基于在線風(fēng)量計(jì)算干式排渣系統(tǒng)漏風(fēng)量的試驗(yàn)研究

夏文靜，衡麗君，何長(zhǎng)征

(1．中冶華天工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019;

2．河南城建學(xué)院 能源與建筑環(huán)境工程學(xué)院，河南 平頂山 467044;3．南京博沃科技發(fā)展有限公司，江蘇 南京 210006)

國(guó)內(nèi)大型鍋爐的排渣系統(tǒng)主要采用風(fēng)冷干式排渣系統(tǒng)和刮板濕式排渣系統(tǒng)兩種形式，前者相對(duì)后者具有節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保、系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單及綜合效益好的優(yōu)點(diǎn)［1－3］。風(fēng)冷干式排渣系統(tǒng)節(jié)能效果主要體現(xiàn)于爐底吸入冷卻風(fēng)對(duì)于爐渣物理顯熱及其再燃燒所釋放熱量的回收。但是，若爐底吸入的冷卻風(fēng)溫度較低時(shí)，其仍相當(dāng)于爐底漏風(fēng)，在爐內(nèi)總風(fēng)量不變的情況下，它會(huì)導(dǎo)致空預(yù)器通風(fēng)量降低、排煙溫度升高，而這對(duì)鍋爐效率的影響是負(fù)面的。因此，干式排渣系統(tǒng)在一定負(fù)荷下存在一個(gè)最佳漏風(fēng)率，當(dāng)漏風(fēng)率小于該值時(shí)，其對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性的影響是正面的，當(dāng)漏風(fēng)率大于該值時(shí)，則鍋爐的經(jīng)濟(jì)性會(huì)有所降低［1－4］。相關(guān)文獻(xiàn)顯示干式排渣系統(tǒng)的最佳漏風(fēng)率應(yīng)在1%以下［1－2］。

目前干式排渣系統(tǒng)漏風(fēng)量的測(cè)試方法主要有熱平衡計(jì)算法［1，5］和直接測(cè)量法［2］。熱平衡法需對(duì)排渣量、排渣的進(jìn)出口溫度、進(jìn)入爐膛的冷卻風(fēng)溫及環(huán)境溫度等進(jìn)行測(cè)量，以計(jì)算出排渣物理顯熱及爐膛排渣口對(duì)除渣裝置產(chǎn)生的輻射熱量，再通過(guò)熱平衡求得冷卻風(fēng)量，但該方法并未考慮爐渣再燃燒所釋放的熱量，且各參數(shù)準(zhǔn)確測(cè)量的難度較大。為了定量、精確測(cè)算其漏風(fēng)量，也可對(duì)排渣機(jī)兩側(cè)和頭部開(kāi)設(shè)的可調(diào)送風(fēng)口風(fēng)速進(jìn)行直接測(cè)量，但是由于無(wú)法對(duì)其本體漏風(fēng)進(jìn)行測(cè)試，因此該方法適用于嚴(yán)密性良好的干排渣系統(tǒng)。干式排渣系統(tǒng)體積龐大、運(yùn)轉(zhuǎn)部件較多，從結(jié)構(gòu)和原理上較難解決其本體漏風(fēng)問(wèn)題，相關(guān)試驗(yàn)研究表明干式排渣系統(tǒng)引起的爐底漏風(fēng)可能會(huì)很大［5］，因此，很有必要尋找干式排渣系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可行的測(cè)試方法。作者采用在線風(fēng)量測(cè)試的方法對(duì)干式排渣系統(tǒng)的漏風(fēng)量進(jìn)行了測(cè)試，分析其運(yùn)行與設(shè)計(jì)性能的差異及漏風(fēng)率與鍋爐運(yùn)行狀況的關(guān)系特性，為鍋爐的優(yōu)化運(yùn)行及漏風(fēng)的監(jiān)控提供指導(dǎo)與借鑒。

1 系統(tǒng)概述

1．1 鍋爐概述

某電廠2 臺(tái)660 MW 燃煤汽輪發(fā)電空冷機(jī)組，其鍋爐為超臨界、變壓運(yùn)行、螺旋管圈加垂直管直流爐，單爐膛、一次中間再熱、切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、Π 型室內(nèi)布置。鍋爐型號(hào)均為HG－2210/25．4 －YM16，4 只低NOx 墻式直流燃燒器采用四面墻布置，燃燒器一、二次風(fēng)噴嘴呈間隔排列，頂部設(shè)有SOFA 二次風(fēng)，底部設(shè)有AA 直吹二次風(fēng)，6 臺(tái)ZGM113G －II 中速磨煤機(jī)配正壓直吹制粉系統(tǒng)，主要設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)及校核煤質(zhì)如表1、表2 所示。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 設(shè)計(jì)及校核煤質(zhì)

