4。采用出口侧调节的暖风器系统在加热蒸汽进口母管上设有电动调节阀，在暖风器的进口管道上设手动调节阀，在出口管道上设电动调节阀及旁路管道。在发电机组正常运行时，进口管道上的调节阀全开，通过调节出口调节阀，控制加热蒸汽流量。采用出口侧调节的暖风器系统运行可靠，可较好地避免水击等引起的振动，调节性能较好。通过调节出口调节阀，可以调节加热蒸汽流量，充分利用加热蒸汽与一二次风的温差，提高热利用率，使得对较低品位蒸汽的利用成为可能，从而改善发电机组的热经济性。
图2-4暖风器控制系统示意图
采用进口调节的暖风器系统流程见图2-4。采用进口调节的暖风器系统在进口设有电动调节阀及旁通管道，通过调节进口阀门可调节加热蒸汽流量，从而调节锅炉排烟温度。
在低负荷情况下，不但引起水击，导致振动，而且易使调节失灵，影响暖风器正常运行。
2.3.4疏水不畅
1. 暖风器疏水管道冻结造成疏水不畅
在冬季低温环境下长时间运行，极易造成部分回水管道结冰，进而造成管道膨胀破裂。另外，由于部分管道冻结使本来就不畅的疏水管道振动加剧，对疏水管道阀门法兰造成更大的破坏，致使暖风器最终无法正常工作而被迫解列。
2. 暖风器疏水箱疏水调门工作不正常
暖风器正常运行时，必须保证疏水箱具有规定的正常水位，水箱水位靠疏水泵出口自调阀进行控制。其开度大小控制出水量从而控制水箱水位高低，二者之间是差压式水位计根据疏水水位静压差变化，通过热工导管将信号传递给变送器，经微处理后传递给自调阀与设定值相比较进行回路控制。由于冬季环境温度低，热工导管没进行有效的保温措施常被冰冻，无法传递差压变化，使自调机构无法进行正常工作，从而使水箱水位无法保证。 出现水箱满水或低水位现象，若发现不及时，情况严重时可导致疏水泵打汽或疏水箱冰冻的现象。
2.4 电厂暖风器的设置和选择
2.4.1暖风器的设置
暖风器可设置在风机入口，也可设置在风机出口，这需要根据环境条件、风道布置等因素通过技术经济比较确定。当地处高寒地区，环境温度低于风机所允许的风温要求时，暖风器应装在风机入口。同时应使在任何环境温度时都能保证冷风温度高于风机允许的温度如-25℃。考虑到暖风器有可能出现故障泄漏，可以将暖风器的进汽和疏水一般都由数片并联组成系统分开，以便在部分暖风器故障切除时，尚有部分暖风器运行，使进人风机的风温不致过低。
2.4.2暖风器的布置形式及暖风器面积选择遵循的原则
暖风器的布置形式可根据电厂风道情况来进行选择：风道水平布置时，可选用Ⅰ型或Ⅲ型暖风器，风道垂直于地平时可选用Ⅱ型暖风器。暖风器的布置图如图2-6所示。
1、暖风器的进风温度取当地的冬季采暖温度（例如乌鲁木齐地区为-25℃），出口温度取用锅炉设计要求的冷风温度（例如20℃），风量为锅炉MCR 时的冷风量。
2、暖风器的加热蒸汽参数取用汽轮机抽汽或经过减压减温后的蒸汽参数，并考虑管道的压降。由于暖风器利用的主要是蒸汽凝结时的潜热, 因而，加热蒸汽的过热度不宜过高。
3、在计算暖风器的面积时要留有20%—30%的裕度，以弥补制造和计算中出现的偏差。
4、暖风器的阻力（风侧）应加以控制（加大迎风面积或减少排数），以降低风机耗电。
图2-6 常见暖风器布置形式
2.4.3选择时需要核算的工况
暖风器选择计算时除应遵循上述基本原则外，同时需要对以下工况进行核算。 1、在极端最低环境空气温度时，暖风器中的温升能否满足空均壁温推荐值的要求。 2、在锅炉不同负荷下暖风器中的温升是否符合要求。
3、当部分暖风器故障时，在极端最低环境空气温度下暖风器出口风温能否满足风机的要求。
4、当机组低负荷、单台风机运行时，暖风器是否适用（阻力是否增加过多）。 如果以上条件不满足，应加大暖风器传热面积或通风面积。
2.4.4选择计算示例
下面是某电厂600MW 机组锅炉配套的暖风器选择计算结果。 1、选择计算
选择计算是以锅炉MCR 工况为基础进行的，其计算结果如表2-1。表2-1中所示的数值是一组暖风器，每台锅炉各设两组暖风器，分别装在每台风机的吸风道上。
2、校核计算
分别计算了在不同吸风温度及不同锅炉负荷时暖风器所能达到的升温能力。表2-2给出了锅炉设计所要求的暖风器温升值，它是根据冷端平均壁温的推荐值给出的。表2-3和表2-4分别给出了一次风和二次风暖风器所能达到的温升。即全部利用了暖风器的换热能力。表2-5给出了在锅炉不同负荷时暖风器风侧阻力值。
