超臨界350 MW機組鍋爐排煙溫度高的原因分析及對策

(大唐華中電力試驗研究院，鄭州 450000)

0 引 言

用反平衡法計算鍋爐熱效率時，其熱損失包括：排煙熱損失(q2)、氣體未完全燃燒熱損失(q3)、固體未完全燃燒熱損失(q4)、鍋爐散熱損失(q5)、灰渣物理顯熱損失(q6)、其他熱損失(qoth)等。其中q2是最主要的一項熱損失，對于大中型鍋爐約為4%～8%，常占總熱損失的50%以上[1-2]，因此降低q2對提高鍋爐運行經(jīng)濟性至關(guān)重要。影響q2的主要因素是空預(yù)器出口煙氣容積及排煙溫度[1]，降低后者是降低q2的主要措施之一。影響排煙溫度的因素較多，主要包括燃用煤質(zhì)、鍋爐燃燒工況及受熱面污染情況，空預(yù)器蓄熱元件沾污堵灰情況，爐膛漏風(fēng)量，制粉系統(tǒng)摻入冷風(fēng)量，鍋爐給水溫度，空預(yù)器入口風(fēng)溫等。部分研究者針對降低排煙溫度進行了一系列研究。黃衛(wèi)軍[3]分析某660 MW機組鍋爐排煙溫度偏高的原因主要有磨煤機入口冷風(fēng)及密封風(fēng)量偏高排擠流經(jīng)空預(yù)器的空氣流量，硫酸氫銨沾污堵塞蓄熱元件降低空預(yù)器換熱效率等。宋大勇等[4]分析某HG-1900/25.4-HM2型鍋爐排煙溫度比設(shè)計值偏高的原因主要有低溫再熱器側(cè)煙氣擋板開度過小、尾部煙道受熱面積灰嚴(yán)重、磨煤機出口溫度設(shè)定值偏低及總體一次風(fēng)率偏高、空預(yù)器入口風(fēng)溫偏高等，并提出了相應(yīng)的運行調(diào)整措施。柳扣林等[5]通過對鍋爐尾部受熱面進行改造使高負(fù)荷下過熱器減溫水量下降100 t/h，同時降低了空預(yù)器入口煙溫及排煙溫度。以上研究也表明，造成鍋爐排煙溫度偏高的因素較多，準(zhǔn)確診斷原因是下一步通過運行調(diào)整或改造治理工作針對性降低排煙溫度的關(guān)鍵[6]。

某電廠2號鍋爐為上海鍋爐廠有限公司設(shè)計制造的超臨界參數(shù)變壓運行直流爐，型號SG-1139/25.4-M4401。采用四角切圓燃燒方式，爐膛四角布置5層共20只直流燃燒器，煤粉燃燒器上方布置2層緊湊燃盡風(fēng)(CCOFA)及3層分離燃盡風(fēng)(SOFA)。采用冷一次風(fēng)機正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配5臺HP863型中速磨煤機，BMCR工況下4臺運行1臺備用。鍋爐尾部設(shè)2臺豪頓華工程有限公司的29VNT1990型三分倉容克式空氣預(yù)熱器。2臺SCR脫硝反應(yīng)器采用高溫高塵布置方式，位于省煤器和空預(yù)器之間。

該電廠2號爐排煙溫度比1號爐及設(shè)計值偏高較多，2017年9月對前期檢查發(fā)現(xiàn)的受損的空預(yù)器熱端蓄熱元件進行了修復(fù)更換，但10月啟動后鍋爐排煙溫度無明顯變化。

1 問題概況

2015年10月2號爐空預(yù)器冷端蓄熱元件改造后排煙溫度即出現(xiàn)升高現(xiàn)象，統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比情況見表1?？梢钥闯觯瑑膳_爐排煙溫度差異初期表現(xiàn)不突出，2016年11月之后差異明顯增大，在機組負(fù)荷較低時比較明顯。

表1不同時段1、2號鍋爐排煙溫度對比

機組負(fù)荷180 MW 時1、2號爐DCS參數(shù)對比情況見表2。1號爐平均排煙溫度112.0 ℃，2號爐平均排煙溫度135.9 ℃，2號爐比1號爐高23.9 ℃。

表2 180 MW負(fù)荷時1、2號鍋爐DCS參數(shù)對比

2 排煙溫度高原因分析

通過對比分析，DCS指示的鍋爐排煙溫度與其后煙氣溫度有對應(yīng)關(guān)系，只是2號爐空預(yù)器出口到引風(fēng)機入口煙氣溫降幅度較大，見表3。