1．2 干式排渣系統(tǒng)簡(jiǎn)介

該爐采用干式機(jī)械排渣技術(shù)，冷卻風(fēng)利用鍋爐負(fù)壓條件通過(guò)吸入環(huán)境空氣獲得，其風(fēng)量根據(jù)渣量、渣溫、鍋爐負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，總冷卻風(fēng)量在正常出力下小于鍋爐總風(fēng)量的1． 25%，最大比例占總風(fēng)量的2.0%。爐底渣經(jīng)過(guò)渣斗后，經(jīng)渣斗格柵裝置落到緩慢移動(dòng)的耐熱合金鋼輸送帶板上，高溫渣在輸送帶板上冷卻，并向外輸送，從頂風(fēng)門進(jìn)入的受控自然空氣逆向冷卻熱渣，從側(cè)風(fēng)門進(jìn)入的自然空氣則冷卻排渣機(jī)殼體、輸送帶托輪和輸送帶板。在BMCR 運(yùn)行工況條件下，高溫爐渣被冷卻風(fēng)冷卻至150℃以下，冷卻風(fēng)則吸收爐膛輻射熱、爐渣顯熱和爐渣再燃燒釋放的化學(xué)熱，在爐膛負(fù)壓的作用下返送回爐膛參與燃燒，該爐干式排渣系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表3 所示。

表3 干式排渣系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1．3 運(yùn)行現(xiàn)況

本次漏風(fēng)測(cè)試前對(duì)#1、#2 鍋爐進(jìn)行了在線風(fēng)量標(biāo)定、空預(yù)器漏風(fēng)測(cè)試及不同負(fù)荷下的鍋爐性能測(cè)試等試驗(yàn)項(xiàng)目，其中鍋爐性能測(cè)試的相關(guān)數(shù)據(jù)可見(jiàn)表4。

由表4 可知:

(1)高負(fù)荷下兩臺(tái)鍋爐的未燃盡碳熱損失均很小，而修正后排煙溫度卻均高于BRL 工況設(shè)計(jì)煙溫(123℃)12℃以上，這是導(dǎo)致鍋爐熱效率較設(shè)計(jì)值(93．84%)偏低約0．3% ～0．4%的主要原因。

(2)不同負(fù)荷下2#爐修正后排煙溫度均高于1#爐，且呈現(xiàn)負(fù)荷越低偏高越多的趨勢(shì)，最大偏高18℃，平均偏高約10℃，這導(dǎo)致平均效率較1#爐低0．59%。

由上述分析可知，導(dǎo)致兩臺(tái)鍋爐熱效率偏低的主要原因是排煙溫度過(guò)高，其中2#爐更嚴(yán)重。通過(guò)多種手段的燃燒調(diào)整發(fā)現(xiàn)，始終無(wú)法有效降低2#爐的排煙溫度，分析認(rèn)為該爐干排渣系統(tǒng)漏風(fēng)量可能很大，進(jìn)而導(dǎo)致其排煙溫度過(guò)高。干排渣系統(tǒng)的漏風(fēng)量主要與爐膛負(fù)壓有關(guān)，而爐膛負(fù)壓一般情況下變化較小，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低、入爐總風(fēng)量減少時(shí)，由于其漏風(fēng)量相對(duì)變化較小，因此其漏風(fēng)率隨之增大［2］，進(jìn)而導(dǎo)致其對(duì)排煙溫度的影響程度呈增大趨勢(shì)?？梢?jiàn)干排渣系統(tǒng)漏風(fēng)量大小的確定對(duì)于2#爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有其重要的意義。

鑒于熱平衡計(jì)算法和直接測(cè)量法存在測(cè)量難度較大及本體漏風(fēng)無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題，本次試驗(yàn)采用了一種基于在線風(fēng)量進(jìn)行測(cè)試的新方法，以便進(jìn)行定量分析。

2 采用在線風(fēng)量計(jì)算干式排渣系統(tǒng)漏風(fēng)量的方法

本次測(cè)試前先對(duì)在線風(fēng)量進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，以便準(zhǔn)確地監(jiān)控一、二次風(fēng)量的變化，數(shù)據(jù)表明在線風(fēng)量已滿足試驗(yàn)要求。