表2－1 暖风器选择计算结果
表2－2 锅炉设计要求的暖风器温 ℃
进 风 温 度
项目
-39
MCR
47 51 57 66 78
-26 35 39 46 52.5 65
-10 19 23 29.5 37 48.5
0 10 12.5 19 27 39
10 0 2.5 9 17 29.5
20 — — — — 19.5
30 — — — — 9.5
39 — — — — 0
锅炉负荷
90%MCR 70%MCR 50%MCR 30%MCR
锅炉负荷
锅炉负荷
表2－3 一次风暖风器的最大温升 ℃
进 风 温 度
项目
-39
MCR 90%MCR 70%MCR 50%MCR 30%MCR (单台风机)
56.5 57 62 70 56
-26 52.05 53 58 65 52
-10 47.5 48.5 53 39 47
0 44.5 45 49.5 55 44
10 — — — 51 41
20 — — — 47.5 38
30 — — — — 34
39 — — — — —
表2－4 二次风暖风器的最大温升 ℃
进 风 温 度
项目
-39
MCR 90%MCR 70%MCR 50%MCR (2台风机) 50%MCR (单台风机) 30%MCR (单台风机)
58 61 65 75 52 77
-26 54 57 60 70 46 71
-10 49 51.5 54.5 63.5 43 65
0 45.5 48.5 51 59.5 41 61
10 — — — 55 38 56
20 — — — — — —
30 — — — — — —
39 — — — — — —
表2－5 暖风器风侧阻力 Pa
90%MCR 70%MCR 50%MCR (2台风机) 50%MCR (单台风机) 30%MCR (单台风机)
535 416 302.5 — 577
209 178 113 325 107
— — — — 一次风超出计算范围 —
锅炉负荷
从上述各表中发现以下几个问题：
1、在低负荷时（50%MCR）按风机容量允许单台运行，但暖风器在锅炉50%负荷时不能满足所要求的温升需要，尤其一次风暖风器更明显。
2、在锅炉低负荷、风机单台运行时暖风器风侧阻力增加较多, 尤其一次风暖风器在50%负荷时，单台运行的计算流速已超过暖风器计算的流速范围, 阻力将急剧增加。
以上点说明, 虽然按设计工况选择的暖风器是合适的, 但在机组低负荷时暖风器的选型就不能满足要求了。为了解决这一问题应适当加大暖风器的传热面积和迎风面积，根据暖风器的型谱、风道尺寸通过比较后确定合理的暖风器选型，以保证在任何运行工况下都能满足锅炉运行的需要。
第三章 某电厂暖风器系统分析
某电厂八台600MW 亚临界燃煤发电机组都配装了由豪顿华工程有限公司制造的VN 型回转式空气预热器。该空气预热器为三分仓设计，通过有三种不同的气流，即烟气、一次风和二次风。烟气位于转子一侧，相对的另一侧分为一次风侧和二次风侧。自投产以来空气预热器都不同程度的发生过堵灰，导致限出力的发生，尤以二期（＃3、＃4机组）表现明显。究其原因与空气预热器一次风和二次风入口水平布置的暖风器不能正常投入有很大的关系，冬季由于暖风器泄漏频繁，致使空气中带水严重，吸附在波纹蓄热板上，通过烟气侧时使烟气中的灰黏附到蓄热板上，从而造成通流面积减小，空气预热器压差增大，换热效果变差，致使风机出力受阻，负荷受限，同时排烟温度升高，锅炉效率降低。另一方面阻力增大后，导致转子偏斜增大与径向和外环向密封发生碰磨，造成空气预热器电流增大和摆动。所以，本章将针对某电厂的3#机组送风机暖风器系统存在的问题进行分析研究。
3.1某电厂暖风器系统工作状况
为了提高进入空气预热器的二次风温度，以减少由于大量冷风进入空气预热器的受热面造成结露、积灰而产生腐蚀， 在二次风空气预热器进口处A 、B 侧各设置了一台暖风器。在机组启动阶段，暖风器以辅助蒸汽为热源，对二次风进行预热，在正常运行时应切至机组的四段抽汽。从辅汽母管或四段抽汽来的蒸汽通过位于暖风器进口的调节阀后进入暖风器A 、B ，疏水排至暖风器疏水箱，在通过暖风器疏水泵回收至除氧器。
3.1.1某电厂暖风器系统的组成
