電站燃煤鍋爐排煙溫度高原因分析及控制措施

郭 為，林邦春，張凱峰

（神華（福州）羅源灣港電有限公司，福建福州 350512）

0 引言

在鍋爐各項熱損失中，排煙熱損失q2所占比例最高。鍋爐排煙溫度和總風(fēng)量是決定排煙熱損失的兩個決定性因素，因此電站鍋爐排煙溫度是否能達到設(shè)計值，是影響鍋爐效率、發(fā)電機組經(jīng)濟性的關(guān)鍵性因素。另外，加強對排煙溫度的監(jiān)視，可以盡早發(fā)現(xiàn)鍋爐尾部煙道、受熱面二次燃燒現(xiàn)象，防止事故的發(fā)生和擴大。

1 異常現(xiàn)象

1.1 鍋爐概況

某電廠1000 MW 超超臨界燃煤鍋爐，采用前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、全鋼構(gòu)架的∏型直流爐，設(shè)計送風(fēng)溫度為25 ℃，燃用設(shè)計煤種BMCR 工況排煙溫度123 ℃。制粉系統(tǒng)采用中速磨冷一次風(fēng)機正壓直吹式制粉系統(tǒng)，共設(shè)置6 臺中速磨煤機，磨煤機出口采用變頻旋轉(zhuǎn)分離器，通過改變分離器轉(zhuǎn)速控制磨煤機出口煤粉細度。

1.2 排煙溫度情況

該鍋爐在168 h 試運期間出現(xiàn)排煙溫度過高的現(xiàn)象，由于168 h 試運期間機組主要運行參數(shù)、煤質(zhì)等條件基本無變化，通過統(tǒng)計機組1 h 運行數(shù)據(jù)并取平均值，得出該鍋爐排煙溫度（表1）。

該鍋爐設(shè)計送風(fēng)溫度為25 ℃，即該鍋爐在送風(fēng)溫度比設(shè)計值低的情況下運行時，排煙溫度仍然比設(shè)計溫度123 ℃高出11.65 ℃，估算由此引起供電煤耗上升高達2.18 g/（kW·h）。

表1 168 h 試運期間排煙溫度

2 原因分析

發(fā)現(xiàn)鍋爐排煙溫度參數(shù)出現(xiàn)異常后，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備實際情況、按常見的排煙溫度升高的原因逐項進行排查。經(jīng)檢查、分析，引起該鍋爐排煙溫度升高的原因主要有氧量控制不合理、受熱面結(jié)焦、磨煤機一次風(fēng)量偏高、鍋爐漏風(fēng)。

2.1 氧量控制不合理

通過觀察排煙含氧量，發(fā)現(xiàn)該鍋爐兩側(cè)氧量偏差較大。對氧量計進行校準、排除測量儀器因素后，判斷爐膛內(nèi)燃燒組織不合理，爐膛內(nèi)部單側(cè)區(qū)域燃燒較強。在測量表1 數(shù)據(jù)相同時間段內(nèi)，對省煤器出口煙氣含氧量進行統(tǒng)計，數(shù)據(jù)見表2。從表2 可以看出，兩側(cè)煙氣含氧量偏差值高達0.81%。為了將氧量偏低側(cè)運行值控制在接近于設(shè)計值的水平，運行中大幅度提升總送風(fēng)量。進入爐膛內(nèi)的送風(fēng)量提高后，相應(yīng)降低了爐膛內(nèi)溫度，減少了輻射受熱面的吸熱量，導(dǎo)致爐膛出口煙氣溫度上升，最終影響排煙溫度上升。

2.2 鍋爐受熱面結(jié)焦

該鍋爐設(shè)計煤種煤灰成分見表3?！洞笕萘棵悍廴紵仩t爐膛選型導(dǎo)則》（DL/T 831—2015）中提供了7 種“煤的結(jié)渣特性初步判據(jù)”方法，選取其中3 種簡便易行的方法對該煤種結(jié)渣特性進行初步判斷。經(jīng)過近似計算：①方法一，Rt=（1150+4×1120）/5=1126 ℃，小于1250 ℃，屬于嚴重結(jié)渣特性；②方法二，ST=1150＜1290 ℃，屬于嚴重結(jié)渣特性；③方法三，ST-DT=30 ℃，618-0.47DT=91.6 ℃，即（ST-DT）＜（618-0.47DT），屬于嚴重結(jié)渣特性。

