電廠鍋爐排煙溫度高原因及其改進(jìn)措施

崔海鵬

(安徽電力股份有限公司淮南田家庵發(fā)電廠,安徽淮南 232007)

電廠鍋爐排煙溫度高原因及其改進(jìn)措施

崔海鵬

(安徽電力股份有限公司淮南田家庵發(fā)電廠,安徽淮南 232007)

眾所周知,煤是火電廠發(fā)電成本的主要部分,各電廠都在積極尋求降低煤耗的新技術(shù)、新方法。而鍋爐排煙溫度過(guò)高是引起鍋爐效率降低、供電煤耗升高的重要原因。本文以淮南田家庵發(fā)電廠#5爐為研究對(duì)象,結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析排煙溫度過(guò)高的原因,針對(duì)原因提出了改進(jìn)措施。并重點(diǎn)論述了安裝低壓省煤器的實(shí)施方案,論證了方案的可行性,以及實(shí)施后的效果。

鍋爐 排煙溫度 降低 低壓省煤器

1 前言

1.1 課題研究的目的和意義

鍋爐熱損失由排煙熱損失、機(jī)械不完全燃燒熱損失、灰渣物理熱損失、化學(xué)不完全燃燒熱損失、散熱損失組成，在鍋爐的各項(xiàng)熱損失中，鍋爐排煙熱損失是影響鍋爐效率最大的一項(xiàng)，一般約為5%～12%，占鍋爐熱損失的60%～70%。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度，一般情況下，排煙溫度每增加10℃，排煙熱損失增加0.5%～0.8%，相應(yīng)多耗煤1.2%～2.4%[1]。降低排煙溫度對(duì)于節(jié)能減排具有重要的實(shí)際意義。

1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)

國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)引起排煙溫度升高的因素主要有漏風(fēng)、摻冷風(fēng)量多、受熱面積灰、空預(yù)器入口空氣溫度高及受熱面設(shè)計(jì)不合理等原因。并針對(duì)各電廠具體情況進(jìn)行分析并采取了改進(jìn)措施;某些學(xué)者對(duì)熱管傳熱系數(shù)[2]、熱管的工作性能及熱管形式等進(jìn)行了深入研究，并運(yùn)用于工程實(shí)踐中去;國(guó)內(nèi)外部分專家對(duì)加裝低壓省煤器進(jìn)行了深入研究[3]，取得了很好的效果。

1.3 課題研究?jī)?nèi)容

針對(duì)田家庵發(fā)電廠#5爐，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析排煙溫度過(guò)高的原因。著重從尾部受熱面優(yōu)化方面分析，得出降低排煙溫度的具體方案。并論證方案的可行性，以及實(shí)施后可獲得的經(jīng)濟(jì)效益。

2 田家庵發(fā)電廠#5爐排煙溫度高原因分析與整治措施

圖1 低壓省煤器并聯(lián)系統(tǒng)

2.1 田家庵發(fā)電廠#5爐概況

田家庵發(fā)電廠#5爐由上海鍋爐廠制造，采用亞臨界壓力、一次中間再熱、控制循環(huán)汽包爐。#5爐投產(chǎn)以來(lái)，一直存在鍋爐排煙溫度過(guò)高的問(wèn)題。設(shè)計(jì)最大排煙溫度為131.11℃，但多數(shù)時(shí)候均超過(guò)此溫度，尤其在夏季時(shí)，甚至超過(guò)180℃。過(guò)高的排煙溫度降低了鍋爐效率，增加了供電煤耗，給電廠經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)了不利影響。過(guò)高的排煙溫度還對(duì)電除塵、引風(fēng)機(jī)軸承、脫硫裝置的安全運(yùn)行帶來(lái)了不利影響。

