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計值，是影響鍋爐效率、發電機組經濟性的關鍵性因素。另外，加強對排煙溫度的監視，可以盡早發現鍋爐尾部煙道、受熱面二次燃燒現象，防止事故的發生和擴大。

1 異常現象

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、固態排渣、露天布置、全鋼構架的∏型直流爐，設計送風溫度為25 ℃，燃用設計煤種BMCR 工況排煙溫度123 ℃。制粉系統采用中速磨冷一次風機正壓直吹式制粉系統，共設置6 臺中速磨煤機，磨煤機出口采用變頻旋轉分離器，通過改變分離器轉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 試運期間出現排煙溫度過高的現象，由于168 h 試運期間機組主要運行參數、煤質等條件基本無變化，通過統計機組1 h 運行數據并取平均值，得出該鍋爐排煙溫度（表1）。

該鍋爐設計送風溫度為25 ℃，即該鍋爐在送風溫度比設計值低的情況下運行時，排煙溫度仍然比設計溫度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

發現鍋爐排煙溫度參數出現異常后，結合現場設備實際情況、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、受熱面結焦、磨煤機一次風量偏高、鍋爐漏風。

2.1 氧量控制不合理

通過觀察排煙含氧量，發現該鍋爐兩側氧量偏差較大。對氧量計進行校準、排除測量儀器因素后，判斷爐膛內燃燒組織不合理，爐膛內部單側區域燃燒較強。在測量表1 數據相同時間段內，對省煤器出口煙氣含氧量進行統計，數據見表2。從表2 可以看出，兩側煙氣含氧量偏差值高達0.81%。為了將氧量偏低側運行值控制在接近于設計值的水平，運行中大幅度提升總送風量。進入爐膛內的送風量提高后，相應降低了爐膛內溫度，減少了輻射受熱面的吸熱量，導致爐膛出口煙氣溫度上升，最終影響排煙溫度上升。

2.2 鍋爐受熱面結焦

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

表2 省煤器出口煙氣氧量

經上述3 種判據方法的計算、判斷，可確定燃用設計煤種時鍋爐受熱面有明顯結渣傾向。同時，根據2.1 所述，該鍋爐存在爐膛內燃燒不均的現象。在氧量偏低的區域，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，受熱面結焦的風險和結焦的程度顯著增加。無論是輻射受熱面還是對流受熱面，結焦和積灰問題都會增加受熱面傳熱熱阻，降低換熱效率、導致排煙溫度升高。

表3 設計煤種煤灰成分

2.3 磨煤機一次風量偏高

運行中存在磨煤機一次風量偏高的問題。中速磨煤機入口風道布置普遍呈現截面積大、直管段較短的特點。特別是在熱一次風和冷一次風混合后的磨煤機入口管道，風道內一次風溫度場和速度場分布極其不均勻，有的部分甚至有渦流產生，并且風道內的渦流大小和位置隨時產生變化，給參數的準確測量帶來極大困難。對于差壓式風量測量裝置，溫度測量的準確性影響一次風密度的計算，從而最終影響風量的計算結果。對于熱式風量測量裝置，溫度的準確性對測量的結果產生直接影響，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中普遍存在現場場地空間有限、磨煤機入口一次風直管段較短和一次風量測量偏差的問題。經過排查發現，該磨煤機入口一次風量測量裝置設置在一次風道垂直管段上，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，避免發生一次風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量控制在偏高水平。磨煤機一次風量過高，一方面導致煤粉過粗，使煤粉顆粒在鍋爐內燃燒持續時間過長，燃燒段后移，使排煙溫度升高；另一方面，風粉混合物溫度相對爐膛溫度、二次風溫度是偏低的，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，一次風量高意味著煙氣量增加，從而導致鍋爐排煙損失增加。

2.4 漏風較大

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

該鍋爐的漏風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擋板吸入環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運行方式不合理，導致燃燒延遲、火焰中心上移。