表2 省煤器出口煙氣氧量

經(jīng)上述3 種判據(jù)方法的計算、判斷，可確定燃用設(shè)計煤種時鍋爐受熱面有明顯結(jié)渣傾向。同時，根據(jù)2.1 所述，該鍋爐存在爐膛內(nèi)燃燒不均的現(xiàn)象。在氧量偏低的區(qū)域，燃料不能完全燃燒，煙氣中CO 含量增多，附近受熱面還原性氣氛加劇。在還原性氣氛下，煤灰熔點大幅度下降，受熱面結(jié)焦的風(fēng)險和結(jié)焦的程度顯著增加。無論是輻射受熱面還是對流受熱面，結(jié)焦和積灰問題都會增加受熱面?zhèn)鳠釤嶙?，降低換熱效率、導(dǎo)致排煙溫度升高。

表3 設(shè)計煤種煤灰成分

2.3 磨煤機一次風(fēng)量偏高

運行中存在磨煤機一次風(fēng)量偏高的問題。中速磨煤機入口風(fēng)道布置普遍呈現(xiàn)截面積大、直管段較短的特點。特別是在熱一次風(fēng)和冷一次風(fēng)混合后的磨煤機入口管道，風(fēng)道內(nèi)一次風(fēng)溫度場和速度場分布極其不均勻，有的部分甚至有渦流產(chǎn)生，并且風(fēng)道內(nèi)的渦流大小和位置隨時產(chǎn)生變化，給參數(shù)的準確測量帶來極大困難。對于差壓式風(fēng)量測量裝置，溫度測量的準確性影響一次風(fēng)密度的計算，從而最終影響風(fēng)量的計算結(jié)果。對于熱式風(fēng)量測量裝置，溫度的準確性對測量的結(jié)果產(chǎn)生直接影響，這種影響往往會帶來較大偏差。

采用中速磨煤機的制粉系統(tǒng)中普遍存在現(xiàn)場場地空間有限、磨煤機入口一次風(fēng)直管段較短和一次風(fēng)量測量偏差的問題。經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)，該磨煤機入口一次風(fēng)量測量裝置設(shè)置在一次風(fēng)道垂直管段上，這種情況與上述影響因素疊加，增大了一次風(fēng)量測量值與實際值的偏差。

為了保證磨煤機正常運行，避免發(fā)生一次風(fēng)量偏低引起的堵磨等異常，在實際運行中操作人員將磨煤機一次風(fēng)量控制在偏高水平。磨煤機一次風(fēng)量過高，一方面導(dǎo)致煤粉過粗，使煤粉顆粒在鍋爐內(nèi)燃燒持續(xù)時間過長，燃燒段后移，使排煙溫度升高；另一方面，風(fēng)粉混合物溫度相對爐膛溫度、二次風(fēng)溫度是偏低的，進入爐膛后使爐膛溫度降低，輻射換熱減小，爐膛出口煙溫偏高，引起排煙溫度升高。另外，一次風(fēng)量高意味著煙氣量增加，從而導(dǎo)致鍋爐排煙損失增加。

2.4 漏風(fēng)較大

鍋爐不同位置漏風(fēng)造成的影響不同，爐膛漏風(fēng)導(dǎo)致火焰中心上移、爐膛溫度降低、總煙氣量增加；煙道漏風(fēng)導(dǎo)致總煙氣量增加，但最終結(jié)果都將導(dǎo)致排煙溫度升高。

該鍋爐的漏風(fēng)問題集中在干式排渣機上。與濕式排渣機不同，干式排渣機利用爐膛負壓，通過鋼帶機本體上的可調(diào)擋板吸入環(huán)境中的空氣來冷卻鍋爐排渣。當干式排渣機吸入的空氣量過大時，引起爐底漏風(fēng)量增大，火焰中心上移、爐膛溫度降低等問題，都是影響排煙溫度上升的因素。

2.5 其他原因

除了上述影響排煙溫度上升的主要問題，燃煤發(fā)電廠運行中引起鍋爐排煙溫度升高還有以下常見原因。

（1）上層燃燒器出力過大或制粉系統(tǒng)運行方式不合理，導(dǎo)致燃燒延遲、火焰中心上移。

（2）煤質(zhì)問題。原煤發(fā)熱量低，導(dǎo)致相同負荷下總煤量上升、總風(fēng)量上升；原煤水分高、揮發(fā)分低、灰分高，導(dǎo)致煤粉著火困難、燃燒推遲。