2.2 排煙溫度高原因分析與改進(jìn)措施

2.2.1 煤種變化引起排煙溫度升高

田家庵發(fā)電廠#5爐設(shè)計(jì)煤種為山西混合煤，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)，煤炭主要來(lái)源于淮南礦務(wù)局及國(guó)投新集煙煤。由于實(shí)際燃用煤種與設(shè)計(jì)煤種相比，水份升高、灰分升高、揮發(fā)份降低、發(fā)熱量降低，所以引起排煙溫度升高，詳細(xì)論述見(jiàn)文獻(xiàn)[4]?，F(xiàn)在電廠燃用煤種過(guò)多，有時(shí)還要摻燒煤泥，所以發(fā)熱量常常無(wú)法保證，這些因素都導(dǎo)致了排煙溫度升高。各電廠迫于成本壓力，無(wú)法保證煤種不變化，所以此因素屬于客觀因素，不作為本論文研究方向。

2.2.2 尾部受熱面換熱能力不足,需改造尾部受熱面

不同負(fù)荷工況下，預(yù)熱器進(jìn)口煙溫均高于對(duì)應(yīng)負(fù)荷下的設(shè)計(jì)值。根據(jù)熱力計(jì)算書(shū)，在額定負(fù)荷下，預(yù)熱器進(jìn)口煙溫應(yīng)為354.4℃[5]，而實(shí)際則達(dá)到了365℃(表1)。其他負(fù)荷下，也存在同樣的問(wèn)題。解決受熱面換熱能力不足的問(wèn)題可考慮進(jìn)行受熱面擴(kuò)展或者增加受熱面方案。

2.2.3 預(yù)熱器出口熱風(fēng)溫度偏低

預(yù)熱器出口風(fēng)溫度較設(shè)計(jì)值偏低，如2014年10月20日17點(diǎn)38分，從電廠sis系統(tǒng)查得機(jī)組負(fù)荷為260MW，但預(yù)熱器出口熱風(fēng)溫度僅為290℃。按設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在230MW時(shí)，預(yù)熱器出口熱風(fēng)溫度應(yīng)為313.3℃。引起預(yù)熱器出口熱風(fēng)溫度偏低的原因主要包括:空氣預(yù)熱器傳熱元件堵灰、三向密封間隙不當(dāng)造成漏風(fēng)率增大、預(yù)熱器吹灰器吹灰效果不佳、冬季溫度較低，空預(yù)器進(jìn)口溫度偏低。主要應(yīng)從以下幾方面解決:加強(qiáng)對(duì)預(yù)熱器吹灰器的維護(hù)，增強(qiáng)吹灰效果;利用機(jī)組大小修期間，對(duì)預(yù)熱器換熱元件進(jìn)行高壓水沖洗;將預(yù)熱器三向密封間隙調(diào)整在合格范圍之內(nèi)，保證預(yù)熱器漏風(fēng)率在6%以下;冬季投入暖風(fēng)器，以提高預(yù)熱器進(jìn)口溫度。

由于MIF地圖文件中獲得的數(shù)據(jù)是位于地球橢球面上的經(jīng)緯度坐標(biāo)，所以需要轉(zhuǎn)化成平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)，才能繪制地圖。轉(zhuǎn)換方法如下：

表1 不同負(fù)荷下預(yù)熱器進(jìn)口煙溫

2.2.4 優(yōu)化運(yùn)行方式

運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)調(diào)整，保證機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行。根據(jù)煤質(zhì)變化優(yōu)化制粉系統(tǒng)運(yùn)行，當(dāng)燃用發(fā)熱量低的煤時(shí)，應(yīng)使用下層制粉系統(tǒng)并且保持較細(xì)的煤粉細(xì)度，否則燃燒不充分，會(huì)使飛灰含碳量增加，燃燒不完全損失增大，從而導(dǎo)致排煙溫度升高。當(dāng)燃用發(fā)熱量高的煤時(shí)，可以保證充分燃燒的情況下使用上層制粉系統(tǒng)。保證過(guò)量空氣系數(shù)處于最優(yōu)化運(yùn)行;選擇一次風(fēng)與二次風(fēng)的合適配比，合適的一二次風(fēng)速。

