電站鍋爐經濟性的原因分析及技術改造

樊彥如

(神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古 包頭 014030)

能源是現代社會快速發展的物質基礎，隨著電力產業結構調整的深化和新能源技術的發展，燃煤發電比例逐年下降，新能源消費量和消費比例呈現逐年上升趨勢，但煤電為主的電力供應方式會持續很長一段時間，節能、減排、降耗、增效仍是發電技術致力于攻克的難關。某廠通過改變吹灰方式、采取調整風煤比、增設下級省煤器、減少鍋爐底部漏風等方法合理降低排煙溫度，增設定排擴容器乏汽回收系統減少汽水損失，采用燃氣點火方式節約啟動成本，這些技術改造使鍋爐的效率和經濟性顯著提高，對企業健康、高效、可持續發展有重要的意義。

1 設備概況及存在問題

某廠司配備3×480t/h高壓自然循環汽包鍋爐，燃燒器四角布置切圓燃燒、單爐膛平衡通風、固態排渣、燃油點火、π型布置，設計煤種為李家豪煙煤。在鍋爐建成運行之初，因排煙溫度高限制鍋爐帶負荷能力，不能達到經濟的燃燒工況，影響了鍋爐的熱效率和經濟性。電站鍋爐作為高壓蒸汽的供應裝置，出力受限嚴重影響到汽輪發電機及后續化工裝置的安全、穩定、長期、滿負荷、優質運行。

鍋爐啟停、正常運行過程中的連續排污水、定期排污水、過熱器疏水、汽包事故放水、除氧器放水、冬季汽暖疏水進入定排擴容器，擴容后閃蒸產生的微過熱蒸汽形成乏汽，在定排擴容器排空管出口處形成“白龍”，浪費大量的熱源和水資源，鍋爐啟停次數多，燃油消耗量大，增加了運行成本，影響了企業的經濟效益。

2 原因分析

經過熱工院性能試驗與熱力核算及對鍋爐內外部的檢查得出結論：水平煙道堵灰現象嚴重，省煤器受熱面布置少吸熱量不足，磨煤機風量調整方式設計不合理及風量測量裝置誤差大、鍋爐底部漏風等原因共同導致排煙溫度高難以帶負荷。定排擴容器乏汽直接對空排放未有效回收，導致汽水損失造成熱源和水源大量浪費。啟動過程中燃油用量大且鍋爐出力是根據化工裝置需求發生變化，所以鍋爐啟停次數較多，燃油點火成本過高。

2.1 水平煙道積灰嚴重

水平煙道原采用乙炔脈沖吹灰系統，只能吹走松散型積灰。燃煤灰分大導致水平煙道堵灰現象嚴重時（圖1），乙炔吹灰很難將灰吹走，堵灰導致受熱面熱阻增大、有效換熱面積減少，水平煙道受熱面吸熱不充分，煙氣有效溫降減小，煙道向后各段煙氣溫度逐步升高，最終導致排煙溫度升高，排煙熱損失增加，鍋爐熱效率下降。

圖1 水平煙道堵灰

2.2 省煤器有效受熱面少換熱量不足

通過實際運行工況與設計工況對比（表1），煙氣側：省煤器進、出口煙氣溫降實際值比設計值高41℃；給水側：省煤器內給水溫升實際值低于設計值22℃，省煤器吸熱量少煙氣帶走的熱量增加，排煙溫度升高。

表1 給水溫度、煙氣溫度實際工況與設計工況對比

2.3 磨煤機風煤比不當，機械不完全燃燒熱損失增加

磨煤機風煤比不當，磨煤機入口風量測量裝置測量誤差偏大是導致這一問題的主要原因，通過熱工試驗測得磨煤機風煤比均在3：1左右，而MPS中速磨正常風煤比在2：1左右，所以當煤粉從燃燒器吹進爐膛后，所需的點火能量增加，著火推遲，火焰中心上移，機械不完全燃燒熱損失增加，爐膛出口煙溫上升，排煙溫度上升。由于沒有熱風調節門，運行中只能在熱風門全開的條件下依靠冷風調節門、混合風調節門控制磨煤機出口溫度在正常范圍內，在負荷變化時調整手段單一，難以通過控制磨煤機入口風量控制風煤比在合理范圍內，這也是導致問題的重要原因。

