鍋爐排煙溫度高的原因分析及優(yōu)化處理

杜承德

(華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522)

0 引言

華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠(以下簡(jiǎn)稱鄒縣發(fā)電廠)#1～#4機(jī)組分別于1985，1986，1988和1989年投產(chǎn)。近年來(lái)，4臺(tái)機(jī)組鍋爐排煙溫度普遍升高，高出原設(shè)計(jì)溫度20.00℃以上，夏季高負(fù)荷時(shí)，排煙溫度高的問(wèn)題更加突出，嚴(yán)重影響了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。為達(dá)到節(jié)能降耗的目的，2011年上半年對(duì)#3鍋爐進(jìn)行了節(jié)能優(yōu)化改造，重點(diǎn)是降低鍋爐排煙溫度。

1 鍋爐設(shè)備概況

鄒縣發(fā)電廠#1～#4機(jī)組鍋爐均由東方鍋爐廠生產(chǎn)，鍋爐為DG1000/170－Ⅰ型亞臨界、自然循環(huán)汽包爐，燃用當(dāng)?shù)責(zé)熋?，與上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300－165/550/550型汽輪機(jī)配套而成單元機(jī)組。

鍋爐呈∏形露天布置，爐膛出口的前墻及兩側(cè)墻前半部布置有壁式再熱器，爐膛上部設(shè)有大屏過(guò)熱器及后屏過(guò)熱器，順煙氣流向依次布置有中溫再熱器、高溫再熱器、高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器及省煤器受熱面，尾部布置2臺(tái)直徑為10.32 m的24倉(cāng)格回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)以噴水為主，再熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)靠擺動(dòng)燃燒器的角度并輔以微量噴水，在65% ～100%額定負(fù)荷時(shí)，保證鍋爐過(guò)熱蒸汽、再熱蒸汽溫度為額定值。爐膛水冷壁、過(guò)熱器、再熱器、空氣預(yù)熱器等受熱面布置有吹灰器。

鍋爐配DTM350/700鋼球磨煤機(jī)，采用中間儲(chǔ)倉(cāng)式乏氣送粉制粉系統(tǒng)，四角布置切圓燃燒，燃燒器為直流式，爐內(nèi)氣流逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，燃燒器分上、下2組，每組下層為油燃燒器噴口，依次為二次風(fēng)口、一次風(fēng)口，每角共有6個(gè)一次風(fēng)口和8個(gè)二次風(fēng)口，上、下2組燃燒器的全部一次風(fēng)、二次風(fēng)可同步上下擺動(dòng)25°。爐膛截面尺寸為14706 mm×12829 mm。假想切圓直徑:#1，#3角為? 700 mm;#2，#4角為? 500 mm。

4臺(tái)機(jī)組在2001—2003年分別進(jìn)行了機(jī)組增容改造，容量增至335 MW，鍋爐側(cè)設(shè)備基本未進(jìn)行相應(yīng)的增容改造。鍋爐的主要參數(shù)如下:額定蒸發(fā)量，1000 t/h;汽包壓力，18.50 MPa;過(guò)熱蒸汽壓力，16.70 MPa;過(guò)熱蒸汽溫度，555.00℃;再熱蒸汽流量，854 t/h;給水溫度，260.00℃;再熱蒸汽壓力(進(jìn)口/出口)，3.50/3.30 MPa;再熱蒸汽溫度，335.00/555.00℃;排煙溫度(進(jìn)風(fēng)溫度為20.00℃)，134.00℃;鍋爐熱效率(進(jìn)風(fēng)溫度為20℃)，91.27%;爐膛容積熱負(fù)荷，375.30 MJ/(m3·h);爐膛斷面熱負(fù)荷，15.73 GJ/(m2·h);燃料消耗量，175.28 t/h;爐膛出口溫度，1089.00℃。

2 鍋爐排煙溫度高的原因分析

2.1 空氣預(yù)熱器蓄熱元件換熱效果差，影響排煙溫度

#3鍋爐空氣預(yù)熱器根據(jù)美國(guó)C－E公司技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，為回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，型號(hào)為L(zhǎng)AP10320/3883。蓄熱元件自上而下分4層布置，高度分別為300，800，800和300 mm，上3層為熱端蓄熱元件，最下層為冷端蓄熱元件。熱端蓄熱元件由壓制成特殊波形的碳鋼薄板構(gòu)成，鋼板厚為0.5 mm。冷端蓄熱元件由1.2 mm厚的低合金耐腐蝕鋼板構(gòu)成。

