电站锅炉暖风器疏水系统问题的辩证分析

关键词：锅炉 暖风器 疏水
0. 前言

无论在设计图纸上还是实际运行中，人们对于发电厂的“节能降耗”都在积极想办法、动脑筋，因此对锅炉暖风器系统所存在的问题越来越重视了。为了避免锅炉尾部的低温腐蚀，当平均气温低于20℃时需要投入锅炉暖风系统。目前用的最多的是蒸汽加热暖风器，尽管这种暖风方式优于热风循环方式和电加热方式，但是由于暖风器本体及其疏水系统问题仍然比较多，据有关资料披露有半数电厂暖风器不能正常工作，大量除盐水直排甚至停用暖风器的现象并不在少数。

0.1暖风器疏水系统的问题是主要矛盾，暖风器本体的问题是次要矛盾
暖风器本体问题和暖风器疏水系统问题是两个紧密相关而又完全不同的两个问题。
暖风器本体的问题主要是因疏水不畅引导致内部积水，从而引发水击、噪声、振动等一系列问题，造成暖风器焊缝、涨接处开裂而泄漏。
疏水系统的问题主要是设备过于复杂且故障率高、可用性低。
疏水系统是主要矛盾，疏水系统的问题解决了，暖风器的问题就迎刃而解了，所以暖风器的问题是次要矛盾。

0.2暖风器疏水系统过于复杂是主要矛盾的主要方面
从可靠性理论来讲，系统越复杂、环节越多，故障的隐患也越多，可靠性就越低。事物总是要经过“简单——复杂——简单”螺旋式上升和 发展 的，暖风器疏水系统也不例外，随着系统的简化可靠性亦随之提升。因此解决暖风器系统可用性差的问题，抓住疏水系统这个主要矛盾以及系统复杂这个主要矛盾的主要方面，应当是解决锅炉暖风器系统问题的正确思路和方法。

1.0暖风器疏水系统的简化

图1是目前国内外流行的两种不同的暖风器疏水系统的设计方案，系统简繁程度是相差很大的。上方（蓝色）部分是目前国内各电力设计院设计以及众多老机组使用了几十年的传统方案，可以概括为“暖风器→（疏水器）→疏水箱→疏水泵→除氧器”的方式（以下简称为“去除氧器”方式）；下方（红色）部分是近年来国外普遍采用的暖风器系统，可以概括为“暖风器→疏水器→凝汽器”的方式（以下简称为“去凝汽器”方式）。
毋庸置疑，“去除氧器”方式系统复杂、故障率高、可用性差；“去凝汽器”方式系统简单、故障率低、可用性高。

1.1“去除氧器”疏水方式存在的问题
这种设计的出处据说还是当年从“苏联老大哥”那里学来的。从系统运行的热力学原理上来讲，这种设计注重“位能”的 经济 性，从“”的角度出发构建出整个系统，不像其它疏放水系统向低压容器自流方式，而是采用泵将凝结水打到高压容器（除氧器）中。在这种思路下导致系统的复杂。

1.1.1存在问题一：系统复杂
“去除氧器”疏水方式的系统复杂、庞大，疏水箱和疏水泵都要占据很大面积，为了减少疏水泵入口汽蚀问题,疏水箱还要求有一定的高度形成压头。疏水箱属于压力容器还要有一定的容积进行汽水分离，其中的液位需经过液位计检测并根据设定的高低限去控制疏水泵的启停。疏水泵的频繁启停和进口区域汽蚀都决定了电机与泵体的高故障率，因此必须考虑设置备用泵。如果疏水箱水位计故障多，又要考虑在泵的出口处设计最小流量保护装置。同时疏水泵和除氧器的标高相差较大，必须考虑泵足够的扬程。
除了各种设备和装置，还有与之相配的线缆包括信号缆和动力缆等等。