3 田家庵發(fā)電廠#5爐加裝低壓省煤器方案

3.1 項(xiàng)目背景

田家庵發(fā)電廠#5爐排煙溫度高出設(shè)計(jì)溫度很多，相比較其他降低排煙溫度措施，安裝低壓省煤器是最直接、最能大幅降低排煙溫度的方法。另外對(duì)于無(wú)GGH的濕法脫硫系統(tǒng)，進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣溫度必然增加，這將降低脫硫效率。最佳的脫硫工作溫度為煙氣溫度不得大于80～90℃，安裝低壓省煤器能更有效的將排煙溫度降低到合適范圍內(nèi)。所以對(duì)于#5爐來(lái)說(shuō)，安裝低壓省煤器是最好的直接降低排煙溫度的方法。

3.2 低壓省煤器系統(tǒng)簡(jiǎn)介

低壓省煤器是利用鍋爐排煙余熱，節(jié)約能源的有效措施之一。低壓省煤器可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況決定裝的鍋爐尾部具體位置，可考慮安裝在除塵器入口或者脫硫吸收塔的進(jìn)口，其結(jié)構(gòu)與一般省煤器相仿。工程實(shí)踐中低壓省煤器大多與主回水成并聯(lián)布置(如圖1)，其進(jìn)口水取自汽輪機(jī)的低壓回?zé)嵯到y(tǒng)，進(jìn)入低壓省煤器的凝結(jié)水吸收鍋爐排煙熱量后，在除氧器入口與主凝結(jié)水匯合。這種熱力系統(tǒng)，低壓省煤器的給水跨過(guò)若干級(jí)加熱器，實(shí)現(xiàn)了排煙余熱的梯級(jí)利用。

3.3 低壓省煤器主要運(yùn)行特性

某300MW機(jī)組低壓省煤器的節(jié)能量-負(fù)荷特性的關(guān)系示于圖2。通過(guò)該圖可以看出，安裝低壓省煤器對(duì)于負(fù)荷率較低的機(jī)組在經(jīng)濟(jì)上更有利。

圖2 低壓省煤器節(jié)能量與過(guò)水流量曲線

圖3 低壓省煤器出口煙溫、節(jié)能量與進(jìn)口水溫關(guān)系

3.3.2 節(jié)能量-水量特性

某300MW機(jī)組低壓省煤器的節(jié)能量-水量特性如圖2所示。

3.3.3 進(jìn)水溫度特性

圖3是某1025t/h爐低壓省煤器出口煙溫、出口水溫和節(jié)能量與進(jìn)水溫度的關(guān)系。圖中低壓省煤器的進(jìn)口煙溫均保持相等。由圖可知運(yùn)行中應(yīng)恰當(dāng)控制低壓省煤器的出口煙溫，過(guò)分追求排煙溫度降低在經(jīng)濟(jì)上是不利的。低壓省煤器的以上幾個(gè)特性具有普遍性。但具體的函數(shù)關(guān)系則與熱力系統(tǒng)的參數(shù)以及低壓省煤器進(jìn)口煙溫等有關(guān)。必須經(jīng)過(guò)變工況計(jì)算才能確定。

3.4 效果分析

為了更好的了解淮南田家庵發(fā)電廠加裝低壓省煤器后的效果，選取了爐型相同的石橫電廠#2鍋爐作為研究對(duì)象。該廠系上鍋廠采用CE技術(shù)制造的1025t/h控制循環(huán)鍋爐，與#5爐完全相同。由于鍋爐排煙溫度嚴(yán)重偏高，平均達(dá)到150℃，超出設(shè)計(jì)值近20℃，最高時(shí)達(dá)160℃，影響鍋爐熱效率約1.2個(gè)百分點(diǎn)，并威脅到電廠脫硫裝置的安全運(yùn)行。因此石橫電廠在鍋爐引風(fēng)機(jī)出口至增壓風(fēng)機(jī)入口煙道內(nèi)加裝了低壓省煤器受熱面。其排煙溫度由151℃降至138.5℃。