對(duì)于冷端蓄熱元件，在2002年2月技術(shù)改造性大修時(shí)，將蓄熱元件抽出后拆包，對(duì)波形板進(jìn)行清理，重新打包后復(fù)裝，僅補(bǔ)充很小一部分損壞的波形板。從2002年2月至今，僅借檢修機(jī)會(huì)對(duì)蓄熱元件進(jìn)行高壓水沖洗，未再抽出進(jìn)行檢修更換?？諝忸A(yù)熱器熱端蓄熱元件自投產(chǎn)至今，未更換過(guò)。2009年上半年，檢查熱端蓄熱元件，迎煙側(cè)已被沖刷成波浪形，冷端個(gè)別波形板破碎脫落后元件松散，較大的縫隙使氣流短路，換熱效果下降(如圖1所示)。

圖1 波形板損壞情況

#3機(jī)組整體優(yōu)化前進(jìn)行了性能診斷試驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析如下:鍋爐300 MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，空氣預(yù)熱器入口煙溫為350.00℃，比設(shè)計(jì)值低5.00℃;風(fēng)溫為312.00℃，接近設(shè)計(jì)值317.00℃;入口風(fēng)溫為 4.67℃，排煙溫度為154.00℃，仍高出設(shè)計(jì)值20.00℃，說(shuō)明空氣預(yù)熱器蓄熱元件換熱能力下降。

2.2 空氣預(yù)熱器吹灰效果差，影響排煙溫度

優(yōu)化前#3鍋爐空氣預(yù)熱器冷端煙氣側(cè)裝有2臺(tái)激波吹灰器，從實(shí)際運(yùn)行情況分析，一方面因激波吹灰器輸出管內(nèi)部容易積灰，影響吹灰效果;另一方面與蒸汽吹灰器比較，激波吹灰器的吹灰效果要差一些。

#3機(jī)組整體優(yōu)化前對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行吹灰影響測(cè)試試驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算可知，吹灰后空氣預(yù)熱器出口排煙溫度實(shí)際下降2.00℃左右。從試驗(yàn)結(jié)果分析，空氣預(yù)熱器的吹灰效果較差。因此，空氣預(yù)熱器吹灰效果較差是造成排煙溫度升高的原因之一。

2.3 一次風(fēng)率偏大，影響排煙溫度

#3機(jī)組整體優(yōu)化前對(duì)鍋爐一次風(fēng)管風(fēng)速進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)粉管內(nèi)風(fēng)速普遍偏高，部分粉管一次風(fēng)速超出運(yùn)行指導(dǎo)風(fēng)速(28～32 m/s)10 m/s以上;一次風(fēng)速偏高，風(fēng)粉混合工況惡化影響煤粉的正常著火，使燃燒延遲，一次風(fēng)速偏高也增大了一次風(fēng)率，致使排煙溫度升高。試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)見表1～表3(CRT風(fēng)速為風(fēng)速儀顯示風(fēng)速)。

2.4 一次風(fēng)管道未做保溫，管道沿程一次風(fēng)粉氣流溫度降低，導(dǎo)致煤粉著火推遲，火焰中心上高，影響排煙溫度

原一次風(fēng)管道與彎頭采用卡子連接，受熱脹冷縮的影響，接頭處容易漏粉。近幾年來(lái)煤粉管道磨損加劇，漏粉點(diǎn)不斷增加，為方便漏粉點(diǎn)的處理，一次風(fēng)管道未做保溫。排粉機(jī)出口至噴燃器入口一次風(fēng)粉氣流沿程溫度降低，尤其是冬季，溫度降低的更多，對(duì)爐內(nèi)燃燒影響比較大。

表1 乙制粉系統(tǒng)風(fēng)速測(cè)量結(jié)果

表2 丙制粉系統(tǒng)風(fēng)速測(cè)量結(jié)果

表3 丁制粉系統(tǒng)風(fēng)速測(cè)量結(jié)果

2.5 制粉系統(tǒng)漏風(fēng)嚴(yán)重，導(dǎo)致排煙溫度升高

2.5.1 系統(tǒng)外冷風(fēng)漏入制粉系統(tǒng)內(nèi)部

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)制粉系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)制粉系統(tǒng)漏風(fēng)點(diǎn)較多(特別是給煤機(jī)、木塊分離器、細(xì)粉分離器筒體、粗細(xì)粉分離器連通管、回粉管等處)，于是對(duì)系統(tǒng)風(fēng)、煤管道的多處漏點(diǎn)進(jìn)行了臨時(shí)封堵。負(fù)壓制粉系統(tǒng)漏風(fēng)會(huì)減小進(jìn)入磨煤機(jī)的熱風(fēng)量，惡化通風(fēng)過(guò)程，從而使磨煤機(jī)出力下降，磨煤電耗增大。漏入系統(tǒng)的冷風(fēng)最終進(jìn)入爐膛，使?fàn)t內(nèi)溫度水平下降，輻射傳熱量降低，對(duì)流傳熱比例增大，同時(shí)使燃燒的穩(wěn)定性變差。由于冷風(fēng)通過(guò)制粉系統(tǒng)進(jìn)入爐內(nèi)，在總風(fēng)量不變的情況下，經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器的空氣量減小，結(jié)果會(huì)使排煙溫度升高，鍋爐熱效率下降。2.5.2 停運(yùn)的制粉系統(tǒng)向爐內(nèi)漏風(fēng)，導(dǎo)致排煙溫度升高