1.1.2存在问题二：故障环节多
主要的故障环节是疏水箱的立管式水位计故障及疏水泵的经常性汽蚀问题。
水位计的故障一方面可能会造成疏水箱的满水甚至向暖风器的倒灌，造成暖风器水击和振动的问题；另一方面可能会造成疏水箱无水，导致疏水泵空转危害泵的安全。
暖风器疏水泵的汽蚀已是见怪不怪的问题了，由于维修量太大，有些电厂已经“懒得”再对它下功夫了（例如华能山东黄台电厂#7/#8炉疏水泵）。
由于上述问题的多发性和普遍性，造成很多电厂冬季不能顺利投入锅炉暖风器系统或除盐水不能实现回收，例如华能甘肃平凉电厂（一期）技术人员说“每小时跑几十吨的水心痛的很”。
疏水系统的问题，还带来了暖风器本体的诸多问题，最主要的是因暖风器疏水不畅造成暖风器带水运行。

1.2.3造价昂贵、维修量大
由于疏水系统庞大和复杂，直接带来造价的增加，疏水箱及疏水箱的水位检测，疏水泵（包括备用）及再循环阀保护，疏水箱和疏水泵的闭环控制系统，包括信号缆及动力缆敷设等等，达到40～50万元。如果再加上每年的检修维护费用及厂用电的消耗等二次投入就更多了。


1.2“去凝汽器疏水”方式的优越性
1.2.1日本锅炉暖风器的疏水系统
从图1 中可以看到：“去凝汽器疏水”系统将“去除氧器疏水”系统简约到仅剩下自动疏水器这一个环节了，即疏水器可靠性就是疏水系统可靠性。图3是日本的锅炉暖风器疏水系统的典型设计示意图，疏水侧接有一台自由浮球式疏水器，在暖风器工作期间，风温依靠供汽侧调节阀调节蒸汽流量大小进行控制，加热后产生的冷凝水被疏水侧的疏水器排出（而不会使蒸汽通过），由于机械型疏水器可以排饱和温度的冷凝水，同时疏水器的排放能力大于暖风器最大热负荷时冷凝水量的1.5倍，因此暖风器中的凝结水不能在暖风器翅管和联箱中滞留，确保暖风器避免积水而引发的锈蚀、水击、振动以及泄漏问题。

1.2.2美国锅炉暖风器的疏水系统
国内在上个世纪90年代进口的美国ge公司锅炉（以华能系统为主）暖风器的疏水系统均如图4的设计。据了解，由于暖风器整个疏水系统仅是疏水器和几只手动阀门，因此只要疏水器没有问题疏水系统就没有问题。由于欧美各国至今仍不掌握第三代机械型疏水器（即自由浮球式疏水器）的技术，所以当初进口配套的都是一、二代机械型疏水器，由于杠杆系统的结垢、变形、磨损，已经开始发生各种各样的问题并影响到整个疏水系统的正常工作。2002年，华能上安电厂经过多次比较，最终全部更换为自由浮球式疏水器（见《

1.2.3“去凝汽器方式”疏水系统的关键是疏水器的选择
机械型疏水器主要有倒吊桶式（第一代）、杠杆浮球式（第二代）和自由浮球式（第三代）三种型式，它们的共同特点就是内部都有一个“浮子”元件，都是基于汽水密度差来自动进行“阻汽排水”作用的。
疏水器属于“自力式”阀门，没有任何“人机接口”，完全自动在线工作，因此其可靠性和使用
寿命是最关键的指标。
在机械型疏水器类产品中，其故障率95%发生于“杠杆-铰链”环节上，因此没有杠杆系统的自由浮球式疏水器在可靠性和使用寿命关键技术指标上占据绝对优势。它们的性能对比简单列表如下：

