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，爐膛漏風量，制粉系統(tǒng)摻入冷風量，鍋爐給水溫度，空預(yù)器入口風溫等。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及密封風量偏高排擠流經(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重、磨煤機出口溫度設(shè)定值偏低及總體一次風率偏高、空預(yù)器入口風溫偏高等，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(CCOFA)及3層分離燃盡風(SOFA)。采用冷一次風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。可以看出，兩臺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?，1、2號爐空預(yù)器入口煙溫基本一致(為提高低負荷時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，平均一次風溫升反而比設(shè)計值高11.5 ℃，平均二次風溫升也比設(shè)計值高17.9 ℃。

表5低負荷時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)器漏風率計算空預(yù)器X比對比情況見表6?？梢钥闯觯?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，相同負荷下，燃燒所需風量基本一致，造成空預(yù)器X比偏低的原因一般為鍋爐摻入冷風或漏入冷風量大，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，爐底干渣機漏入冷風，爐底水封不嚴漏入冷風，爐膛及煙道不嚴漏入冷風，其他系統(tǒng)進入的冷風等。

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

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、小油槍助燃風、吹掃風等)進入鍋爐的冷風量一般較少，但也不排除因各種異常原因造成冷風量增大的可能，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量大引發(fā)。通過排查發(fā)現(xiàn)主燃區(qū)上部二次風道護板燒損等多處漏風點，經(jīng)重新焊接修復(fù)后低負荷下?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點，以進一步降低排煙溫度。