某电厂暖风器系统由翅片管、联箱、疏水箱等组成。
暖风器设置于送风机之后，采用卧式安装形式，与垂直于地面的风道应连接，二次风暖风器为7片并联为一台。暖风器由螺旋翅片管交叉排列，每层排列10根翅片管共4层。每排垂直布置4根Φ28×2无缝管，外绕1.2mm 厚、6mm 高、节距6mm 的翅片螺旋散热片。
联箱由两部分组成，蒸汽侧联箱和疏水侧联箱，蒸汽侧和疏水侧的开口在联箱的中段。 暖风器在锅炉中的位置如图3-1所示，首先送风机将二次风引入风道，然后由暖风器预先加热室外冷空气确保进入空气预热器的冷风温度在20℃以上，随后二次风通过空气预热器加热后送入炉膛
图3-1 二期暖风器系统图
在机组启动阶段，暖风器以辅助蒸汽为热源，对二次风进行预热，在正常运行时应切
至机组的四段抽汽。从辅汽母管或四段抽汽来的蒸汽通过位于暖风器进口的调节阀后进入暖风器A 、B ，疏水排至暖风器疏水箱，在通过暖风器疏水泵回收至除氧器。为了在投运暖风器的初期对暖风器进行充分的冲洗，设置了暖风器疏水直接排地沟的管路。暖风器投运时应先关闭疏水至疏水箱的回路，打开直接排地沟阀门，对暖风器和有关管道进行冲洗，防止暖风器内的杂质进入暖风器疏水箱。暖风器汽水系统图如3-2所示。
图3-2 暖风器汽水系统图
3.1.2
某电厂暖风器系统存在的问题
暖风器在该电厂实际运行中存在较多的问题，主要有： 1、暖风器系统振动大，甚至震断管路，无法正常连续投入。
2、暖风器本体内漏，造成空气预热器蓄热元件大面积堵灰，空气预热器出入口差压增高，送风机喘振、空气预热器电机电流摆动大，空气预热器跳闸，直接影响机组的安全稳定运行。
3、暖风器管排为错列布置，翅片高度为6mm ，节距为6mm 且呈曲线板缠绕在管上，当发生泄漏时，查找漏点及消除缺陷都很困难。
4、其联箱与蒸汽管的接口为平板开孔，从而造成疏水排口不是在联箱的最低部位，造成暖风器最下两排管疏水排放困难，甚至无法排出。
5、暖风器翅片管由于管路热膨胀发生弯曲，造成管内存水，冬季气温低，造成冻结管路，导致疏水不畅。
3.2暖风器系统问题原因分析
3.2.1 泄漏和堵灰的原因
二次风的最下一、二排供汽管倘若有了凝结水不能排出，而逐渐向管内聚集，产生水冲击，造成供汽管受到多种应力损伤而开裂，甚至破裂泄漏。
翅片管排位错列布置，翅片高度为6mm ，且为曲线板紧固（非高频焊接），当发生泄漏，查找漏点及消除都很困难。造成大量凝结水流失，增加了锅炉补水量，直接影响全厂的经济性、安全性，为此必须进行有针对性的改造暖风器系统工作。
实际情况下锅炉燃烧的所有燃料几乎都含有硫。燃烧过程中燃料中的大部分硫都转变为二氧化硫，但仍有1～5%的硫转变为三氧化硫。三氧化硫与烟气中的水蒸气反应，在换热元件表面形成一层硫酸膜的最高温度成为烟气的“酸露点”。当换热元件壁温低于露点温度时，硫酸蒸汽就会凝结在壁面上腐蚀换热元件，并不断粘结飞灰，堵塞通道，降低换热元件换热效率和使用寿命，影响空气预热器的安全经济运行。
因暖风器故障产生的水汽泄入会提高烟气的露点，加以燃料未燃颗粒的带入会进一步加速换热元件的腐蚀。防止换热元件的快速腐蚀，对发生泄漏的管路应及时修复，并保证尽可能高的燃烧效率。
3.2.2 系统振动的原因
某电厂3号炉设有2 台型号为ANN2660/1400、50%容量、定速、电动、动叶可调轴流式送风机。
1、轴流风机的特点
运行效率高，易损件少，维修简单，结构简单，供气均匀，运转平衡，气量控制的变化范围广，经济性能好。
2、喘振发生时, 具有以下明显特征：
(1)送风机的出口压力和入口流量大幅度变化, 有时还可能产生气体倒流现象。 (2)管网有周期性振荡、振幅大、频率低。
(3)风机振动强烈，机壳、轴承均有强烈振动，并伴有周期性的吼叫声。 (4)电机电流大幅下降。
喘振发生时，会使轴瓦破坏，轴发生位移，转子与定子产生磨擦、碰撞、损坏机器，喘振是轴流风机的最大威胁，同时也是其固有特性。
3、喘振产生的原因
流量Q
图3-3 喘振现象发生的机理
喘振现象可用图3-3来进行分析。因风机在大容量管路中工作，设外界需要的流量为Q A ，此时管路特性曲线和风机的性能曲线相交于A 点，该点管路消耗的能量与风机产生的能量达到平衡，因此风机运行是稳定的。当外界需要的流量增加至Q B 时，工作点向A 的右方移动至B 点，此时风机运行仍然是稳定的；当外界需要的流量减小为Q L 时，风机工作点向A 的左方移动至E 点；当外界需要的流量进一步减少至Q K 时，此时风机对应的工作点为临界点K 点，K 的左方即为风机不稳定工作区。
