660MW超臨界機組排煙溫度高的原因分析

摘 要：針對滄東電廠660MW超臨界機組排煙溫度偏高問題，根據理論模擬及現場經驗總結，分析了各因素對排煙溫度偏高的影響。并得出鍋爐排煙溫度高的主要原因是采用干排渣系統，且冷卻風量嚴重偏大。另外煤質太差鍋爐高負荷結焦量大和磨煤機出口溫度控制偏低導致冷一次風率偏大，也不同程度地影響了排煙溫度。

關鍵詞：超臨界機組；排煙溫度；試驗

0 引言

鍋爐排煙熱損失是影響鍋爐熱效率的主要因素，排煙溫度偏高對鍋爐運行的經濟性產生較大影響。根據設備狀況，全面分析造成鍋爐排煙溫度升高的因素，制定相應措施以降低排煙溫度，是減少排煙損失、提高鍋爐效率的有效手段。針對滄東電廠SG-2080/25.4-M969型號鍋爐投運以來存在不同程度的排煙溫度偏高（額定負荷下比設計值高約20℃左右）的現象，分析鍋爐排煙溫度偏高原因，為改進措施提供技術依據。該廠二期鍋爐為單爐膛、一次再熱、平衡通風、半露天布置、固態排渣、全鋼構架和全懸吊結構Π型超超臨界參數變壓運行直流鍋爐。鍋爐燃燒方式為四角切圓分級燃燒，燃燒器四墻布置，用低NOx全擺動式直流燃燒器。制粉系統為冷一次風正壓直吹式，配置6臺HP983DY型中速碗式磨煤機，5運1備。

1 影響鍋爐排煙溫度主要因素

造成排煙溫度偏高原因主要如下：

（1）漏風。指爐膛漏風、制粉系統漏風及煙道漏風，它與運行管理、檢修以及設備結構有關。漏風系數升高時，則送風系數下降，即通過空預器的送風量下降，排煙溫度升高。

（2）磨煤機冷一次風比例偏大。冷一次風的比例越大，則流過空預器的風量降低，引起排煙溫度升高。

（3）一次風率偏高。一次風量越大，就會降低送風量的比例，引起造成先經過空預器的送風量的下降，從傳熱原理分析溫差越大傳熱效果越好，從而降低整個空預器的效率，從而導致排煙溫度升高。

（4）受熱面的積灰、結渣。鍋爐受熱面積灰使受熱面傳熱系數降低，鍋爐吸熱量降低，煙氣放熱量減少，空預器入口煙溫升高，從而導致排煙溫度升高；空氣預熱器堵灰則使空氣預熱器傳熱面積減少，也將使煙氣的放熱量減少，使排煙溫度升高。

（5）制粉系統、噴燃器運行方式及噴燃器出力。選擇制粉系統運行方式不合理時的火焰中心會升高，鍋爐熱負荷在爐膛較高位置處集中，導致排煙溫度升高；相同的制粉系統運行方式下，噴燃器的不同運行方式及噴燃器出力也會影響排煙溫度。

（6）燃燒配風。燃燒配風將直接影響煤粉氣流在爐內的燃燒情況、火焰中心位置、氧量、煤質燃燼程度等，從而影響爐膛出口煙溫。

（7）空預器入口風溫高。在夏天，空氣預熱器入口風溫高，空氣預熱器傳熱溫差小，煙氣的放熱量就少，從而使排煙溫度升高。同時制粉系統需要的熱風減少，流過空預器的一次風減少，排煙溫度升高，這屬于環境因素，是難以克服的。

（8）燃煤煤質變化。當燃煤煤質變化時，若選擇的制粉系統運行方式及氧量、配風不合理，則容易發生爐膛結焦、火焰中心上移等，造成排煙溫度升高，排煙損失增大。

（9）受熱面設計、安裝、布置等。鍋爐設計時，對爐膛沾污系數估算不準，使得受熱面布置不合理，或者是由于結構不佳造成受熱面吸熱不足，導致空預器入口煙溫偏高，從而使得排煙溫度升高。

（10）采用干排渣系統且干排渣系統冷卻風量偏大，在入爐總燃燒空氣量（氧量）保持不變的情況下，干排渣系統冷卻風作為燃燒所需的空氣從爐底進入，經過空預器的空氣量是相應減少。經過空預器后進入爐膛的二次風溫通常為300～360℃，因此在保證進入爐底漏風溫度在一定溫度上才能不影響鍋爐效率。但實際運行中爐底進風溫度遠低于熱二次風溫度。

（11）磨煤機出口溫度控制不佳，偏低，導致磨煤機冷風用量偏大，從而分流了通過空預器的一次風量，導致排煙溫度升高。

2 制粉系統運行對排煙溫度影響分析

2.1 煤粉細度測試分析

通過對鍋爐制粉系統調整試驗，發現目前鍋爐6臺磨煤機煤粉細度均滿足要求，磨煤機動態分離器轉速最高660r/min，煤粉細度加權平均值R90為設計值21%，且磨煤機出力已經達到最大，設計56t/h，實際最大出力60t/h，煤粉細度對排煙溫度的影響已經很小，所以沒有對煤粉細度進行進一步調整。

