伍志朋，史俊瑞，冷 杰，陳鵬飛，谷聰偉

(1.沈陽工程學(xué)院能源與動力學(xué)院，遼寧沈陽110136;2.東北電力科學(xué)研究院有限公司鍋爐技術(shù)研究所，遼寧沈陽110006)

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國電力工業(yè)也發(fā)生了巨大的變化，發(fā)電裝機容量在2013年已經(jīng)達到3 000 GW，其中火電機組以8%的裝機容量逐年增加。與此同時，由于燃煤的價格持續(xù)上漲，使得發(fā)電行業(yè)的生產(chǎn)成本增加［1，2，5，9］。為了充分提升鍋爐熱效率，提高電廠的經(jīng)濟性［4-6］，對某電廠 HG-2080/17.5-HM12型鍋爐的熱效率進行了測試試驗，其結(jié)果為提高鍋爐的熱效率，減少能耗提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 設(shè)備簡介

HG-2080/17.5-HM12型鍋爐為亞臨界壓力、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣、單爐膛、一次中間再熱、控制循環(huán)汽包鍋爐、鍋爐整體Π型布置、全鋼構(gòu)架懸吊緊身全封閉結(jié)構(gòu)。鍋爐配備7臺輥式中速磨煤機，燃用設(shè)計煤種滿負荷運行時，6臺運行，1臺備用;配置2臺三分倉空氣預(yù)熱器;多級噴水減溫過熱器采用三級噴水減溫，第一級噴水減溫器布置于低溫過熱器與分隔屏之間，第二級噴水減溫器布置于分隔屏與過熱器后屏之間，第三級噴水減溫器布置于過熱器后屏與末級過熱器之間;再熱器采用擺動燃燒器調(diào)溫。

鍋爐主要設(shè)計參數(shù)見表1，燃料特性見表2。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

表2 鍋爐設(shè)計煤質(zhì)數(shù)據(jù)

2 試驗準備條件

在進行鍋爐各項試驗時，需要滿足以下的測試要求［3］:

1)電廠備好試驗用煤，要求試驗用煤盡量接近設(shè)計煤種，且試驗保持連續(xù)進行，防止由于煤質(zhì)的波動對試驗數(shù)據(jù)造成影響。

2)試驗前，鍋爐在試驗負荷下穩(wěn)定運行1 h以上。

3)試驗期間，蒸汽溫度、壓力、流量、過量空氣系數(shù)、爐膛負壓、給水溫度等主要運行參數(shù)保持穩(wěn)定，試驗期間可接受的主要參數(shù)的浮動范圍為:鍋爐蒸發(fā)量±3%、過熱蒸汽壓力±2%、過熱蒸汽溫度±5℃。

4)空氣預(yù)熱器出、入口和低溫省煤器出口的煙氣取樣測點能夠順利開啟;取樣泵電源連接完畢，試運行正常;煙氣分析儀校驗合格，保證測試煙氣的成分準確可靠。

5)試驗期間禁止啟停磨煤機。

6)試驗前進行受熱面吹灰，并且在試驗正式開始前1 h完成全部吹灰工作，試驗期間嚴禁吹灰。

7)關(guān)閉汽包的定排與連排閥門，試驗期間禁止排污、打焦等。

8)試驗期間不投油助燃。

3 試驗測量方法與樣品分析

3.1 溫度測量

在煙道的空氣預(yù)熱器進、出口處采用等截面網(wǎng)格法的原則，安裝T型鎧裝熱電偶測量煙氣溫度，將每2 s采集一次的溫度信號送至IMP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

3.2 煙氣取樣測量

在采集溫度參數(shù)的同時，用混合罐采集所需煙氣，利用TESTO330煙氣分析儀每隔10 min分析一次煙氣中O2、CO2和CO含量。

3.3 原煤取樣及分析

在給煤機下料管中每30 min取樣一次，每次取樣2 kg，取樣結(jié)束后，立即將樣本封存，送至相關(guān)機構(gòu)進行煤質(zhì)化驗，化驗的內(nèi)容包括工業(yè)分析、發(fā)熱量和元素分析。

3.4 灰渣取樣及分析

采用零壓等速法，按網(wǎng)格法逐點取樣的原則，在空氣預(yù)熱器出口的每個溫度測點位置用煙道飛灰采用槍采集，每點采樣5 min，取樣有效時間與鍋爐試驗工況時間相等。爐渣取樣位置在爐底撈渣機出口，每30 min取樣一次，并將采集的灰渣樣品送至相關(guān)機構(gòu)進行灰、渣可燃物含量分析。