1.2.4国产机组开始将锅炉暖风器“除氧器疏水”改造为“凝汽器疏水”方式
由于投产后相当多的锅炉暖风器因各种故障原因不能正常投入，或给锅炉尾部造成低温腐蚀问题，或者存在补给水率居高不下等问题。在当前“节能减排”及“节能增效”的形势下，很多电厂开始寻求解决锅炉暖风器的问题。自从2004年《 中国 电力》刊登了华能上安电厂关于锅炉暖风器疏水系统改造的介绍文章后，一些电厂到该厂考察后纷纷决定改造本厂的暖风器疏水系统，如山西阳泉二厂、甘肃平凉（一期）、大唐连城、鲁能王曲、华能黄台等电厂。河北宣化电厂新建机组锅炉暖风器器疏水系统设计为传统的“去除氧器疏水”方式，为节约项目资金并避免新建刚完就改造的无谓工作，该厂要求设计单位将暖风器疏水系统更改设计为“去凝汽器疏水”方式。
更多一些设计院和电厂经商议直接将锅炉暖风器疏水系统设计为“去凝汽器疏水”方式，如华能营口（二期）、宁夏河滨、内蒙多伦、华能平凉（二期）、国电滦河（五期）、华润曹妃甸、太钢自备、大唐云冈、国华黄骅（二期）、国电天津东北郊、华能济宁、华能白杨河、大唐丰润、山西轩岗、国电榆次、山西临汾等新、扩建项目。
还有少数电厂在传统设计基础上在暖风器出口和疏水箱之间增设了自动疏水器，如华能鹤岗、山西漳山等电厂，但在使用过程中多少还存在一些问题。

2.0暖风器本体的问题是次要矛盾
如以上所述，锅炉暖风器问题的主要矛盾是疏水系统方面的问题，可以说疏水系统的问题解决了，暖风器的问题基本上得到解决了。
暖风器本体的一些制造工艺问题一般电厂是无法解决的，要靠暖风器厂家去做。据了解国内暖风器厂家也做了大量的工作。最近出现一种“智能型”锅炉暖风器，所谓“智能”大概是指暖风器附带一套控制系统。控制系统根据对冷端平均温度暖的检测和运算，进而对暖风器热负荷进行控制。让人们费解的是这套“智能控制系统”将原来暖风器的汽侧调节改变成水侧的调节（见图5和图6）。

2.1汽侧调节与水侧调节造成暖风器工作状态的原则性改变
汽侧调节是最常见的调节方式，即通过调节加热蒸汽量实现加热程度的改变，这点是比较容易理解的，不会存在什么疑问。实际这种调节方式在调节蒸汽量的同时，由于暖风器内部压力随之降低，其饱和温度随之也会降低，即暖风器的汽耗和温度都在同步改变。
水侧调节则完全不同了，虽然调节阀从汽侧移至水侧，但并未改变暖风器的串联关系，因此调节疏水流量相当于简介调节了蒸汽流量。由于暖风器中的压力始终是供汽压力，所以饱和温度不变。它对暖风器热负荷的调节主要是靠暖风器内部水位的高低即改变传热面积来实现的（见图7）。