排粉機(jī)出口風(fēng)門為翻板式圓風(fēng)門，制粉系統(tǒng)停運(yùn)后，翻板門因結(jié)構(gòu)原因關(guān)閉后仍存在一定的內(nèi)漏量。因制粉系統(tǒng)風(fēng)、煤粉管道磨損漏點(diǎn)較多，密封不嚴(yán)密，即使制粉系統(tǒng)停運(yùn)后關(guān)閉排粉機(jī)出口風(fēng)門，在爐膛負(fù)壓的作用下，也會(huì)有一部分冷風(fēng)通過(guò)一次風(fēng)管道漏入爐內(nèi)，導(dǎo)致排煙溫度升高。

3 優(yōu)化方案

3.1 更換空氣預(yù)熱器蓄熱元件

新蓄熱元件的波形在原來(lái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，換熱效率提高;由原來(lái)的4段布置改為3段布置，各段高度分別為300，900和1 000 mm，總高度不變。新元件嚴(yán)格按照原倉(cāng)格尺寸制作，查找焊補(bǔ)倉(cāng)格磨損部位，更換所有蓄熱元件，提高蓄熱元件的換熱效率，達(dá)到降低排煙溫度的目的。

3.2 空氣預(yù)熱器吹灰器改造

在空氣預(yù)熱器冷端加裝2臺(tái)蒸汽吹灰器及相應(yīng)的汽源管道和閥門，汽源引自本體吹灰減壓站，吹灰汽源取自后屏過(guò)熱器入口聯(lián)箱，采用蒸汽吹灰代替原來(lái)的激波吹灰器，解決激波吹灰器吹灰效果較差的問(wèn)題。

3.3 一次風(fēng)速冷態(tài)調(diào)平

因原試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)距離縮口風(fēng)門和彎頭太近(最短的不足1.5 m)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量的精確性有較大影響。為提高試驗(yàn)測(cè)量的精確性，將試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)移至水平管段上，保證測(cè)點(diǎn)前部的直管段距離不小于5.0 m，測(cè)點(diǎn)后部直管段距離不小于2.5 m(一次風(fēng)管道直徑480 mm)。調(diào)整后在新測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行冷態(tài)調(diào)平試驗(yàn)，減小各一次風(fēng)管道的風(fēng)速偏差，便于運(yùn)行中一次風(fēng)速的整體下調(diào)。

3.4 一次風(fēng)管道保溫

為消除一次風(fēng)管道漏粉隱患，將一次風(fēng)管道與彎頭連接方式改為焊接，解決原卡子連接接頭處容易漏粉的問(wèn)題。對(duì)管道磨損情況進(jìn)行測(cè)厚，更換磨損超過(guò)原壁厚1/3的直管段。對(duì)一次風(fēng)管道做保溫處理，保證一次風(fēng)粉氣流進(jìn)入爐內(nèi)的溫度沿程不降低，縮短火焰長(zhǎng)度，降低排煙溫度。

3.5 制粉系統(tǒng)漏風(fēng)治理

對(duì)給煤機(jī)殼體漏風(fēng)進(jìn)行治理，更換檢修孔門密封，將原壓緊把手改為螺栓壓接，在檢修孔門上部加裝檢查孔，運(yùn)行中將各檢修孔門關(guān)閉嚴(yán)密，防止檢修孔門關(guān)閉不嚴(yán)而導(dǎo)致大量漏風(fēng)。

更換磨煤機(jī)入口落煤管和出口直管段磨損嚴(yán)重部位，新更換的磨煤機(jī)出口直管段迎風(fēng)側(cè)內(nèi)襯8 mm厚的耐磨鋼板并內(nèi)襯鑄石板。更換粗粉分離器回粉管，壁厚由原來(lái)的10 mm增加至12 mm，材質(zhì)由A3鋼升級(jí)為16 Mn。對(duì)粗、細(xì)粉分離器及連通管磨損嚴(yán)重部位進(jìn)行挖補(bǔ)后貼耐磨陶瓷。

對(duì)原DG1600型重錘木塊分離器進(jìn)行改造，安裝4臺(tái)半自動(dòng)木塊分離器，各孔門安裝壓緊把手，消除木塊分離器漏風(fēng)。