（2）煤質問題。原煤發熱量低，導致相同負荷下總煤量上升、總風量上升；原煤水分高、揮發分低、灰分高，導致煤粉著火困難、燃燒推遲。

（3）水、汽品質不合格，導致受熱面內部結垢，傳熱熱阻增加、傳熱效率降低。

（4）環境溫度影響。季節性環境溫度升高，導致空預器煙氣與一次風、二次風傳熱量下降。

（5）排煙溫度測點安裝位置不合理或測點故障。

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

（7）吹灰設備投入不正?；蜻\行方式不正常，導致各受熱面積灰結焦，傳熱效率下降。

（8）空氣預熱器漏風量大?？諝忸A熱器密封間隙過大，熱一次風、二次風漏入煙氣側。

3 改進措施

3.1 進行燃燒調整

發現受熱面結焦、氧量偏差、一次風量偏差等問題后，進行了一系列燃燒調整，重點包括磨煤機風量標定與調平、磨煤機動態分離器特性及煤粉細度調整試驗、旋流燃燒器內外二次風風量調整試驗、燃盡風二次風風量調整試驗、鍋爐空氣動力場試驗，對鍋爐整體燃燒進行了調整優化。

經過燃燒調整后，結焦問題得到很大改善。鍋爐容易發生結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，發現水冷壁、屏式過熱器受熱面結焦情況得到很大改善。

此外，根據鍋爐相應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進行對比。為了保證工況參數具有代表性，選取該鍋爐滿負荷穩定運行2 h 以上的工況進行統計，統計期間環境溫度26 ℃，接近設計溫度，燃煤煤質與168 h 試運期間相近，具體參數見表4。由表4 數據可看出，經過燃燒調整，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，受熱面結焦問題得到改善。

按表4 中燃燒調整后參數統計方法，將168 h 試運期間省煤器出口煙氣含氧量與燃燒調整后參數進行比較（表5）。由表5數據可看出，在保證安全、穩定運行的前提下，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，并且兩側平均氧量已低于設計值，但是兩側氧量偏差改善不明顯，還需進行進一步的優化調整。

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 磨煤機入口一次風測量優化

采取改變磨煤機入口一次風測量裝置安裝位置、更改測量裝置等措施，對磨煤機入口一次風測量進行優化。由于原測點布置在風道垂直段上，距離熱一次風、冷一次風調整門較近，風道內速度場與溫度場分布十分不均勻，并且在垂直風道上測量風量會受到流體位能變化的影響。因此，將一次風測量裝置由風道垂直段移至風道水平段。另外，采用全截面多點式差壓風量測量裝置測量磨煤機入口一次風量。該測量裝置根據各測量截面尺寸的大小、直管段長短等因素確定測量點數，將許多個測量點等截面有機地組裝在一起，正壓側與正壓側相連，負壓側與負壓側相連，正、負壓側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。

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

表6 總一次風量對比

3.3 技術管理措施

應將鍋爐排煙溫度作為專項節能指標進行監督和管控，制定、實施專項技術措施，主要包括以下內容。

（1）根據煤種情況，制定磨煤機旋轉分離器調整技術措施，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）制定制粉系統運行方式技術措施，保證制粉系統在合理方式下運行。

（4）加強鍋爐水、汽品質管理和監督，避免受熱面結垢。

（5）加強對空預器差壓和漏風的監視，發現有堵塞趨勢應加強吹灰并在停爐后進行清洗。定期進行空預器漏風試驗，停爐期間檢查密封間隙情況。

（6）加強鍋爐漏風管理，及時調整干式排渣機冷卻風門的開度。

（7）加強燃料采購管理，做好配煤摻燒工作。

（8）調研低溫省煤器、MGGH 等煙氣余熱裝置在本機組應用的適用性。

3.4 總體效果

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

表7 排煙溫度對比

4 預控措施

結合上述具體情況，對鍋爐設計、安裝、調試階段應采取的預控技術措施進行總結。

4.1 測量裝置選型和安裝位置

根據現場條件，選用合理的磨煤機入口一次風量測量裝置、選取合理的安裝位置。避免將測量裝置安裝在風道垂直段或風道轉彎處、距離風門較近處。另外，空預器出口溫度作為一個重要的煙氣溫度監測點，應在每側空預器出口煙道布置3～6 個測點并引入DCS，方便監視和調整。

4.2 設備安裝

加強設備安裝質量管控，在安裝過程中進行監督，重點檢查安裝工藝是否符合說明書和作業指導書要求，重點檢查燃燒器噴口、風環同心度情況，旋流葉片安裝情況。

4.3 調試

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

5 結語

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