2.2几个概念性问题的澄清

2.2.1暖风器基本的工况要求是什么？
一般在蒸汽管路中尽量不要有凝结水，凝结水的存在就会形成“汽水两相流”的棘手问题。特别是暖风器，为提高传热效率蒸汽翅管不仅壁薄、径小，而且弯曲部分多，因此焊缝较多，上下联箱还采用了涨管连接方法。
暖风器内的冷凝水会造成水击，引发暖风器的噪声和振动，暖风器最常见的问题是振动进而引起开裂的问题，人们一般认为就是疏水不畅所带来的问题。此外在凝结水在长期存在的条件下还会发生腐蚀、结垢等问题。所以暖风器的正常运行一个重要条件就是必须保持疏水畅通。
2.2.2汽侧调节可以保证暖风器疏水畅通，不积水
从图5可以看出，疏水器始终对产生的凝结水具有“随有随排”的作用并不会使蒸汽通过。因此暖风器中只有蒸汽，这就不会出现诸如水击、振动及腐蚀、泄漏等问题。暖风器在长期工作过程中不应有什么问题出现。
2.2.3水侧调节使暖风器长期处于积水下的工作状态
从图6可以看出，水侧调节将使暖风器中过热蒸汽、饱和蒸汽、饱和水以及过冷水同时存在。这使得暖风器在工作过程中产生以下问题：
2.2.3.1两相流冲刷问题
是两相流就回避不开冲蚀问题。一般管道弯头处要采取合金钢内衬层的抗冲刷措施
2.2.3.2水击和振动问题
“汽携水”是水击“撞管”根本原因。一般暖风器发出比较强烈的噪声和振动时都是疏水不畅使暖风器内积水造成的。
2.2.3.3暖风器热应力问题
由于暖风器内部积水，使得暖风器温度端差加剧（进口过热、出口过冷），同时管排间温差也加大，响应的热应力会增加，同时暖风器始终处于高压状态，增加了事故隐患。
2.2.3.4内部结垢问题
暖风器内部长期积水，势必加剧了暖风器内部结垢现象，使暖风器效率降低，水质恶化。
2.2.3.5腐蚀问题
金属元件在水中会发生电化学腐蚀问题，减少暖风器使用寿命。
2.2.3.6结冻的问题
我国北部地区电厂常有暖风器冻结问题发生，特别是暖风器中有积水的情况下。
2.2.3.7疏水器工作状态不正常的问题
疏水器是一种“自力式”阀门，它会自动保持阀前是蒸汽、阀后是冷凝水的状态。如果把调节阀置于疏水器之后，形成了两个特性完全不同的调节装置的串联，势必引起冲突，造成了疏水器不能正常疏水。从图6中可以看出疏水器的尴尬处境，完全处于多余的设备。如果拆除疏水器，就有可能使蒸汽窜入下游导致一系列问题的发生，例如暖风器处于高负荷工作期间，为了增加暖风器传热面积调节阀开度加大，当传热面达到100%时暖风器内已无积水，蒸汽会通过调节阀进入下游。
以上问题应当进行澄清和确认，仅说“智能型暖风器”不怕水击、不会泄漏是不够的。
暖风器不同调节方式的具体比较见表2。

3.0结论
综上所述，电站锅炉暖风器的主要问题是疏水系统的问题，暖风器疏水系统是主要矛盾，疏水不畅是暖风器不能正常工作的主要原因，疏水系统的故障不仅导致暖风器冷凝水不能回收，甚至使暖风器无法投运。
当解决了暖风器疏水系统的主要矛盾后，暖风器的问题基本迎刃而解，所以说暖风器本体的问题是次要矛盾。对于现实而言，解决暖风器疏水系统的问题无疑是一个“雪中送炭”的问题。
暖风器自身调节方法的问题相对来讲是一个次要的问题，无论是汽侧调节亦或水侧调节，一次投资不变，二次投资究竟有多大差别，尚无更详细的测算。汽侧调节理论上成熟，实际使用效果也好，继续用下去不会出现新的问题的。水侧调节至少应在理论上分析清楚，如果确实效果更好，明显优于汽侧调节，也无妨改过来。在保证暖风器系统能否正常投运的问题面前，只是一个“锦上添花”的问题罢了。

参考 文献 ：
1.《锅炉暖风器热力系统分析》【发电设备】2005年第1期
2.《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年2月刊
3.《锅炉暖风器系统泄漏分析及解决措施》大唐天津盘山电厂
4.《电站煤粉锅炉暖风器系统投入条件的探讨》【西北电建】2007年第5期
5.《黑龙江七台河电厂暖风器改造节能显成效》大唐黑龙江七台河电厂
6.《电站锅炉暖风器疏水侧调节的优越性》【发电设备】2002年第5期
7.《大坝二期锅炉暖风器疏水系统改造》【宁夏电力】2005增刊
8.《锅炉热风再循环系统及暖风器的设置条件》【吉林电力】2001年第3期
9.《国电安顺电厂一期机组暖疏系统改造》【热力发电】2007年第9期
10.《电站锅炉暖风器疏水系统优化改造》【 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jingjilunwen/gongyejingji/260430.html