如果外界需要的流量继续减小到Q
重新开始输出风量。由图3-3驼峰性能曲线可知，为了和管路中的阻耗相平衡，相应的工况D 点又跳到E 点。只要外界所需的流量保持小于Q k ，上述过程又重复出现，即发生喘振。如果这种循环的频率与系统的振荡频率合拍，就引起共振，造成风机及风道的损坏。
某电厂3号炉送风机就是由于长期在不稳定工作区工作而引起前述事故的。从理论上讲，喘振发生应具备以下3个条件:(1)风机具有驼峰形性能曲线，并在不稳定工况区运行;(2)管路中具有足够的容积;(3)整个系统的喘振频率与机组旋转频率重合，发生共振。
2005年送风机出现多次喘振，经过分析, 随着时间的增加, 喘振间隔时间越来越短, 送风机喘振时的负荷越来越低, 风道阻力越来越大, 其工作点有多次偏离稳定区而接近临界点。根据运行记录参数发现, 送风机出口通道有堵塞现象, 造成通道阻力增大, 使送风机在增加负荷时, 不是在设计的稳定工况点工作, 而是随着负荷的增加逐渐偏离稳定区。当负荷增加越大时, 送风机的工作点越接近临界点, 达到一定程度时送风机就发生喘振。
因此, 送风机通道阻力增加是送风机喘振的真正原因, 而通道阻力增加的原因可能是空气预热器或暖风器有堵塞现象，或是风道内部结冰堵塞风道。由于暖风器的凝结水泄漏到风道内部结冰堵塞风道。经过分析确认, 送风机喘振的原因是暖风器的凝结水泄漏到风道内部结冰堵塞风道, 使送风机运行工况严重偏离运行工况。因此, 从设计上应考虑环境对送风机的影响, 采取确实可行的措施, 机组运行中加强运行检查, 进行必要的有关参数测试, 例如送风机出口风压等, 送风机喘振是可以避免的。
3.2.3 疏水不畅的原因
二次风与一次风暖风器比较，一次风的供汽管长度为3200mm ，二次风的供汽管长度5430mm ，而一次风的风量只有88.4kg/s，二次风量248.4kg/s，由于二次风量是一次风量的3倍，管路又长1.68倍。在供汽温度相等的条件下，换热量差2—3倍，因此二次风供汽管的尾部可能低于凝结点而形成水。
暖风器入口联箱与蒸气管的接口为平板开孔，其疏水管位置又不在最低，造成下两排管排放水很困难，甚至无法排出。
3.2.4入口温度低、效率低的原因
暖风器在该电厂的运行过程中，经常出现各种故障，不能够正常投入使用，有时由于管路振动大，甚至振断管路，从而导致大量蒸汽泄漏，暖风器的换热能力降低，进入暖风器的二次风得不到充分的加热，空气预热器的入口温度较低，达不到锅炉设计的额定温升要求，以致锅炉效率有所下降。
某电厂暖风器在运行的过程中存在较多的问题，一直无法正常投入使用，致使其效率下降，成本上升，经济性较差。通过对暖风器所存在的问题进行研究分析，找出了其原因所在，症结所在，这对下一步提出改造建议，预防暖风器再次出现故障做了一个很好的铺垫。
第四章 某电厂暖风器系统改造建议
通过具体的研究分析，以及参考各种资料，对某电厂暖风器系统提出改造建议, 且对暖风器进行设计校核计算，并设想了改造方案实施后的效果。
4.1某电厂暖风系统改造建议
根据某电厂3#机组暖风器运行中实际存在的问题，初步提出三种改造方案： 一、更换暖风器
1、重新进行暖风器结构设计；
2、重新核定暖风器加热空气所需换热面积，增强换热能力；
3、暖风器翅片管翅片采用高频焊接，并在管束中间多加横梁，有效的防止翅片脱落以及管束的弯曲断裂；
4、根据风道内实际安装位置对暖风器做倾斜布置，将疏水侧联箱标高降低，这样以利于疏水流动，并改进疏水联箱放水点，使其置于最低点，这样可以尽量避免在疏水联箱底部造成积水。
5、在疏水管路中增设三台大流量疏水泵，且调节阀由进口蒸汽侧改为出口疏水侧，有以便及时将疏水箱中的疏水排出，进一步消除汽水共存状态；
6、将暖风器侧面的弯管焊点布置于风道外，避免风道内的恶劣环境，防止管束的从焊点处破裂；
二、分体式热管暖风器。
