李廣偉

(國電科學技術(shù)研究院， 南京 210031)

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350 MW超臨界鍋爐排煙溫度偏高的原因分析及對策

李廣偉

(國電科學技術(shù)研究院， 南京 210031)

針對350 MW超臨界鍋爐試運行期間排煙溫度高的問題，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)和運行參數(shù)，從空氣預(yù)熱器、鍋爐系統(tǒng)、煤質(zhì)、運行方式等方面分析了機組排煙溫度高的原因并提出了相應(yīng)的處理措施，為類似問題提供借鑒。

空氣預(yù)熱器； 排煙溫度； 調(diào)溫風； 煤質(zhì)

某電廠2號鍋爐是根據(jù)Alstom自有技術(shù)設(shè)計、制造的350 MW超臨界鍋爐，采用一次中間再熱、單爐膛П形、四角切向燃燒、平衡通風、固態(tài)排渣、側(cè)煤倉布置、高強螺栓連接的全鋼構(gòu)架懸吊變壓直流鍋爐。自2015年10月試運行以來，一直存在排煙溫度嚴重偏高的問題，且隨著環(huán)境溫度不斷升高，排煙溫度呈不斷上升趨勢，嚴重影響鍋爐運行的經(jīng)濟性和安全性，但是與其同期建設(shè)的1號鍋爐并不存在此類問題，排煙溫度接近設(shè)計值。筆者通過現(xiàn)場測試與DCS數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的手段，詳細分析了造成該鍋爐排煙溫度偏高的原因，并提出了處理措施。

1 機組排煙溫度實測結(jié)果

2016年1月，2號機組在350 MW負荷下共進行了兩次鍋爐熱效率平行試驗。工況1下，A、B兩側(cè)的實測排煙溫度分別為135.73 ℃和133.01 ℃，修正后分別為140.70 ℃和137.01 ℃；工況2下，A、B兩側(cè)實測排煙溫度分別為136.16 ℃和133.18 ℃，修正后分別為140.92 ℃和137.10 ℃。兩個工況下，修正后的A側(cè)排煙溫度平均值為140.81 ℃，高于設(shè)計值(126.1 ℃)14.71 K，修正后B側(cè)排煙溫度平均值為137.05 ℃，高于設(shè)計值(126.1 ℃)10.95 K。

各負荷下，空氣預(yù)熱器出口煙溫分布見圖1。

圖1 各負荷下，A、B兩側(cè)空氣預(yù)熱器出口煙溫分布

圖1中測點編號為由爐右往爐左編號，即從A側(cè)往B側(cè)。1～7號為A側(cè)測點，8～14號為B側(cè)測點。由圖1可以看出：不同負荷下，A、B兩側(cè)煙道均存在外側(cè)排煙溫度低，內(nèi)側(cè)排煙溫度高的分布趨勢。各工況下，A側(cè)平均排煙溫度明顯高于B側(cè)。其中A、B兩側(cè)排煙溫度單孔最大值約151 ℃，此時的環(huán)境溫度為11.1 ℃。如果在夏季運行，環(huán)境溫度將超過30 ℃，此時的排煙溫度最大值將超過165 ℃。且隨著運行時間的推移，空氣預(yù)熱器的阻力不斷增加，換熱能力下降，該現(xiàn)象會不斷加重。該機組采用電袋結(jié)合除塵器，夏季運行時將存在燒壞布袋的風險。

2 排煙溫度偏高的原因分析

2.1 空氣預(yù)熱器吸熱量不足

試驗期間，空氣預(yù)熱器進出口差壓不大，接近設(shè)計值，且每次試驗前都要全面吹灰，空氣預(yù)熱器基本不存在堵灰現(xiàn)象。350 MW負荷下空氣預(yù)熱器運行參數(shù)見表1。

表1 350 MW負荷下空氣預(yù)熱器運行參數(shù)

