引言新疆准东煤的探明储量高达2 000亿t，出产煤炭大部分用于燃烧发电。准东煤具有高水分特性，提高了对煤粉锅炉制粉系统干燥出力的要求，锅炉额定负荷下空气预热器出口热一次风温度应高于360 ℃。准东煤灰成分中，Na2O、CaO等碱性氧化物含量高，煤灰具有一定的黏附性[1]。碱金属和黏性飞灰易导致脱硝反应器脱硝效率降低，造成过量喷氨；氨逃逸会加剧空气预热器堵塞问题[1-3]。新疆准东地区地处戈壁滩，火电机组几乎全部配置间冷塔。不同季节天气气温变化较大，煤耗和冷一次、二次风温度波动幅度大。准东地区煤粉锅炉空气预热器运行工况较差，容易发生堵塞问题，导致机组限负荷运行，制约发电机组节能减排。闫顺林[4]等通过数值模拟研究回转式空气预热器的三维温度场，沿空预器旋转方向的受热面温度先升高后降低，二次风区降低幅度大于一次风区降低幅度，硫酸氢铵沉积危险区域主要集中在冷段和热段交界处。陈珣[5]等基于有限差分法建模，计算1台600 MW机组空气预热器的流体和金属温度场分布，分析转速对三分仓回转式空气预热器热力性能的影响。丛星亮[6]等通过试验研究空气预热器出口烟气温度及氧含量分布特性，发现电厂12台空预器两侧的烟温偏差均不超过30 ℃。国内外已有文献主要聚焦于空预器堵塞问题研究以及空气预热器内流体和金属温度场的模拟计算。旋转参数对回转式空气预热器实际运行性能的影响尚未见报道；大型机组单列布置的空气预热器运行性能鲜见报道。围绕660 MW机组锅炉配置单列空气预热器两侧排烟温度偏差大、冷端易堵塞、热一次风温度偏低的问题，开展分析研究并提出解决方案，通过实践检验空气预热器旋转参数的优化效果。1设备概况某厂2×660 MW机组锅炉（型号：DG1979/28.25-Ⅱ12）为超超临界参数变压运行直流炉。锅炉设计煤种和实际燃用煤种均为准东煤。煤种煤质参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.010.T001表1设计煤种和实际煤种煤质参数项目设计煤种实际煤种全水分/%27.2027.43空干基水分/%16.819.07收到基灰分/%5.929.24可燃基挥发分/%31.4331.39全硫/%0.600.35发热量/(MJ/kg)18.7917.69锅炉空气预热器采用单列设计，配置一台HOWDEN公司设计生产的35VNT2350型三分仓旋转式空气预热器。空气预热器热端采用厚0.5 mm、深1.2 m的低碳钢，冷端采用厚1.05 mm、深1.15 m的镀搪瓷脱碳钢。在空气预热器的入口烟道和出口烟道分别配置半伸缩式蒸汽吹灰器。单台空气预热器换热元件传热总表面积（双侧）为237 532 m2。空气预热器结构如图1所示。设计工况下，烟气向下流动，空气向上流动，旋转方向为俯视顺时针转动（换热元件依次经过烟气、二次风、一次风通道）。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.010.F001图1空气预热器结构2问题研究与解决方案2.1空气预热器运行现象机组投入商业化运行阶段，空气预热器烟气侧进出口差压持续增大，约6个月后超过2.5 kPa（90%BMCR以上负荷），表明空气预热器易发生堵塞。空气预热器左、右侧排烟温度的偏差较大，超过45 ℃。600 MW发电负荷下，左侧排烟温度低于135 ℃，右侧排烟温度接近180 ℃。空气预热器排烟温度约155 ℃，大幅度高于周边电厂。锅炉设计燃用准东煤。设计额定工况下，空气预热器一次风温升幅度为297.5 ℃。实际运行中，空气预热器一次风温升幅度低于260 ℃，空气预热器出口热一次风温度低于330 ℃，导致锅炉高负荷下磨煤机出口的风温度低于60 ℃，煤粉管存在断水堵塞风险。2.2理论分析电站锅炉在空气预热器上游装设选择性催化还原脱硝反应器，总体喷氨量、氨逃逸量过高容易导致硫酸氢铵的形成和黏附，是空气预热器堵塞的根本原因[7-9]。