热管式一种高效的传热元件。它依靠管内工质的沸腾和凝结来传导热量，其换热系数很高、热阻极小。其工作原理为：烟道内热管中的水吸收管外烟气热量汽化为蒸汽，蒸汽通过导汽管引入风道内热管，在风道中放出热量变为凝结水，再通过导管流回烟道内的热管，如此完成整个循环。热管式暖风器设计成3组不等螺旋鳍片管的受热面，管采用顺列布置，分体式结构。烟道内的迎风受热面、汽和水导管及热管联箱加装防磨装置。分体式热管暖风器的结构如图4－1所示。
在锅炉乙侧空气预热器下方烟道内，沿烟气流向布置8排倾斜25°的热管，共有24片热管组；在乙侧空气预热器下方的送风道内，沿空气流向布置4排倾斜10°的热管，共
有12片热管组；其中烟道内每两片组件与风道内的一片热管组件分别通过两根导汽管和1根凝结水管相连, 构成一个独立的循环回路系统，共计有12组独立循环系统。烟道内的热管管组布置高度低于风道内的热管管组，以利于循环。
图4-1 分体式热管暖风器的结构图
分体式热管暖风器在锅炉启动前进行投运调试。
(1) 热管式暖风器安装前进行酸洗处理，安装完毕后进行冷态检查和验收，然后分回路进行大流量除盐水冲洗, 直至合格。
(2) 将热管式暖风器各组受热面注满水，进行0.8MPa 水压试验，合格后进行彻底放水，放水过程中对各组热管的容积进行计量，以便准确掌握充入暖风器管内水的数量。
(3) 热管内工质的注入，开启各组受热面排污阀门和空气阀门, 利用机组除氧器0.7MPa 的饱和水对各回路进行静压供水，直至各组热管空气阀门出水后，关闭所有排污阀门和空气阀门，然后分别开启各组热管的排污阀门依次进行放水，每组受热面放水量为总容积的50%，热管放水操作过程中严禁空气进入热管内。其办法是:开启该回路排空气阀门及排空气联箱来汽阀门，利用厂公用蒸汽联箱中0.6MPa 的过热蒸汽对各回路顶压放水。放水至计量确定容积后, 关闭回路空气阀门及排污阀门。
按上述方法对12组循环回路进行同样操作后，热管暖风器进入备用或运行状态。 三、新型锅炉暖风器及其自动控制装置
新型锅炉暖风器采用疏水侧控制技术，保证暖风器内汽水分层、压力稳定，合理地解决了水击问题，无论机组负荷和外界温度如何变化，都能将锅炉冷端壁面温度自动控制在一定的温度，在控制锅炉低温腐蚀的同时能有效节能。
国内外常规设计中锅炉暖风器都采用进口蒸汽侧设置调节阀的方式，设想对暖风器出力进行控制，由于水击等因素，实际上在运行中无法控制，蒸汽调节阀形同虚设。简化了的原常规设计暖风器热力系统见图4－2(省略了与调节无关的有关管道的手动截止阀) 。
图4-2 原常规设计中采用的暖风器热力系统示意图
简化了的新型暖风器热力系统见图4-3(省略了与调节无关的手动截止阀) ，其中疏水调节阀采用了自动控制气动调节阀。同图4-2相比, 图4-3所示系统的特点在于调节阀设置到了暖风器出口的疏水侧，由于暖风器内充满了蒸汽和冷凝水，压力稳定，且汽水分层非常清楚，避免了压力波动引起的水击。
图4-3 新型暖风器热力系统示意图
新型暖风器具有如下特点：(1)暖风器壳体采用14号热压槽钢加强, 同时在暖风器进、出口采用内部加强筋结构，保证具有足够的刚性以解决风道系统振动问题；(2)暖风器传热管束采用∪型结构，很好地解决了热膨胀问题，从而解决了传热管焊缝由于热应力拉裂造成泄漏的问题；(3)暖风器采用抽屉式结构，传热管束可从暖风器侧面抽出，便于检修；(4)暖风器控制方式采用了图4-3所示的疏水侧设置调节阀的方式。
综合分析比较以上三种方案，在第一种方案的基础上，结合其他方案的优点，提出以下建议：
1、重新进行暖风器结构设计，采用在送风机入口风道前增加一级立式暖风器。在送风机风道设置分级布置形式，使得二次风在进入送风机前经立式暖风器预热、再经卧式暖风器将二次风加热到空气预热器入口要求风温，以减小冷热温压；
2、立式暖风器采用抽屉式暖风器，预留检修空间，便于维修、清灰，有效的防止暖风器堵灰；
3、重新核定暖风器加热空气所需换热面积，增强换热能力。
4、暖风器翅片管翅片采用高频焊接，并在管束中间多加横梁，有效的防止翅片脱落以及管束的弯曲断裂；
5、根据风道内实际安装位置对暖风器做倾斜布置，将疏水侧联箱高度降低，这样以利于疏水流动，并改进疏水联箱放水点，使其置于最低点，这样可以尽量避免在疏水联箱底部造成积水。
6、在疏水管路中增设三台大流量疏水泵，以便及时将疏水箱中的疏水排出，进一步消除汽水共存状态；
7、將调节阀由进口蒸汽侧设置为出口疏水侧，且采用自动控制气动阀；