2.2 一次風率測試分析

該廠二期機組磨煤機風量測量，采用先進的機翼型流量計，測量準確，誤差小。但是存在磨煤機風量偏大問題。二期機組磨煤機的風煤比（磨煤機風量與煤量之比）控制在1.8就能滿足制粉系統正常運行，但實際情況是50噸煤，風量100噸，風煤比偏大，尤其是中低煤量時。磨煤機風量偏大導致，一次風率偏高，從而影響排煙溫度升高。

3 鍋爐燃燒運行對排煙溫度影響分析

3.1 空預器傳熱性能對排煙溫度影響測試分析

空預器運行中4小時吹灰一次，吹灰效果良好，且空預器換熱面采用搪瓷結構，有效防腐，結垢積灰很少，空預器進出口壓差正常，且穩定，所以空預器傳熱性能，換熱效果能夠有效保證，對排煙溫度的影響不大。

3.2 氧量變化對排煙溫度影響測試分析

圖1所示為600MW負荷時排煙溫度與氧量的關系。從圖1 可以看出，過量空氣系數的降低可以降低排煙溫度，但幅度有限，且是以燃燒不充分為代價的，運行氧量1.9%已遠低于設計值，鍋爐排煙中一氧化碳的含量急劇上升，峰值能達到1000mg＼Nm3，造成總體鍋爐效率反而下降，而且還引起環境污染。

3.3 煤質影響分析

該廠設計煤種與校核煤種均為神華煤，煤質分析見表1。

神華煤的灰分中含一氧化鈣在18%～22%之間，屬于中度粘煤；而且灰的熔點低，灰的變形溫度、軟化溫度、半球溫度、熔化溫度各值之間相差不到40℃，有的煤種不超過20℃，使鍋爐受熱面極易產生結焦和積灰。這主要表現在爐膛及高溫受熱面結焦 比較嚴重，另外受熱面的積灰也很嚴重。在鍋爐負荷較低、尾部煙氣流速下降的情況下，鍋爐的頻繁吹灰易造成尾部受熱面的煙氣濕度增加，引起管壁積灰板結（特別是省煤器），危及鍋爐的安全運行。

4 鍋爐冷態條件下對排煙溫度影響分析

4.1 受熱面的積灰影響分析

爐膛尾部受熱面有較多積灰，部位吹灰器吹灰效果不理想。該廠受熱面尾部采用聲波吹灰，其吹灰效果受吹灰過程中壓縮空氣、乙炔壓力、吹灰強度選擇等多方面影響，由于其運行中無法直觀檢查吹灰效果，所以在參數的選擇上存在一定的盲區。利用檢修機會對吹灰器檢查發現，脈沖吹灰器噴口內部都有較多的積灰，甚至積灰深入到其喉部，脈沖吹灰器吹灰效果較差，導致受熱面積灰較多，影響傳熱，故導致排煙溫度偏高。

4.2 漏風、煙速影響分析

由于爐膛是負壓運行，肯定存在漏風，但是漏風率要控制在合理范圍內，但是由于采用干排渣系統，其本身需要一定的冷風冷卻爐渣，所以鍋爐漏風計算無法準確計算，需要在運行中加強檢查，發現漏風及時處理。運行中鍋爐的人孔門（檢修口）、觀火孔、頂棚密封、尾部煙道的密封、排渣設備的密封均是檢查的要點。經過計算，多工況平均爐膛漏風比設計值高約0.1%，也會造成排煙溫度偏高。

5 采用干排渣系統對排煙溫度的影響分析

5.1 干排渣系統介紹

干式撈渣機工作原理：自然冷風在煤粉鍋爐爐膛負壓作用下，從干式排渣機外部進入干式排渣機內，將高溫、含有大量熱量的熱渣冷卻成可以直接貯存和運輸的冷渣。冷卻渣產生的熱風直接進入鍋爐爐膛，將渣從爐膛帶走的熱量再帶回爐膛中，從而減少了鍋爐的熱量損失，高了鍋爐的效率。

從工作原理看出，干排渣系統運行中需要冷卻風量，但對鍋爐整體系統來說，這就是鍋爐的漏風，會引起鍋爐的漏風嚴重。從理論分析，干排渣的冷卻風量在鍋爐氧量自動控制的情況下，會導致鍋爐送風機出力的下降，導致通過空預器的風量下降，從而導致排煙溫度上升。

采用干排渣系統如果要不對排煙溫度造成影響，就要滿足干排渣系統的冷卻風量從底渣中吸收的熱量基本等于相當風量從流經空預器的煙氣吸收的熱量，即就是干排渣系統爐底進風溫度基本等于熱二次風溫310-350℃。

5.2 滄東電廠二期660MW超臨界機組現狀

5.2.1 滄東電廠二期機組在系統內大機組競賽中排名長期靠后，而影響這一指標的原因就是鍋爐排煙溫度。

二期兩臺鍋爐的氧量、煤粉細度均經燃燒調整試驗多次優化，對排煙溫度的降低均不明顯。

5.2.2 排渣機出口渣溫應<100℃，當超過規定值達150℃時，應及時查找原因，酌情開啟排渣機本體兩側冷卻風門，開時從機頭至機尾，關時從機尾至機頭，溫度下降后及時關閉冷卻風門。