3.5 大氣條件測量

在送風(fēng)機入口附近用干濕球溫度計測量溫度和濕度;用膜盒式壓力計測量大氣壓力，每20 min測量一次。試驗過程中所需要的其他機組運行參數(shù)，每隔30 min在控制室獲取一次。

4 試驗結(jié)果及分析

4.1 鍋爐熱效率試驗結(jié)果

鍋爐熱效率試驗依據(jù)GB10184-1988《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》［3］進行，采用反平衡方法計算鍋爐熱效率。

依據(jù)試驗鍋爐機組的設(shè)計參數(shù)，鍋爐熱效率試驗分別在機組600 MW、500 MW和420 MW電負荷下進行，在性能試驗前鍋爐已達到上述的試驗要求。根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果將鍋爐熱效率試驗的主要數(shù)據(jù)結(jié)果列于表3中。在進行鍋爐排煙溫度測量過程中發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器出口煙道斷面上煙氣溫度的最低值出現(xiàn)在B側(cè)煙道的最外側(cè)，以上3個工況實際測量排煙溫度的最低值分別為102.6 ℃、96.4 ℃和92.5 ℃，試驗結(jié)果的鍋爐熱效率曲線如圖1所示。

圖1 鍋爐熱效率隨機組電負荷變化曲線

隨著負荷的逐步增加，鍋爐的熱效率也隨之變大，出現(xiàn)這一變化的原因有兩點:一是由于單位容積的散熱量不會隨負荷的增多而增多，鍋爐的散熱相對減少，也就意味著效率增加;二是由于隨著鍋爐負荷增大，燃燒更穩(wěn)定，灰渣的中含碳量減小，所以燃燒效率也增大。從表3中可以看出:隨著機組負荷的上升，鍋爐排煙溫度有所上升，但氧量大幅度下降，最終使得排煙熱損失隨負荷上升而下降。在運行過程中，氧量隨負荷上升而下降，使得爐內(nèi)燃燒變差，機械未完全燃燒熱損失上升。不同負荷下鍋爐本體的散熱量變化很小，但隨著負荷的下降，鍋爐的輸入熱量是下降的，散熱損失是隨著負荷下降而上升的?；以锢頍釗p失受煤質(zhì)、排煙溫度、基準溫度等多個因素影響，與負荷的變化規(guī)律無關(guān)。

表3 鍋爐熱效率試驗主要數(shù)據(jù)結(jié)果

在現(xiàn)場采集試驗數(shù)據(jù)的過程中，存在部分不確定因素，因此，在進行鍋爐熱效率計算之后需要對其結(jié)果進行評估，分析試驗結(jié)果的可信度［7］。根據(jù)GB10184-1988規(guī)定的計算方法，影響鍋爐熱效率的主要因素有:①煤粉收到基碳、氫、氧、氮、硫含量;②煤粉收到基全水分;③收到基灰分;④收到基低位發(fā)熱量;⑤排煙中氧氣、一氧化碳、溫度的含量;⑥送風(fēng)機及入口空氣的溫度、爐渣和灰分可燃物的含量。該鍋爐機組600 MW電負荷工況下各主要因素對鍋爐熱效率產(chǎn)生影響的幅度變化，如圖2所示。

圖2 各主要因素對鍋爐熱效率產(chǎn)生影響的幅度變化

從圖2中可以看出:對鍋爐熱效率計算結(jié)果影響最大的主要是煤的收到基碳含量、收到基氫含量、鍋爐排煙氧量和飛灰可燃物含量，與文獻［2］相符。因此，可利用圖2得到的結(jié)果調(diào)整鍋爐運行中的主要參數(shù)，了解該參數(shù)變化對鍋爐熱效率的影響幅度，從而為判斷不同工況下鍋爐熱效率提供參考。該試驗中主要影響因素的參數(shù)變化范圍都是比較小的，不會對鍋爐熱效率的計算結(jié)果帶來明顯的不確定度。在鍋爐運行過程中，如果這幾項主要影響因素的參數(shù)變化幅度較大，則采用這些數(shù)據(jù)進行鍋爐熱效率預(yù)測會產(chǎn)生較大誤差。