（3）水、汽品質(zhì)不合格，導(dǎo)致受熱面內(nèi)部結(jié)垢，傳熱熱阻增加、傳熱效率降低。

（4）環(huán)境溫度影響。季節(jié)性環(huán)境溫度升高，導(dǎo)致空預(yù)器煙氣與一次風(fēng)、二次風(fēng)傳熱量下降。

（5）排煙溫度測點安裝位置不合理或測點故障。

（6）脫硝SCR 系統(tǒng)氨逃逸率過高，生成硫酸氫銨堵塞空氣預(yù)熱器，使空氣預(yù)熱器換熱效率降低。

（7）吹灰設(shè)備投入不正?；蜻\行方式不正常，導(dǎo)致各受熱面積灰結(jié)焦，傳熱效率下降。

（8）空氣預(yù)熱器漏風(fēng)量大。空氣預(yù)熱器密封間隙過大，熱一次風(fēng)、二次風(fēng)漏入煙氣側(cè)。

3 改進措施

3.1 進行燃燒調(diào)整

發(fā)現(xiàn)受熱面結(jié)焦、氧量偏差、一次風(fēng)量偏差等問題后，進行了一系列燃燒調(diào)整，重點包括磨煤機風(fēng)量標定與調(diào)平、磨煤機動態(tài)分離器特性及煤粉細度調(diào)整試驗、旋流燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)風(fēng)量調(diào)整試驗、燃盡風(fēng)二次風(fēng)風(fēng)量調(diào)整試驗、鍋爐空氣動力場試驗，對鍋爐整體燃燒進行了調(diào)整優(yōu)化。

經(jīng)過燃燒調(diào)整后，結(jié)焦問題得到很大改善。鍋爐容易發(fā)生結(jié)焦的受熱面有水冷壁、屏式過熱器、高溫過熱器、高溫再熱器。通過鍋爐本體上的看火孔觀察，和鍋爐吹灰時對落焦情況及爐底渣量進行檢查，發(fā)現(xiàn)水冷壁、屏式過熱器受熱面結(jié)焦情況得到很大改善。

此外，根據(jù)鍋爐相應(yīng)受熱面煙氣溫度變化情況，也可判斷出受熱面換熱情況有明顯變化。煙氣從爐膛流出后，依次經(jīng)過高溫過熱器、高溫再熱器進行換熱，然后進入后豎井煙道，在后豎井前、后煙道內(nèi)分別布置了低溫過熱器、低溫再熱器。因此，選取低溫過熱器、低溫再熱器入口處的煙氣溫度作為參考指標，可以判斷在此之前的受熱面（水冷壁、屏式過熱器、高溫過熱器、高溫再熱器、水平煙道水冷壁及包墻）的換熱情況。

將168 h 試運期間低溫再熱器、低溫過熱器入口煙氣溫度與采取改進措施后工況的運行參數(shù)進行對比。為了保證工況參數(shù)具有代表性，選取該鍋爐滿負荷穩(wěn)定運行2 h 以上的工況進行統(tǒng)計，統(tǒng)計期間環(huán)境溫度26 ℃，接近設(shè)計溫度，燃煤煤質(zhì)與168 h 試運期間相近，具體參數(shù)見表4。由表4 數(shù)據(jù)可看出，經(jīng)過燃燒調(diào)整，進入尾部煙道的煙氣溫度大幅度下降，最高降低達48.7 ℃，說明煙氣在爐膛、水平煙道受熱面換熱情況較好，受熱面結(jié)焦問題得到改善。

按表4 中燃燒調(diào)整后參數(shù)統(tǒng)計方法，將168 h 試運期間省煤器出口煙氣含氧量與燃燒調(diào)整后參數(shù)進行比較（表5）。由表5數(shù)據(jù)可看出，在保證安全、穩(wěn)定運行的前提下，鍋爐目前煙氣含氧量與168 h 試運期間煙氣含氧量相比有明顯下降，并且兩側(cè)平均氧量已低于設(shè)計值，但是兩側(cè)氧量偏差改善不明顯，還需進行進一步的優(yōu)化調(diào)整。

表4 后豎井受熱面煙氣溫度

表5 鍋爐省煤器出口氧量對比

3.2 磨煤機入口一次風(fēng)測量優(yōu)化

采取改變磨煤機入口一次風(fēng)測量裝置安裝位置、更改測量裝置等措施，對磨煤機入口一次風(fēng)測量進行優(yōu)化。由于原測點布置在風(fēng)道垂直段上，距離熱一次風(fēng)、冷一次風(fēng)調(diào)整門較近，風(fēng)道內(nèi)速度場與溫度場分布十分不均勻，并且在垂直風(fēng)道上測量風(fēng)量會受到流體位能變化的影響。因此，將一次風(fēng)測量裝置由風(fēng)道垂直段移至風(fēng)道水平段。另外，采用全截面多點式差壓風(fēng)量測量裝置測量磨煤機入口一次風(fēng)量。該測量裝置根據(jù)各測量截面尺寸的大小、直管段長短等因素確定測量點數(shù)，將許多個測量點等截面有機地組裝在一起，正壓側(cè)與正壓側(cè)相連，負壓側(cè)與負壓側(cè)相連，正、負壓側(cè)各引出一根總的引壓管，分別與差壓變送器的正、負端相連，測得截面的平均速度，然后計算出風(fēng)量，減小了因流場分布不均給測量帶來的不良影響。