8、将暖风器侧面的弯管焊点布置于风道外，避免风道内的恶劣环境，防止管束的从焊点处破裂；
9、在机组运行过程中尽量避免水击的产生，进而避免暖风器系统的振动。
4.1.1某电厂暖风系统设计计算
暖风器在电厂中得到广泛应用，而且其工作性能的优劣直接影响整个装置或系统综合性能的好坏，因此暖风器的合理设计极其重要。校核计算是暖风器的具体结构已知，流量和某些运行参数也已知，要求核定另一些运行参数或传热量。实际上两种计算所依据的原理完全一致，而且在暖风器设计中往往是先设计初选结构，然后再校核计算对初选结构的进行核定，两种计算是并用的。暖风器的结构为蒸汽合并，空气串联，设计参数如表4-2所示。
表4-2 暖风器参数
名称
空气量 空气压力 空气入口温度 空气出口温度 加热蒸汽压力 加热蒸汽压力
入口压力下蒸汽温度 加热蒸气温度 空气侧设计压力 空气侧设计温度 蒸汽侧设计压力 蒸汽侧设计温度
符号
单 位
结果
Gt Pt
t t '
m /s
3
t t '' Ps Ps
t H t s
Ata ℃ ℃ MPa Ata ℃ ℃ KPa ℃/℃ MPa ℃
255.29 1.03 -25 20 0.8 9 175 250 5
-30/30 1.2 300
一、立式暖风器
1、翅片管 共四组，每组17排⨯3组，共计翅片管204根，翅片管规格为20#
φ32⨯3mm 加δ=1.2mm , t =12mm , h =20mm 的翅片，长为7256/7176mm
其中：δ──翅片厚度，mm t ──翅片节距, mm h ──翅片高度，mm 2、传热面积F 1
按翅化比β为4.0计，则传热面积为F 1=600m
β──翅化比是指光管表面（基管表面）在加装翅片以后表面积扩大的倍数，即 β=（原光管外表面积）/（翅片管总的外表面积） 3、空气通道面积A 1
空气通道面积=风道面积-风道中暖风器光管面积-风道中暖风器翅片面积 A 1=7.2⨯5.4-4⨯17⨯0.032⨯
7.20.0132
2
2
⨯0.012-0.0012⨯0.02⨯2⨯4⨯17⨯
7.20.0132
=38.88-14.24-1.78=22.86m 4、空气流速V 1
V 1=
G t 317.07==11.17（m/s） A 122.86
二、卧式暖风器 1、翅片管
共14组，每组17排⨯4列，共计翅片管952根，翅片管规格为20#
φ32⨯3mm 加δ=1.2mm , t =12mm , h =20mm 的翅片，长为5700/5400mm
2、传热面积F 2
按翅片化比β为4.0计，则传热面积为F 2 =2067m 2 3、空气通道面积A 2 A 2=5.4⨯9.2-7⨯17⨯0.032⨯
0.012⨯5.40.0132
-0.0012⨯0.02⨯2⨯7⨯17⨯
5.40.0132
=49.68-18.694-2.337=28.549m 4、空气流速V 2
2
317.07G t
=13.87（m/s） V 2= =
28.649A 2
4.1.2某电厂暖风系统校核计算
校核一个暖风器，意味着评价一个完全确定的暖风器的传热和流体力学性能。校核计算的结果，是判断设备在要求的负荷和遵守其它设计条件下的性能。对于暖风器而言，主要是保证其换热面积要有足够的余量，一般要求暖风器的换热面积余量为20%～40%。这样才能满足其在极端条件下保证将空气加热到空预器要求的入口温度。这里我们采用经验公式法来校核暖风器。暖风器的校核参数如表4-3所示。
表4-3 暖风器的校核参数
名称
空气密度
空气质量流量 空气比热 空气吸热量
空气波朗特长 空气导热系数 空气粘度系数
立式暖风器空气雷诺数 卧式暖风器空气雷诺数
符号 单 位 Rt Gt Cp Q Pr
Kgf/m2 kgf/s
公式
计 算
10⨯M ⨯P 10⨯29. 96⨯1. 03848⨯T 848⨯(273+20)
结果 1.242 317.07 1.01 14410 0.72 0.021 0.0000133 26875
21437
KJ/(Kg⨯℃) Kcal/s
G T ⨯C p ⨯
255.29⨯1.242
λt
Kcal/(m2⨯h ⨯℃)
(t t ''-t t ')
317.07⨯1.01⨯[20-（-25）]
γt
Re t 1 Re t 2