2.4 鍋爐底部漏風，火焰中心上移

用飄帶對爐膛底部的漏風情況進行檢查，當飄帶靠近水封槽時向水封槽方向飛舞，說明水封槽密封不嚴，有風從爐底進入爐膛。

以上這些因素共同導致排煙溫度升高，排煙溫度每升高約15℃，鍋爐熱損失增加1%。排煙溫度也不是越低越好，應當處于設計的區間范圍內，當排煙溫度低于酸露點溫度時，硫酸鹽附著在空預器上，粘結煙氣中的飛灰，導致空預器換熱面堵灰、腐蝕，同樣影響鍋爐的安全經濟運行。

2.5 定排擴容器對空排放汽水損失嚴重

定排擴容器在鍋爐運行整個過程中始終有帶壓的高溫熱水進入，擴容后閃蒸的乏汽直接排入大氣形成的“白龍”，造成了嚴重的熱污染和能源浪費。

2.6 燃油點火成本高

電站鍋爐是“以熱定電”的自備鍋爐，正常“三運行一備用”，根據化工用戶的負荷變動、檢修需求，每年鍋爐啟停次數較多，且單臺爐每次點火需耗燃油10t左右，增加了購買燃油成本。

3 技術改造對策

針對上述導致鍋爐排煙溫度高、汽水損失嚴重、啟動成本高的原因，制定了吹灰系統改造、增加省煤器受熱面面積、磨煤機入口風量重新標定和熱門調整門改造、乏汽回收系統改造、改變鍋爐點火方式等。

3.1 水平煙道吹灰系統改造

將水平煙道乙炔吹灰系統全部拆除，兩側各增加5臺蒸汽式長伸縮吹灰器，蒸汽參數為壓力為2.5MPa，溫度為316℃，吹灰氣源與疏水排放點均與爐膛短旋轉吹灰器一致。吹灰后各段金屬壁溫下降明顯，迎風受熱面清潔干凈。

3.2 增加省煤器受熱面面積

經過熱力核算，管式空預器拆除后不影響制粉系統正常運行調整，原省煤器作為上級省煤器，入口聯箱至于煙道內作為改造后的中間聯箱，新增規為φ32×4的管排160根置于原管式空預的空間作為下級省煤器，底部外置省煤器入口聯箱。新增下級省煤器系統圖（見圖2）。

由于新增了下級省煤器，煙氣系統流動阻力增加，流速下降，增加了下級省煤器松散積灰的幾率，為了不影響長時間連續高負荷運行時導致的引風機出力過大以及省煤器吸熱量不足，省煤器區域增設了兩臺蒸汽吹灰器，汽源同樣取自爐膛吹灰系統減壓站，疏水進入定排擴容器。省煤器下面還布置了3臺灰斗，沉積煙道內部分飛灰，定期由灰斗下方以壓縮空氣為動力的倉泵打到灰庫。一方面緩解了由于新增省煤器而增加的引風機的出力，另一方面，減少了進入電除塵的飛灰，提高了電袋除塵器的脫除效率。

圖2 新增下級省煤器系統圖

3.3 磨煤機入口風量校正和調風系統改造

磨煤機入口風量測量裝置測量誤差大，根本原因是文丘里式測量裝置對流場的穩定性要求高，如流場擾動強烈，造成的誤差就大，造成運行人員誤判斷，影響調節質量。根據流場的特點，選用對流場穩定性要求較低的機翼型風量測量裝置，更換后通過實驗，測量值與實際值接近，滿足調整要求。

原磨煤機入口熱風道只有快關門，只能處于全開全關狀態，啟動前暖磨、低負荷運行、停磨吹掃時磨出口溫度難以控制，存在爆炸危險。將磨煤機入口冷風道出口接到混合風調節門后（圖3），將原來的混合風調節門作為熱風調節門使用，易于實現冷熱風的配比與溫度的調整。

圖3 磨煤機入口風道改造圖

3.4 爐底水封槽增高改造

爐底水封槽高度過低，水封受燃燒、掉渣的影響很容易造成水位下降，導致從爐底進入爐膛，抬高火焰中心，排煙溫度上升。在水封槽原有的高度上，焊接100mm的鋼板，水封槽注滿水后，水封對抗外界干擾能力增強，水封不會輕易受到破壞漏風。