測(cè)試中應(yīng)保持機(jī)組負(fù)荷、爐膛負(fù)壓及運(yùn)行氧量等重要參數(shù)，維持某一固定值運(yùn)行，并設(shè)置送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)及一次風(fēng)機(jī)自動(dòng)跟蹤控制，以保證入爐總風(fēng)量在排渣機(jī)的關(guān)斷門關(guān)閉前后維持不變。當(dāng)關(guān)斷門關(guān)閉后，由于爐底流通面積已很小，隨著時(shí)間的推移，落渣的堆積又對(duì)爐底起到了一定的封堵作用，致使?fàn)t底漏風(fēng)幾近消失。為維持入爐總風(fēng)量不變，彌補(bǔ)爐底漏風(fēng)的消失，送風(fēng)機(jī)必將自動(dòng)跟蹤運(yùn)行氧量的變化，增大送風(fēng)量及入爐熱二次風(fēng)量，待工況穩(wěn)定后，在線一、二次總風(fēng)量的增量(其中一次風(fēng)的增量很小)即為干式排渣系統(tǒng)冷卻風(fēng)的漏入量。試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)盡量縮短測(cè)試時(shí)間以減少煤質(zhì)及燃燒狀態(tài)變化對(duì)入爐總風(fēng)量的影響，同時(shí)保持較高的運(yùn)行氧量及選用低灰份、易燃煤質(zhì)，以防止關(guān)斷門關(guān)閉后爐底出現(xiàn)結(jié)焦、保持未燃盡碳損失僅小幅變化。

表4 不同負(fù)荷下1#、2#爐性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3．1 干式排渣系統(tǒng)漏風(fēng)量的測(cè)試

本次測(cè)試機(jī)組負(fù)荷為580 ～590 MW 負(fù)荷、DCS省煤器出口平均氧量為4．4% ～4．5%，相關(guān)數(shù)據(jù)匯總?cè)绫? 所示。

表5 干排渣系統(tǒng)漏風(fēng)量測(cè)試相關(guān)數(shù)據(jù)匯總

由表5 可知:

(1)測(cè)試期間干渣系統(tǒng)的關(guān)斷門關(guān)閉前后，2 臺(tái)機(jī)組的電負(fù)荷、爐膛負(fù)壓、省煤器出口氧量均變化很小，可見(jiàn)試驗(yàn)工況穩(wěn)定、外界干擾很小。1#爐由于漏風(fēng)量相對(duì)較小，對(duì)主蒸汽流量及爐內(nèi)燃燒的影響較小，因此干排渣系統(tǒng)的漏風(fēng)量可認(rèn)為與在線一、二次風(fēng)總風(fēng)量的變化量相等。2#爐漏風(fēng)量很大，關(guān)斷門關(guān)閉后，排煙溫度下降近10℃，鍋爐效率上升明顯，在機(jī)組負(fù)荷幾乎不變的情況下，總?cè)剂狭考叭霠t總風(fēng)量會(huì)有所下降。因此，2#爐漏風(fēng)量還應(yīng)考慮效率提升導(dǎo)致入爐總風(fēng)量減少的影響。

(2)1#爐干排渣系統(tǒng)的漏風(fēng)量為48 t/h，一、二次風(fēng)總風(fēng)量為2293 t/h。考慮5．0%的設(shè)計(jì)爐膛漏風(fēng)，經(jīng)計(jì)算該系統(tǒng)漏風(fēng)率為1．92%，偏離最佳漏風(fēng)率，已接近設(shè)計(jì)最大漏風(fēng)率(2．0%)。關(guān)斷門關(guān)閉后，該爐排煙溫度僅下降1． 7℃，由文獻(xiàn)相關(guān)試驗(yàn)［2－3］及計(jì)算表明該爐爐渣再燃燒所釋放的熱量很有限，干排渣系統(tǒng)漏風(fēng)對(duì)鍋爐效率的影響均體現(xiàn)于排煙熱損失。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)干排渣系統(tǒng)漏風(fēng)率為1.0%左右時(shí)，其冷空氣回收熱量與空預(yù)器風(fēng)量減少導(dǎo)致的熱量損失大致平衡，而該漏風(fēng)率與表1 中的設(shè)計(jì)值保持一致。