V 1⨯d
γt
V 2⨯d
γt
由经验公式：F =1、计算传热系数K
K= 13.6⨯V 0.49 （4-1） 式中：V ──空气流速, （m/s） 立式暖风器
Q ⨯3600来计算换热面积, 求换热面积余量。
K ⨯(t H -11)
K 1= 13.6⨯V 10.49=13.6⨯13.87卧式暖风器
0.49
=42.39 Kcal/(m
2
⨯h ⨯℃)
K 2=13.6⨯V 20.49=13.6⨯11.070.49=41.17 Kcal/(m2⨯h ⨯℃)
2、空气温升分配Δt
立式∆t 1： 温度由-25℃→-14℃ 所以： ∆t 1=11℃ 卧式∆t 2： 温度由-14℃→20℃ 所以： ∆t 2=34℃ 3、空气吸热量 Q
3441.8
⨯11=841.33 Kcal/s 453441.8
卧式 Q2=⨯34=2600.47 Kcal/s
45立式 Q1=
4、传热面积F 立式F 1=
Q 1⨯3600841.33⨯3600
==367.4 M2 （4-2） " '
t -t
) K 1⨯(t H -12) 42.39⨯(175-
22
t 1'──空气进入立式暖风器前的温度，℃ t ''──空气经立式暖风器加热后的温度，℃
卧式F 2=
Q 2⨯36002600.47⨯3600
==1433 M2 ) K 2⨯(t H -22) 41.17⨯(175-
22
5、传热面积余量 ψ 立式ψ1=卧式ψ2=
[F 1]-F 1600-367.4
==63%
367.4F 1
[F 2]-F 22067-1433==44% F 21433
结论：经传热核算，完全满足设计要求，且裕量较大。
4.13使用暖风器对锅炉热效率的影响
暖风器的采用对锅炉热效率产生了两方面的影响：由于锅炉排烟温度升高，引起锅炉热效率的降低；由于一二次风温度提高，引起锅炉热效率的提高。暖风器投运后，锅炉热效率变化量△η的计算式：
式中△η——暖风器投运后，锅炉热效率变化量
△η1-—暖风器投运后，锅炉排烟温度升高引起的锅炉热效率的减小量，为负值 △η2——暖风器投运后，一二次风温度升高，引起的锅炉热效率增加量，为正值 △t3——空气在暖风器中的温升，℃ K——排烟温度每变化1℃的热损失修正系数 △t1——空气预热器进出口烟气温差，℃
△t2——空气预热器进口烟气与进口空气温差，℃
q ——单位燃料燃烧热量所对应的暖风器传热量，kJ/kJ η——暖风器未运行时锅炉的热效率 β——空气预热器入口处的过剩空气系数 W ar ——燃料的收到基水分 R——燃料的低位发热量，kJ/kg
某670MW 发电机组，采用超临界锅炉，设计燃料为烟煤，最大连续蒸发量为2150t /h，过热器出口蒸汽温度为571℃。燃料低位发热量为20.58MJ/kg，收到基水分为8.4%，过剩空气系数取1.3，锅炉额定热效率为93.6%。空气预热器的烟气进口温度取375℃，空气进口温度取9℃，排烟温度(无暖风器时) 取125℃。暖风器温升取30℃，K=0.54×10-3。由式计算得，△η1==1.11%，△η2=0.09%。计算得，暖风器对锅炉热效率的影响结果为-1.02%，即暖风器的投运将使锅炉热效率降低1.02%。
由以上计算可知，因一二次风温度提高引起的锅炉热效率提高值小于因锅炉排烟温度升高引起的锅炉热效率降低值。因此，采用暖风器通常会导致锅炉热效率的降低
4.2 暖风器改造后达到的效果
在暖风器存在暖风器应用中主要存在以下问题：
① 有些发电厂在运行一段时间后，实际燃用的煤种与设计燃用的煤种有较大变化，引起排烟温度明显升高而不需暖风器运行，或是暖风器运行后堵塞严重。这时，往往将暖风器旁通处理，以保证整个发电机组的正常运行。
② 疏水不畅，有振动现象。暖风器疏水不畅、管道振动的原因是多方面的，主要有：系统设计不合理，不能保证疏水通畅，造成疏水局部聚集，产生水击引起振动；暖风器的泄漏和不凝结气体的存在，使得暖风器出口易形成两相流动，引起振动；设备和管道布置考虑不周，造成局部聚集不凝结气体；暖风器疏水口位置设计合理。
③ 对于设置疏水箱的暖风器系统，因疏水箱容量选择偏小，造成水位调节不灵敏甚至无法调节，疏水泵无法正常投运，凝结水得不到有效利用。