3.5 乏汽回收系統改造

該系統由三大部分組成：水封筒、乏汽回收器（圖4）、管道等系統。在定排擴容器排空管上加裝水封筒封堵乏汽，阻止直接排入大氣，利用激波抽吸器射流對乏汽產生吸卷的作用互相混合換熱，使乏汽凝結，不凝結氣體通過排空閥排出，凝液出口溫度可通過調整除鹽水量大小來完成。凝液進入汽機熱井，重新處理進入除氧器作為鍋爐的給水。

水封安全閥整定壓力0.02MPa，當鍋爐啟機或出現事故時，定排排量突然增大或排放的疏水壓力增加。使定排壓力超過0.02MPa時安全水封瞬間被沖開泄壓，乏汽從原管路上排放泄壓，保證啟停機和事故狀態時安全。

圖4 定排擴容器乏汽回收系統圖

3.6 改變燃油點火方式

某廠化工生產過程中會產生很大一部分混合性可燃氣體，傳統的方式就是將燃氣通過火炬管線直接燃燒排空，造成大量燃氣浪費、環境熱污染。

為了回收浪費的燃氣，某廠在燃油點火系統的下層增設了燃氣點火系統，燃氣通過減壓站降壓后，通過爐前調壓后直接進入鍋爐燃燒，這樣一方面可以減少燃氣的浪費，另一方面也可以減少鍋爐煤耗量。

由于燃氣的易燃易爆易中毒等特性，為了保證系統的嚴密性，每次投運燃氣系統前必須進行燃氣泄露試驗和系統置換。實驗或置換不合格禁止點火，直至查明原因消除故障為止。系統停用置換完畢后，要將盲板閥倒至關位，確保系統徹底隔離，大大提高系統的安全等級。

4 改造效果

鍋爐改造完畢后，排煙溫度有效降低，經西安熱工研究院進行性能試驗，技改后達到了預期效果，取得了圓滿成功。改造后#1、#2、#3鍋爐最大連續負荷滿足性能要求。乏汽全部回收、燃氣直接點火，節約大量原煤，循環熱效率大幅提升，經濟效益顯著。鍋爐熱效率測試結果表明（表2），改造后鍋爐的熱效率也滿足設計要求。

表2 鍋爐熱效率試驗結果

排煙溫度高改造后，鍋爐出力不再受限，汽輪發電機組可以連續滿負荷發電，與上年同期對比多發電月7000萬kW·h，經濟效益十分顯著。

乏汽回收系統改造后，乏汽熱量、工質全部與除鹽水進入熱井，無熱量損失。回收器中各參數：除鹽水：t=25 ℃、P=0.5 MPa、H=105kJ/kg； 乏 汽：t=104—110 ℃、P=0.02 ～ 0.05 MPa、H=2697kJ/kg、Q ≈ 3t/h；電站煤發熱量 :Qnet.ar=4800Kcal/kg(20160kJ/kg)，鍋爐及管道等熱力設備效率:η=83.3%，年運行小時數6000小時。

回 收 熱 量：（2697-105）kJ/kgx3T/hx6000h=4.67x1010 kJ

則 每 年 節 約 煤：9.61x1010 kJ/（20160×83.3%）=2778t

燃氣點火系統的增加改變了傳統燃油點火的方式，利用燃氣點火可節省柴油10噸左右，直接經濟效益8萬余元，由于某廠電站根據化工用汽量以熱定電，鍋爐啟停次數較多，所以每年可以為廠里節約燃油開支百萬余元。正常運行中化工產生的尾氣也大部分進入鍋爐燃燒，每臺爐每小時節約煤6噸左右，全年節約煤：6t/h×6000h=3.6×104t。

5 結語

電站鍋爐各項改造后排煙溫度有效降低，滿負荷試驗時，鍋爐熱效率及其他各項參數達到了設計值。乏汽回收循環利用，也取得了很好的經濟效益。燃氣點火節約了大量的燃油成本。以上這些技改項目都在節能減排方面產生了良好的經濟效益與社會效益，為公司打造本質安全型、質量效益型、創新驅動型、節約環保型、和諧發展型做出了積極貢獻。