4.2 空氣預(yù)熱器漏風(fēng)及煙氣阻力試驗結(jié)果

空氣預(yù)熱器漏風(fēng)及阻力試驗在鍋爐額定工況下進行，在每臺空氣預(yù)熱器入口及出口煙道的采樣斷面以網(wǎng)格法布置40個采樣點，試驗開始后，在空氣預(yù)熱器入口及出口同時進行煙氣采樣，并通過煙氣分析儀進行分析，分析結(jié)果每15 min記錄一次;同時利用U型差壓計測量空氣預(yù)熱器入口及出口煙道內(nèi)的煙氣靜壓，試驗數(shù)據(jù)每15 min記錄一次?？諝忸A(yù)熱器漏風(fēng)及煙風(fēng)阻力試驗與機組600 MW電負荷鍋爐熱效率試驗同時進行。

試驗期間保持機組穩(wěn)定運行，未進行影響試驗工況的調(diào)節(jié)，符合空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率試驗所需的要求。鍋爐空氣預(yù)熱器漏風(fēng)及煙氣阻力試驗主要數(shù)據(jù)結(jié)果，如表4所示。

表4 空預(yù)器漏風(fēng)及煙氣阻力試驗主要數(shù)據(jù)結(jié)果

4.3 鍋爐主要輔機功率試驗結(jié)果

鍋爐輔機功率試驗與不同工況下的鍋爐熱效率試驗同時進行，試驗過程中機組穩(wěn)定運行，記錄試驗期間輔機電流以計算功率，鍋爐輔機功率試驗結(jié)果如表5所示。

表5 鍋爐輔機功率試驗結(jié)果

4.4 問題分析

根據(jù)文獻［8］提供的鍋爐煙氣酸露點溫度計算方法，針對鍋爐實際燃煤的煤質(zhì)進行分析計算，得出機組在600 MW、500 MW和420 MW電負荷工況下的排煙酸露點溫度分別為 93.45 ℃、90.74 ℃ 和 88.90 ℃。在進行鍋爐排煙溫度測量過程中發(fā)現(xiàn):在鍋爐空氣預(yù)熱器出口煙道斷面上，煙氣溫度的最低值出現(xiàn)在B側(cè)煙道的最外側(cè)，以上3個工況實際測量排煙溫度的最低值分別為102.6℃、96.4℃和92.5℃。為了防止鍋爐受熱面發(fā)生低溫腐蝕，排煙溫度至少比煙氣的露點溫度高10℃，而根據(jù)此試驗結(jié)果，該鍋爐的排煙溫度并沒有達到此要求。該發(fā)電廠地處寒冷地區(qū)，進入冬季時最低氣溫能夠達到-30℃左右，此環(huán)境下的鍋爐排煙溫度將更低，更容易發(fā)生低溫腐蝕現(xiàn)象。為避免此現(xiàn)象發(fā)生，可以考慮采用以下兩種方式:一方面在鍋爐機組中投入暖風(fēng)器，提高鍋爐排煙溫度，防止低溫腐蝕的同時能夠提高鍋爐熱效率;另一方面，可以考慮低溫省煤器的運行時機，在低溫省煤器入口煙氣溫度低于110℃的情況下自動斷開低溫省煤器，保護鍋爐尾部設(shè)備的受熱面。

5 結(jié)論

1)在試驗中，該鍋爐機組的熱效率、空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率和主要輔機功率均達到相關(guān)的設(shè)計和保證標準，鍋爐機組運行正常。

2)在用鍋爐反平衡法計算鍋爐熱效率時，需要注意對其試驗結(jié)果進行不確定度的分析。煙道中煙氣溫度是典型的三維分布，應(yīng)采用多點測量且取平均值。試驗過程中要嚴格控制排煙溫度和煙氣中氧量的測量誤差，消除人為因素的影響，提高對飛灰含碳量及煤粉中氫元素的測量精度。

3)保護鍋爐尾部受熱面，一方面可以視時機的投運低溫省煤器，另一方面可以投運暖風(fēng)器。

［1］楊 震，莊恩如，曹子棟.600MW超臨界直流鍋爐的燃燒調(diào)整試驗［J］.動力工程，2007，27(4):502-506.

［2］宋大勇，代 玲，冷 杰.鍋爐性能試驗測量不確定度分析［J］.東北電力技術(shù)，2007，28(2):30-32.

［3］中華人民共和國機械電子工業(yè)部.JB.10184-1988.電站鍋爐性能試驗規(guī)程［S］.

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