3.4.1 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)有關(guān)規(guī)定，投入低壓省煤器后，在計(jì)算鍋爐效率時(shí)，鍋爐排煙溫度仍以空預(yù)器出口煙氣溫度為準(zhǔn)，不能采用低壓省煤器后的煙氣溫度來(lái)計(jì)算排煙損失，所以，鍋爐效率不受低壓省煤器投入和解列的影響。投入低壓省煤器后，把汽機(jī)側(cè)凝結(jié)水從低壓省煤器吸收的熱量視為余熱利用。由于汽輪機(jī)低加回?zé)嵯到y(tǒng)從外部額外獲取了這部分熱量，新增了一定的做功能力，所以，汽輪機(jī)熱耗率就會(huì)降低。石橫電廠#2機(jī)組在300MW負(fù)荷下，投入低壓省煤器后，汽輪機(jī)熱耗率降低35.4kJ/kWh，折合為發(fā)電煤耗率可降低1.3g/kWh。

3.4.2 環(huán)境效益

(1)創(chuàng)造了鍋爐脫硫系統(tǒng)長(zhǎng)期連續(xù)安全運(yùn)行的煙氣溫度條件;在節(jié)水的同時(shí)降低了凈煙氣中的含濕量，保護(hù)煙囪。(2)節(jié)省燃煤的同時(shí)，減少了粉塵，CO2和SO2，NOx等污染物的排放，環(huán)保效益顯著。

4 結(jié)論與展望

通過(guò)本文的闡述，可以得出安裝低壓省煤器是解決目前電廠鍋爐排煙溫度高的最有效、最直接的方法。主要有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)安裝低壓省煤器可以實(shí)現(xiàn)排煙溫度的大幅度降低。有些電廠可以降低排煙溫度20℃，最高的可以降低40℃甚至更高。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其他任何降低排煙溫度的方法都不可能實(shí)現(xiàn)的。(2)對(duì)于鍋爐燃燒和傳熱影響較小。由于低壓省煤器布置于鍋爐的最后一級(jí)受熱面的后面，因此，它的傳熱行為對(duì)于鍋爐的一切受熱面的傳熱均不發(fā)生影響。因此既不會(huì)降低入爐熱風(fēng)溫度而影響鍋爐燃燒，也不會(huì)使空氣預(yù)熱器的傳熱量減少，從而反彈排煙溫度的降低效果。(3)具有良好的煤種和季節(jié)適應(yīng)性。鍋爐的低壓省煤器的出口煙氣溫度可以根據(jù)季節(jié)和煤質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約煤耗和防止低溫腐蝕的綜合要求。(4)具有良好的負(fù)荷適應(yīng)性。低壓省煤器的單位標(biāo)煤節(jié)省量在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)并不降低，仍然可以保持較高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。這一點(diǎn)對(duì)于長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行的機(jī)組是非常有利的。

[1]張保全,張利.鍋爐排煙溫度高的分析[J].華北電力技術(shù),2009(24): 167.

[2]Y．W．Zhang,A．Faghri．Heat Transfer in a Pulsating Heat Pipe with Openend．Int．J．Heat Mass Transfer,2002,45(6):756-763.

[3]黃新元.鍋爐加裝低壓省煤器改造技術(shù)研究[J].電力建設(shè),2008 (3):98.

[4]丁立新.電廠鍋爐原理[M].北京:中國(guó)電力出版社.

[5]上海鍋爐廠.田家庵發(fā)電廠SG-1025/18.3-M837型鍋爐熱力計(jì)算書(shū).上海鍋爐廠,1995.

崔海鵬(1982—),男,河北石家莊人,工程碩士,工程師,從事鍋爐檢修技術(shù)管理工作。