表4為網(wǎng)格法實測的鍋爐平均排煙溫度與DCS指示值對比，1號爐B側(cè)指示值比實測值偏低2 ℃，其他偏差都在1 ℃以內(nèi)。

表4網(wǎng)格法測量的排煙溫度與DCS指示值對比

通過以上分析，1、2號爐排煙溫度指示值準(zhǔn)確性較好。

鍋爐燃燒方式的差別主要通過煙氣量、煙溫的變化影響排煙溫度，但兩臺爐省煤器出口氧量、空預(yù)器入口煙溫基本一致，因而該因素不是主要原因。

180 MW工況1、2號爐空預(yù)器性能參數(shù)與原設(shè)計50%THA工況對比見表5?？梢钥闯觯?、2號爐空預(yù)器入口煙溫基本一致(為提高低負(fù)荷時SCR入口煙溫，1、2號爐均裝有省煤器煙氣旁路(省煤器入口引煙氣至SCR入口)，因此，低負(fù)荷時空預(yù)器入口煙溫比設(shè)計值高)，1號爐煙氣溫降、一、二次風(fēng)溫升與設(shè)計值接近，而2號爐在平均煙氣溫降比設(shè)計值低25.4 ℃的情況下，平均一次風(fēng)溫升反而比設(shè)計值高11.5 ℃，平均二次風(fēng)溫升也比設(shè)計值高17.9 ℃。

表5低負(fù)荷時1、2號鍋爐空預(yù)器性能參數(shù)與設(shè)計值對比

通常因空預(yù)器換熱面積減小(蓄熱元件損壞等)、積灰堵塞、旁路密封差等原因造成排煙溫度高的，也伴隨著熱風(fēng)溫度低，只有流經(jīng)空預(yù)器的空氣流量與煙氣流量比例偏低時，排煙溫度升高的同時也會引起熱風(fēng)溫度升高。

X比為流經(jīng)空預(yù)器的空氣熱容量與煙氣熱容量之比，因空氣、煙氣的比熱容在小范圍內(nèi)變化均很小，因此，X比也可以表征空預(yù)器的空氣、煙氣流量比[7-8]。用可靠性較高的在線溫度參數(shù)及實測的空預(yù)器漏風(fēng)率計算空預(yù)器X比對比情況見表6。可以看出，1號爐空預(yù)器X比與設(shè)計值基本一致，而2號爐X比偏低較多。2號爐X比偏低幅度可導(dǎo)致排煙溫度升高10～20 ℃。

表6 1、2號鍋爐空預(yù)器X比與設(shè)計值對比

由以上分析，空預(yù)器X比(空氣、煙氣流量比)偏低是導(dǎo)致2號爐排煙溫度高的主要原因。流經(jīng)空預(yù)器的空氣流量偏低時，空氣流速降低，傳熱系數(shù)下降，使總的傳熱量減少；另外，由于蓄熱元件傳熱面積不變，空預(yù)器出口熱風(fēng)溫度也會升高，傳熱溫差下降，造成傳熱量進一步減少，排煙溫度進一步升高[9]。

3 X比偏低原因分析

在其他條件不變的情況下，增減鍋爐風(fēng)量也會同步增減煙氣量，并不會造成空預(yù)器X比較大變化。對于給定的鍋爐、燃煤條件，相同負(fù)荷下，燃燒所需風(fēng)量基本一致，造成空預(yù)器X比偏低的原因一般為鍋爐摻入冷風(fēng)或漏入冷風(fēng)量大，從而排擠流經(jīng)空預(yù)器的空氣流量。

一般通過控制氧量來控制進入爐膛的風(fēng)量，本爐氧量測點裝設(shè)在省煤器出口，因而省煤器出口前進入鍋爐煙氣的冷風(fēng)量增加都有可能引起空預(yù)器X比偏低，主要可能為：控制磨煤機出口溫度摻入制粉系統(tǒng)的冷風(fēng)，爐底干渣機漏入冷風(fēng)，爐底水封不嚴(yán)漏入冷風(fēng)，爐膛及煙道不嚴(yán)漏入冷風(fēng)，其他系統(tǒng)進入的冷風(fēng)等。

1、2號爐磨煤機出口溫度均較高，磨進口冷風(fēng)門基本不開，磨進口混合風(fēng)溫也與熱一次風(fēng)溫偏差不大，制粉系統(tǒng)摻入冷風(fēng)量大基本可排除。

經(jīng)檢查爐底水封及干渣機不存在明顯問題，前期進行液壓關(guān)斷門關(guān)閉試驗時，關(guān)斷門開啟和關(guān)閉對2號爐排煙溫度沒有明顯影響，也可以基本排除爐底漏風(fēng)量大。

爐膛及省煤器出口前的煙道密封情況需進行詳細排查，后者主要包括轉(zhuǎn)向室至省煤器出口處煙道，省煤器旁路煙道入口，省煤器灰斗與主煙道銜接處等。

其他系統(tǒng)(如火檢冷卻風(fēng)、小油槍助燃風(fēng)、吹掃風(fēng)等)進入鍋爐的冷風(fēng)量一般較少，但也不排除因各種異常原因造成冷風(fēng)量增大的可能，也需進行排查。

4 結(jié)束語

2號鍋爐排煙溫度高的主要原因是空預(yù)器X比偏低，由省煤器出口前進入鍋爐煙氣的冷風(fēng)量大引發(fā)。通過排查發(fā)現(xiàn)主燃區(qū)上部二次風(fēng)道護板燒損等多處漏風(fēng)點，經(jīng)重新焊接修復(fù)后低負(fù)荷下?lián)Q算到設(shè)計進口空氣溫度下的排煙溫度降低約13℃?？衫^續(xù)檢查省煤器出口前的漏風(fēng)點，以進一步降低排煙溫度。