通過上述優(yōu)化措施，提高了磨煤機一次風(fēng)量測量的精度，將風(fēng)粉比控制在合理水平，鍋爐在滿負荷運行工況下總一次風(fēng)量有明顯下降（表6）。

表6 總一次風(fēng)量對比

3.3 技術(shù)管理措施

應(yīng)將鍋爐排煙溫度作為專項節(jié)能指標進行監(jiān)督和管控，制定、實施專項技術(shù)措施，主要包括以下內(nèi)容。

（1）根據(jù)煤種情況，制定磨煤機旋轉(zhuǎn)分離器調(diào)整技術(shù)措施，保證合理的煤粉細度，并定期測量煤粉細度。

（2）制定合理的吹灰措施，保證受熱面清潔。

（3）制定制粉系統(tǒng)運行方式技術(shù)措施，保證制粉系統(tǒng)在合理方式下運行。

（4）加強鍋爐水、汽品質(zhì)管理和監(jiān)督，避免受熱面結(jié)垢。

（5）加強對空預(yù)器差壓和漏風(fēng)的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)有堵塞趨勢應(yīng)加強吹灰并在停爐后進行清洗。定期進行空預(yù)器漏風(fēng)試驗，停爐期間檢查密封間隙情況。

（6）加強鍋爐漏風(fēng)管理，及時調(diào)整干式排渣機冷卻風(fēng)門的開度。

（7）加強燃料采購管理，做好配煤摻燒工作。

（8）調(diào)研低溫省煤器、MGGH 等煙氣余熱裝置在本機組應(yīng)用的適用性。

3.4 總體效果

在采取改進措施和加強技術(shù)管理后，該鍋爐在滿負荷穩(wěn)定運行、環(huán)境溫度26 ℃的情況下（高于設(shè)計值1 ℃），排煙溫度下降超過12 ℃，已接近設(shè)計值123 ℃。排煙溫度見表7。

表7 排煙溫度對比

4 預(yù)控措施

結(jié)合上述具體情況，對鍋爐設(shè)計、安裝、調(diào)試階段應(yīng)采取的預(yù)控技術(shù)措施進行總結(jié)。

4.1 測量裝置選型和安裝位置

根據(jù)現(xiàn)場條件，選用合理的磨煤機入口一次風(fēng)量測量裝置、選取合理的安裝位置。避免將測量裝置安裝在風(fēng)道垂直段或風(fēng)道轉(zhuǎn)彎處、距離風(fēng)門較近處。另外，空預(yù)器出口溫度作為一個重要的煙氣溫度監(jiān)測點，應(yīng)在每側(cè)空預(yù)器出口煙道布置3～6 個測點并引入DCS，方便監(jiān)視和調(diào)整。

4.2 設(shè)備安裝

加強設(shè)備安裝質(zhì)量管控，在安裝過程中進行監(jiān)督，重點檢查安裝工藝是否符合說明書和作業(yè)指導(dǎo)書要求，重點檢查燃燒器噴口、風(fēng)環(huán)同心度情況，旋流葉片安裝情況。

4.3 調(diào)試

做好燃燒系統(tǒng)調(diào)試工作，保證燃燒調(diào)整深度，全面進行制粉系統(tǒng)調(diào)試和空氣動力場冷、熱態(tài)試驗。通過調(diào)試、試驗確定在燃用不同煤種時的配風(fēng)調(diào)整方法，確定不同負荷下氧量控制值，為生產(chǎn)期鍋爐經(jīng)濟、安全運行提供可靠的參考依據(jù)。進行SCR 系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)試，保證SCR 出口煙氣中逃逸氨＜3×10-6，避免空氣預(yù)熱器堵塞。

5 結(jié)語

鍋爐排煙溫度是影響鍋爐運行效率的重要指標，應(yīng)在機組設(shè)計、安裝、調(diào)試階段制定有針對性的措施進行預(yù)先控制，在機組投產(chǎn)后將排煙溫度作為鍋爐節(jié)能重點指標進行管控。結(jié)合某臺1000 MW 超超臨界燃煤鍋爐排煙溫度偏高的具體情況，排查分析參數(shù)異常的原因，闡述具體改進方案和效果，總結(jié)應(yīng)采取的技術(shù)管理措施，為同型鍋爐指標管控提供參考。