(3)2#爐干排渣系統(tǒng)的漏風(fēng)量為167 t/h，一、二次風(fēng)總風(fēng)量為2395 t/h?？紤]5．0%的設(shè)計(jì)爐膛漏風(fēng)及磨煤機(jī)密封風(fēng)，經(jīng)計(jì)算該系統(tǒng)漏風(fēng)率為6.11%。若考慮鍋爐效率提升0．5%所導(dǎo)致的入爐總風(fēng)量的減少，則其漏風(fēng)率為6．58%，為設(shè)計(jì)最大漏風(fēng)率3．29 倍，可見(jiàn)2#爐干排渣系統(tǒng)存在嚴(yán)重漏風(fēng)，且漏風(fēng)量明顯高于1#爐。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)2#爐干排渣系統(tǒng)本體上部區(qū)域存在多處明顯泄漏點(diǎn)，其嚴(yán)密性明顯差于1#爐，同時(shí)此處漏風(fēng)直接進(jìn)入爐膛底部，未吸收爐渣顯熱及其再燃燒釋放的熱量?，F(xiàn)場(chǎng)分析認(rèn)為系統(tǒng)本體泄漏點(diǎn)的存在主要是由于碎渣機(jī)與原排渣設(shè)備之間存在較大空隙所致，類似情況在其它電廠也不同程度存在［5］。

3．2 漏風(fēng)量對(duì)排煙溫度與省煤器出口煙溫的影響

由于2#爐排渣系統(tǒng)漏風(fēng)量較大，當(dāng)關(guān)斷門關(guān)閉后對(duì)排煙溫度及省煤器出口煙溫的影響也較大，因此更便于分析漏風(fēng)率對(duì)相關(guān)參數(shù)的影響規(guī)律，為此繪制了2#爐相關(guān)煙溫參數(shù)的變化曲線，如圖1所示。

圖1 2#爐排渣機(jī)關(guān)斷門關(guān)閉后排煙溫度和省煤器出口煙溫變化曲線

由表5 及圖1 可知:相對(duì)設(shè)計(jì)漏風(fēng)率1．0%，2#爐漏風(fēng)率增加了5．58%，導(dǎo)致排煙溫度上升9．7℃、鍋爐熱效率下降約0．5%?？山普J(rèn)為，當(dāng)干式排渣系統(tǒng)漏風(fēng)很大時(shí)，漏風(fēng)率每增加1%，排煙溫度增加1．7℃，鍋爐效率下降約0．1%。

由表5 及圖1 可知，2#爐關(guān)斷門關(guān)閉后，伴隨著爐底漏風(fēng)的消失及熱二次風(fēng)量的增大，省煤器出口煙溫上升了5． 1℃。可近似認(rèn)為，漏風(fēng)率每降低1%，省煤器出口煙溫升高0．8℃。一般情況下，溫度較低的冷卻風(fēng)從爐膛底部沿負(fù)壓向上進(jìn)入，會(huì)對(duì)溫度較高的爐膛煙氣形成沖擊，提高爐內(nèi)火焰中心的高度，進(jìn)而導(dǎo)致尾部煙道煙溫升高，即漏風(fēng)率的增加，會(huì)導(dǎo)致省煤器出口煙溫升高，而這與實(shí)際運(yùn)行狀況完全相反。分析認(rèn)為，當(dāng)入爐總風(fēng)量保持不變時(shí)，一方面，減少冷空氣的進(jìn)入會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)理論燃燒溫度有所上升，經(jīng)熱力計(jì)算，漏風(fēng)率每減少1．0%，理論燃燒溫度會(huì)上升1．9℃;另一方面，本廠鍋爐均采用了低NOx 燃燒器及SOFA 空氣分級(jí)技術(shù)，燃燒器區(qū)域處于缺氧燃燒狀態(tài)，因此爐內(nèi)燃燒對(duì)入爐風(fēng)量的分配非常敏感。當(dāng)標(biāo)高位置較低的爐底漏風(fēng)，被標(biāo)高位置較高的二次風(fēng)替換后，由于配風(fēng)位置的上移及配風(fēng)趨于均勻，不僅使?fàn)t膛火焰中心有所上移，同時(shí)爐內(nèi)溫度也有所提高，最終導(dǎo)致省煤器出口煙溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

3．3 熱力計(jì)算校核

以上對(duì)于干式排渣系統(tǒng)漏風(fēng)量及相關(guān)煙溫的分析均是基于運(yùn)行參數(shù)之上，因此有必要對(duì)運(yùn)行參數(shù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行相關(guān)校核。校核的依據(jù)為:

(1)根據(jù)空預(yù)器進(jìn)出口煙氣及空氣側(cè)的流量及溫度參數(shù)進(jìn)行空預(yù)器能量平衡計(jì)算［6］，以檢驗(yàn)在線熱二次風(fēng)量變化所引起的相關(guān)熱力運(yùn)行參數(shù)變化的準(zhǔn)確性;