將排粉機(jī)出口原翻板式圓風(fēng)門改造為氣動(dòng)插板門，制粉系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，該門自動(dòng)關(guān)閉，解決停運(yùn)的制粉系統(tǒng)向爐內(nèi)漏風(fēng)的問(wèn)題。

3.6 增大省煤器的受熱面積，增加省煤器的吸熱量，降低空氣預(yù)熱器入口煙氣溫度

由省煤器出口與空氣預(yù)熱器入口間的實(shí)際空間可知，省煤器受熱面有增加的空間，故確定通過(guò)增加爐內(nèi)受熱面來(lái)降低排煙溫度。

3.6.1 改造方案

保留省煤器3個(gè)管組中上、中2個(gè)管組不動(dòng)，下管組全部更換，省煤器進(jìn)口集箱相應(yīng)下移1120 mm。將省煤器原有7個(gè)管圈增加到9個(gè)管圈，新增管圈全部安裝在下管組。經(jīng)過(guò)計(jì)算，省煤器傳熱面積增加1732 m2，占原設(shè)計(jì)面積的27.03%。

3.6.2 方案論證

原有省煤器、低溫過(guò)熱器總質(zhì)量為1400 t，延伸后省煤器質(zhì)量(含水)增加90 t，總質(zhì)量為1490 t，比原來(lái)增加6.43%。省煤器的承載元件為懸吊管，計(jì)算壁溫為320℃，使用鋼材為20 G(GB 5310—2008《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》)，未測(cè)到懸吊管壁厚減薄，金相組織經(jīng)確認(rèn)未發(fā)生降級(jí)，因此，承載力衰減系數(shù)取0.8足夠安全。懸吊管的原始承載量為3 000 t，按金相組織保守檢驗(yàn)計(jì)算，使用衰減后目前尚有承載能力2000 t，因此，省煤器質(zhì)量增加后的載荷是安全的。

省煤器吸熱量增加后，經(jīng)核算，省煤器出口煙氣溫度約降低15.00℃，省煤器出口水溫升高約4.00℃，達(dá)到295.00℃，仍遠(yuǎn)低于飽和溫度(飽和溫度約為355.00℃)。為了防止省煤器內(nèi)介質(zhì)沸騰，一般要求省煤器出口欠熱必須大于20.00℃。省煤器受熱面積增加后的出口欠熱完全能夠滿足省煤器安全運(yùn)行的要求。

省煤器吸熱量增加部分與爐膛+省煤器總的吸熱量相比所占比例非常小，對(duì)爐膛吸熱的影響微乎其微，更不會(huì)影響過(guò)熱、再熱蒸汽溫度。

由上述論證可知，省煤器增加受熱面的方案是可行的。

3.7 修后鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)

通過(guò)修后鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)，掌握鍋爐的燃燒情況，確定鍋爐最佳運(yùn)行氧量控制曲線及一次、二次風(fēng)的出口速度和風(fēng)率，從運(yùn)行調(diào)整方面優(yōu)化燃燒，降低排煙溫度。

4 優(yōu)化后的效果

鄒縣發(fā)電廠于2011年上半年大修時(shí)實(shí)施了上述優(yōu)化方案，運(yùn)行中一次風(fēng)速降至28～32 m/s，機(jī)組300 MW負(fù)荷下試驗(yàn)測(cè)得鍋爐排煙溫度為131.68℃，比優(yōu)化前降低20.00℃以上，比設(shè)計(jì)排煙溫度低2.32℃，達(dá)到了降低鍋爐排煙溫度的目的。試驗(yàn)測(cè)得鍋爐效率達(dá)到93.14%，較優(yōu)化前提高了1.15%。

5 結(jié)束語(yǔ)

在#3機(jī)組整體優(yōu)化降低鍋爐排煙溫度的改造工作中，通過(guò)采取增加爐內(nèi)受熱面、更換空氣預(yù)熱器蓄熱元件、改造空氣預(yù)熱器吹灰器、治理制粉系統(tǒng)漏風(fēng)、降低一次風(fēng)速等措施，解決了#3鍋爐排煙溫度高的問(wèn)題，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

［1］齊莉，陳瑞軍.鍋爐排煙溫度高原因分析及處理方法［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011，37(21):57 －58.

［2］賀志民，白石海.塔式鍋爐排煙溫度高的原因分析及解決措施［J］.山西能源與節(jié)能，2005(3):12－14.

［3］呂紹輝，于冬，趙旭.鍋爐排煙熱損失的分析［J］.黑龍江電力，2008(6):422－424.

［4］李振強(qiáng).降低鍋爐排煙溫度的措施及方法［J］.熱力發(fā)電，2003(7):41－42.