運行中干排渣系統鋼帶機頭部溫度控制不高于150℃就能保證設備安全運行。實際運行中排煙溫度和干排渣鋼帶機頭部溫度如表2。

從表2可以發現現實情況是滄電二期兩臺超臨界機組干排渣系統的參數控制比較保守，干排渣系統的冷卻風量一直偏大。考慮環境因素，從表2看出夏季環境溫度最高的季節機組滿負荷，鋼帶機頭部溫度均不高，低負荷時該部位溫度接近環境溫度，爐底進風溫度也是遠低于熱二次風溫度。所以低負荷時干排渣系統的冷卻風量嚴重偏大，就是鍋爐嚴重漏風，從而導致鍋爐的排煙溫度較高。

2014年5月01日，#3機組滿負荷，排煙溫度136℃。干排渣系統因檢修需要將鋼帶機兩側小風門開啟10對，導致排煙溫度迅速上升至150℃，關閉上述風門后排煙溫度很快恢復正常，由此可見干排渣系統的冷卻風量對排煙溫度的影響很大。

6 磨煤機出口溫度控制不佳對排煙溫度的影響分析

滄東電廠二期機組投產后磨煤機出口溫度控制在70～75℃，具備溫度提升空間。但是磨煤機出口溫度提升后對制粉系統的安全運行帶來隱患，容易發生爆炸。為此該廠進行了專項試驗。以確定磨煤機出口溫度對排演溫度的影響和提高磨煤機出口溫度的可行性。

6.1 試驗目的

實施前磨煤機出口溫度控制在70～75℃。因冷風用量偏大，導致流經空預器的冷一次風量減少，間接提高了鍋爐排煙溫度。在保證磨煤機安全運行的前提下，通過提高磨煤機出口溫度，減少磨煤機冷風用量，以降低鍋爐排煙溫度，減少磨煤機熱風調節門的節流損失，提高磨煤機對鍋爐熱負荷的相應速率是這次試驗的目的。

6.2 試驗過程

神華煤具有揮發分高、灰熔點低、易爆炸的特性，制粉系統防爆問題一直是燃用神華煤的重點控制內容。通過以下試驗項目來分析提高磨煤機出口溫度安全性。

理論分析煤粉在升溫過程中，首先析出水分，然后開始析出揮發分。煤的揮發分中主要有CO2、CO、H2、CH4等，揮發分的可燃氣體中，CO含量最大。各種組分的開始析出溫度略有差異，其中CO2最先析出，CO稍后析出，H2、CH4等析出溫度更高。當制粉系統中出現CO的析出時，表征煤粉顆粒的反應活性增加，發生爆炸的傾向增強，因此可以通過監視CO析出濃度的異常變化，預判制粉系統發生爆炸的風險。

基于以上分析，在不同磨煤機出力下和不同磨入口熱風溫度條件下，對磨煤機出口煤粉管道內CO濃度進行了測量，試驗結果見表3（磨出力分別為35t/h和52t/h）。

試驗結果表明，當磨出口溫度設定在80℃，在35t/h與52t/h出力下，磨制神混煤磨煤機出口風粉混合物中CO濃度分別為41ppm與21ppm，考慮到CO為析出揮發分的部分組分，總的揮發分的濃度應在100ppm左右，表明在當前運行溫度條件下，原煤中揮發分開始析出，但濃度還較小。

實際運行經驗表明，磨制高揮發分煙煤的直吹式制粉系統的爆燃主要發生在低出力、以及啟、停磨過程中，當磨煤機大出力運行時，風粉混合物濃度超過了爆炸濃度上限，因此一般不會發生爆炸。

實際運行數據對比分析表明，在磨煤機入口設定溫度提高后，由于摻入冷風比例的減少，磨制神混煤的磨煤機入口熱風溫度提高了60～70℃左右，排煙溫度平均下降了約4℃。

7 試驗總結

將磨制神混煤磨煤機的出口溫度設定到85℃長期運行是安全的。提高設定值后，鍋爐排煙溫度降低約4℃，鍋爐效率提高0.2個百分點。

8 結語

分析表明，目前該鍋爐排煙溫度高的主要原因是采用干排渣系統，且冷卻風量嚴重偏大。另外煤質太差鍋爐高負荷結焦量大和磨煤機出口溫度控制偏低導致冷一次風率偏大，也不同程度地影響了排煙溫度。由此可見，影響鍋爐排煙溫度偏高因素較多，電廠在制定降低排煙溫度改進方案時，應通過試驗分析各因素對排煙溫度的影響大小。根據各因素對排煙溫度、鍋爐效率、安全運行等影響測試分析，在保證安全運行條件下，擬定相應措施以提高鍋爐經濟運行水平。

參考文獻

[1]范從振.鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，1986.

[2]張永濤，《鍋爐設備及系統》，北京：中國電力出版社

（作者單位：河北國華滄東發電有限責任公司）