准东煤飞灰具有较高的黏附性，容易堵塞催化剂，灰中碱金属可能导致催化剂加速失活，高比例燃用准东煤的锅炉更容易发生脱硝效率低、氨逃逸量过大的问题，导致空气预热器冷端堵塞[1]。空气预热器的冷端温度是影响堵塞程度的重要因素[9-11]。文中机组空气预热器排烟温度存在较大偏差，低温侧排烟温度为126~132 ℃，在排烟温度偏差作用下，空气预热器的冷端温度过低，加重冷端换热元件堵塞。机组单列空气预热器尺寸较大，转速仅0.6 r/min，烟气侧和空气侧均可能存在换热元件过度换热的情况。换热元件进入空气侧前被热烟气持续加热，转速慢导致换热元件加热时间过长，整体升温程度过大，换热元件与烟气在接近空气侧的区域的温差过小，对流换热速率降低，换热元件对烟气的冷却作用被限制，导致该侧区域排烟温度高。同理，换热元件重新进入烟气侧时，因转速过慢被空气过度冷却，换热元件整体温度过低，对烟气的冷却作用过强，导致烟温降低幅度过大，易引起硫酸氢铵黏附。结果推测空气预热器转速低是两侧排烟温度偏差大的重要原因。三分仓空气预热器先加热二次风再加热一次风以及空气预热器堵塞大幅度均会限制一次风侧的换热能力，导致热一次风温无法满足煤粉干燥需要。因此，三分仓空气预热器的设计转向严重制约热一次风温提高。入厂准东煤（天池能源南露天矿）的全水分高达30%，适应准东煤高水分特性的热一次风温度应高于360 ℃。为了防止空气预热器排烟低温侧冷端综合温度过低（设备说明书的限制值为195 ℃），必须大幅度增加暖风器蒸汽流量，提高暖风器空气侧的出口空气温度，直接导致空气预热器排烟温度整体升高，不利于发电机组节能降耗。机组空气预热器设计的转速和转向对准东煤的适应性不佳，对控制空气预热器堵塞及降低排烟热损失不利。2.3解决方案（1）改变空气预热器转向，使其先加热一次风，能够显著提高制粉系统干燥出力，更好地适应准东煤的高水分特性。（2）将空气预热器的转速由0.6 r/min提升至1.0 r/min，抑制烟气侧和空气侧过度换热导致的排烟温度偏差过大问题，进而缓解低温侧换热元件堵塞问题。具体实施过程中，主要改造内容为更换大功率驱动电机，通过接线控制电机转向与原转向相反。方案可行性得到空气预热器原供货方确认，最终顺利实施。3工程应用结果3.1旋转方向对热一次风温度的影响技术改造完成6个月内，持续统计并分析空气预热器的运行参数。锅炉90%BMCR以上负荷情况下，改造前、后热一次风温度如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.010.F002图2改造前、后热一次风温度由图2可知，改造前，空气预热器冷端堵塞严重且先加热二次风，热一次风温度仅316.7 ℃；改造后，热一次风温度提高至368.5 ℃，提高幅度超过50 ℃，磨煤机出口风粉温度提升至约68 ℃。运行情况显示，改造方案能够较好地满足制粉系统干燥出力要求。3.2旋转速率对排烟温度偏差的影响探究高负荷（高于90%BMCR负荷）、中负荷（大于75%且小于90%BMCR负荷）、低负荷（小于50%BMCR负荷）条件下改造前、后的排烟温度，如图3~图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.010.F003图3高负荷条件下改造前、后的排烟温度10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.010.F004图4中负荷条件下改造前、后的排烟温度10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.010.F005图5低负荷条件下改造前、后的排烟温度由图3可知，1号机组将空气预热器转速由0.6 r/min提升至1.0 r/min，高负荷左、右侧排烟温度偏差由46.5 ℃降至30.7 ℃，偏差缩小幅度超过15 ℃。仅改变空气预热器转向、转速维持0.6 r/min时，2号机组高负荷运行时的两侧排烟温度偏差仍高于45 ℃。由图4、图5可知，中负荷和低负荷结果显示相同的规律，即同时改变转向和转速的排烟温度偏差缩小幅度高于仅改变转向，运行负荷率越高，排烟温度偏差缩小幅度越大。