④ 暖风器泄漏。暖风器泄漏主要是由于管排间受热不均，频繁的热胀冷缩造成焊缝开裂。长期停用造成管道局部腐蚀，在检修时未做处理，再次投运后也易发生泄漏。故在设计时，能将这些问题克服，经过改造后，可达到下列效果：
（1）基本消除汽水管路振动及暖风器振动泄漏，满足机组冬季运行的要求。 （2）基本满足入口空气温度达到20℃以上的要求，提高效率。
（3）能避免空预器结露、腐蚀和堵灰，有效防止风机喘振的发生，延长设备使用寿命，避免机组降出力事件发生。
（4）降低暖风器管束噪音和减小空气流经暖风器阻力，降低能耗。
（5）减少泄漏概率节约检修维护成本；减少汽水损失节约能源，提高机组可靠性。
结论
经过本次毕业设计，我掌握了一些关于电厂暖风器系统的组成、流程、运行工况等知识，并且对某电厂暖风器进行了分析，结合各种资料， 提出了一些改造建议，但是由于时间仓促，条件限制，设计还存在一些欠缺。同时经过对某电厂暖风器改造分析与建议的课题，结合资料，对暖风器系统改造应注意的问题提出了三点建议：
1、根据北方天气特点，在秋冬季节要保证空气预热器入口风温在设计值范围，以避免转子冷端受热面上产生低温结露而粘结灰尘。建议暖风器正常投运，以提高入口风温。
2、暖风器运行过程中必须加强对锅炉燃烧的控制，防止堵灰现象出现。
3、暖风器的维护和改造，减少暖风器运行中的泄漏。在做课题的过程中，发现很多电厂的暖风器存在问题，以致秋冬季节暖风器多数都不投运。这会引起空气预热器受热面积灰加剧，如果处理不及时，会形成传热元件严重堵灰现象，增大空气预热器漏风率。建议有条件企业要适时对暖风器进行改造，提高其投运率。
致谢
经过近三个月的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一名专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，想要完成这个课题设计是难以想象的。本论文凝聚了代元军老师的辛勤汗水，是他精心指导并无私的帮助和支持，才使我的毕业设计顺利完成，在此向代老师表示由衷的谢意。老师严谨的治学态度，渊博的知识，宽广的思维，诲人不倦的言传身教使我收益匪浅，顺利地完成了学业。通过这次毕业设计的制作，使我知道了怎样把理论与实际结合起来，怎样运用书本里面的基本知识并加以扩展。
在这我还想特别感谢孙玉新老师对我的帮助。
其次还要感谢大学三年来所有的专业老师，为我们打下机械专业和热能动力知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。
最后感谢新疆工业高等专科学校三年来对我的栽培。
参考文献
[1] 曹勇, 李佩举. 锅炉热风再循环系统及暖风器的设置条件. 吉林电力.2001,(3)：
[2] 孙为民，杨巧云编. 电厂汽轮机. 中国电力出版社.2008
[3] 苏盛波, 赵敏. 国产首台600MW 机组锅炉暖风器系统在运行中存在的问题及解决的
措施. 黑龙江电力.2000
[4] 王美霞, 周强泰，刘存芳. 某电厂670t/h锅炉暖风器改造方案. 锅炉技术.2004
[5] 田子平. 发展循环硫化床锅炉的几个关键技术问题. 能源信息与研究.1996
[6] 李晓乐. 工程热力学. 北京：水利电力出版社. 1998
[7] 江亿. 我国建筑耗能状况及有效的节能途径. 暖通空调.2005
[8] 唐莉萍. 热工基础. 北京：中国电力出版社. 2006
[9] 蒋汉文主编. 热工学. 北京：高等教育出版社. 1994
[10]黄福赐. 工程热力学原理和应用. 北京：电力工业出版社.1982
[11]贺平，孙刚编. 供热工程. 中国建筑工业出版社.2000
[12]周菊华. 锅炉设备. 北京：中国电力出版社. 2006
[13]张永涛. 锅炉设备系统. 北京：中国电力出版社. 1998
[14]范丛振. 锅炉原理. 北京: 水利电力出版社. 1998
[15]黄新元. 热力发电厂设计. 北京：中国电力出版社. 2004
[16]孙玉民. 电厂热力系统与辅助设备. 北京：中国电力出版社. 2004
[17]史德安, 王顺启，王浩. 暖风器运行参数对机组运行经济性的影响. 热力发电
厂.2008
[18]林万超. 火电厂热系统节能理论. 西安: 西安交通大学出版社.1994