(2)本次試驗(yàn)在關(guān)斷門關(guān)閉前進(jìn)行了鍋爐性能試驗(yàn)及空預(yù)器漏風(fēng)率測(cè)試，由此可計(jì)算得出空預(yù)器的入口煙氣量及其漏風(fēng)量;

(3)由運(yùn)行參數(shù)可知，關(guān)斷門關(guān)閉前后空預(yù)器進(jìn)出口一次風(fēng)壓、磨煤機(jī)進(jìn)口總一次風(fēng)量及一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉閥位及電流幾乎均未有變化，因此可認(rèn)為流經(jīng)空預(yù)器的一次風(fēng)流量及其一次風(fēng)側(cè)漏風(fēng)量均未有變化;

(4)根據(jù)空預(yù)器二次風(fēng)側(cè)壓力的變化，計(jì)算得出二次風(fēng)側(cè)漏風(fēng)量約增加5%，約占空預(yù)器整個(gè)漏風(fēng)量1%，可見(jiàn)漏風(fēng)量變化很小。

首先，根據(jù)(1)、(2)可計(jì)算得到關(guān)斷門關(guān)閉前空預(yù)器出口熱一次風(fēng)量為437．8 t/h，鑒于試驗(yàn)中6臺(tái)磨煤機(jī)均已投用、鍋爐效率偏低及煤質(zhì)水分較大的情況，該計(jì)算值較為合理。其后，根據(jù)(3)、(4)可計(jì)算得到關(guān)斷門關(guān)閉后空預(yù)器空氣側(cè)吸熱量及煙氣側(cè)放熱量，相關(guān)數(shù)據(jù)的匯總?cè)绫? 所示。

由表6 可知，關(guān)斷門關(guān)閉后煙氣側(cè)放熱量增加10．96 MW、空氣側(cè)吸熱量增加10．56 MW，兩者相差0．40 MW，誤差率為3．68%。由于熱一次風(fēng)量在關(guān)斷門關(guān)閉前后幾乎未有變化，加之影響誤差率的主要參數(shù)是煙氣放熱量及熱二次風(fēng)吸熱量的變化量，通過(guò)計(jì)算分析認(rèn)為:即使計(jì)算得出的熱一次風(fēng)量誤差較大，其最終誤差率也不應(yīng)超過(guò)5．0%。由此可見(jiàn)試驗(yàn)中通過(guò)在線風(fēng)量對(duì)干式排渣系統(tǒng)進(jìn)行漏風(fēng)量測(cè)試的準(zhǔn)確度較高。

表6 2#爐干排渣系統(tǒng)漏風(fēng)量熱力校核數(shù)據(jù)匯總

4 結(jié)論

(1)在線風(fēng)量測(cè)試干排渣系統(tǒng)漏風(fēng)量的方法克服了其它方法中存在的測(cè)試難度大及本體漏風(fēng)無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題。熱力計(jì)算校核表明:對(duì)于系統(tǒng)漏風(fēng)較大的干排渣系統(tǒng)，該方法簡(jiǎn)單、可行。但是，其對(duì)在線風(fēng)量測(cè)量裝置及DCS 控制系統(tǒng)的要求相對(duì)較高，建議采用多次測(cè)量、取其平均的方法，以減小測(cè)量誤差。

(2)由于干式排渣系統(tǒng)本體可能存在漏風(fēng)，即使關(guān)閉或封堵廠家設(shè)計(jì)的所有進(jìn)風(fēng)口，冷風(fēng)仍可能通過(guò)排渣機(jī)機(jī)殼進(jìn)入爐內(nèi)，使得流經(jīng)空預(yù)器的風(fēng)量降低、排煙溫度及排煙熱損失明顯增加，因此日常維護(hù)中應(yīng)重視其本體泄漏點(diǎn)的處理。

(3)干式排渣系統(tǒng)的漏風(fēng)量對(duì)排煙溫度及省煤器出口煙溫的影響較為明顯。對(duì)于上述爐型而言，當(dāng)其漏風(fēng)已較大時(shí)，漏風(fēng)率每增加1%，排煙溫度增加1．7℃，鍋爐效率下降0．1%。

(4)鑒于干式排渣系統(tǒng)及低NOX燃燒技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，爐底漏風(fēng)對(duì)于NOx 排放、飛灰含碳量及爐膛火焰溫度的影響有其深入研究的意義。

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