单列空气预热器的两侧排烟温度偏差受旋转速率的影响，提高转速有利于抑制换热元件过度换热问题，降低两侧排烟温度偏差。改造后投运7个月，空预器烟气侧进出口压差维持1.6~1.9 kPa。未明显改动脱硝反应器运行工况的情况下，空气预热器的堵塞情况明显好转。结果表明，提高空预器转速有利于抑制空气预热器冷端堵塞现象。3.3旋转速率对排烟温度的影响1号机组改造前、后的高负荷、中负荷、低负荷排烟温度如表2~表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.010.T002表21号机组改造前后高负荷排烟温度项目改造前改造后降低温度空气预热器出口平均156.3147.78.6除尘器入口平均154.3149.05.3除尘器出口平均155.0144.310.7℃10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.010.T003表31号机组改造前后中负荷排烟温度项目改造前改造后降低温度空气预热器出口平均153.8144.98.9除尘器入口平均154.2145.29.0除尘器出口平均150.2140.79.5℃10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.010.T004表41号机组改造前后低负荷排烟温度项目改造前改造后降低温度空气预热器出口平均148.0132.215.8除尘器入口平均148.5132.615.9除尘器出口平均148.1126.122.0℃由表2~表4可知，改变转向和转速后，高、中、低负荷下排烟温度均大幅度降低。2号机组仅改变空气预热器转向后的排烟温度如表5所示。仅改变转向的机组排烟温度降低幅度低于同时改变转向和转速的机组。中、高负荷下，仅改变转向的机组排烟温度基本未发生变化。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.09.010.T005表52号机组仅改变空气预热器转向后的排烟温度项目高负荷中负荷低负荷空气预热器出口平均155.0153.3142.2除尘器入口平均162.2158.7146.7除尘器出口平均152.6150.9137.5℃提高空气预热器的旋转速率有利于降低排烟温度。近似的入口烟温、暖风器出口风温及烟气侧进出口差压条件下，提高空气预热器的转速大幅度降低了整体排烟温度。3.4转向和转速对节能降耗的影响1号机组空气预热器改变转向对运行电流的影响微弱，可以忽略；提高转速后，驱动电机电流由14 A增长至28 A，厂用电量增高37 MWh/年，对厂用电率的影响远小于0.01%，可以忽略不计。高负荷工作时，锅炉排烟温度降低约8.2 ℃，锅炉效率整体约提高0.25%；中负荷工作时，排烟温度约降低9.1 ℃，锅炉效率整体约提高0.28%；低负荷工作时，排烟温度约降低19.9 ℃，锅炉效率整体约提高0.61%。负荷越低，锅炉效率提升越显著。减小左、右侧排烟温度偏差有利于通过调节暖风器控制冷端综合温度及防控排烟温度超过180 ℃，间接减小了暖风器运行压力。转向和转速改造取得了显著的节能效果。4结语通过论述解决某厂660 MW机组锅炉单列空气预热器运行问题的技术思路、改造方案和应用效果，发现并验证转速和转向对空气预热器冷端堵塞、左右侧排烟温度偏差、排烟热损失等运行特性存在显著影响。具体结论如下：（1）改变空气预热器旋转方向，换热元件先加热一次风时，热一次风温度提高至超过360 ℃，显著提高了制粉系统干燥出力，使空气预热器更好地适应高水分准东煤。（2）将空气预热器转速由0.6 r/min提升至1.0 r/min，抑制了换热元件过度换热问题，显著缩小了左右侧排烟温度差值，并大幅度降低了整体排烟温度，节能降耗效果显著。（3）提高空气预热器旋转速率，可以抑制换热元件过度冷却，提高换热元件冷端的最低温度，减少硫酸氢铵黏附速率，对防止空预器堵塞具有显著作用。