由表1可以看出：一次風和二次風側(cè)溫升小于設(shè)計值，煙氣側(cè)溫降均遠小于設(shè)計值。初步判斷空氣預(yù)熱器換熱效果較差。

350 MW負荷下空氣預(yù)熱器換熱效率計算結(jié)果見表2。

表2 350 MW負荷下空氣預(yù)熱器換熱效率計算結(jié)果

表2(續(xù))

由表2可以看出：350 MW負荷下，A、B空氣預(yù)熱器換熱效率分別為62.36%和61.96%，兩側(cè)空氣預(yù)熱器換熱效率均未到達設(shè)計值(70%)?？諝忸A(yù)熱器存在吸熱量不足的問題，這是該鍋爐排煙溫度高于設(shè)計值的主要原因。由于該機組采用成熟機型，并且已經(jīng)投產(chǎn)的1號機組排煙溫度明顯低于2號機組，因此推斷空氣預(yù)熱器換熱面沾污、蓄熱元件傾斜倒伏或者蓄熱元件面積設(shè)計不足等可能性并不是很大。

需要說明的是，上述煙氣側(cè)效率完全根據(jù)ASME PTC4.3標準計算得出，該標準中規(guī)定采用實測空氣預(yù)熱器進口煙溫、實測進口風溫及修正至零漏風狀態(tài)下的排煙溫度進行計算，計算中未考慮空氣預(yù)熱器進口煙氣量與風量的匹配關(guān)系，而這兩者偏離設(shè)計值均會對排煙溫度產(chǎn)生一定程度影響。另外，實測狀態(tài)下空氣預(yù)熱器入口煙溫低于設(shè)計煙溫約33 K，煙氣與冷風之間傳熱溫壓降低了，溫壓是影響傳熱量的一個關(guān)鍵因素。而2號鍋爐兩側(cè)空氣預(yù)熱器漏風率均偏低，過于優(yōu)于保證值(5%)，從機組運行角度上加劇了排煙溫度升高的趨勢。

2.2 磨煤機摻冷風量過大

由表2可見，空氣預(yù)熱器出口熱一次風溫高于熱二次風溫，而設(shè)計參數(shù)上相同負荷下，熱一次風溫比熱二次風溫低12.8 K；熱一次風溫高，說明熱一次風量低，整個空氣預(yù)熱器的冷卻介質(zhì)流量下降，使排煙溫度升高。

根據(jù)實際運行煤種成分和磨煤機運行參數(shù)，計算350 MW負荷下每臺磨煤機的冷風量，結(jié)果見表3。

表3 實際運行中每臺磨的冷風量計算結(jié)果

制粉系統(tǒng)調(diào)溫風變化，則通過空氣預(yù)熱器的熱一次風量也要發(fā)生變化，調(diào)溫風量增加，通過空氣預(yù)熱器的一次熱風就要減少，削弱了空氣預(yù)熱器的傳熱，勢必會造成排煙溫度偏高。

現(xiàn)根據(jù)鍋爐廠提供的熱力計算數(shù)據(jù)匯總，固定空氣預(yù)熱器入口的煙氣量、煙氣溫度、熱二次風量、冷一次風溫、冷二次風溫，通過調(diào)整熱一次風量進行排煙溫度(漏風修正后)的計算，結(jié)果見表4。

表4 設(shè)計煤種下一次風量配比變化對空氣預(yù)熱器排煙溫度的影響

通過表4可以看出：對于該機組來說，每多摻入1 t/h調(diào)溫風，排煙溫度提高約0.16 K。

2.3 磨煤機出口溫度偏低

根據(jù)GB 5145—2002《火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計計算技術(shù)規(guī)定》說明，正壓直吹式制粉系統(tǒng)中速磨煤機出口最高允許溫度的計算公式為：

當w(Vdaf)<40%時，

tM2=[(82-w(Vdaf))×5/3+5]

(1)

根據(jù)實際燃用煤種計算得出，2號鍋爐磨煤機出口溫度應(yīng)控制在80 ℃左右，對比表3中的實際運行數(shù)據(jù)，目前電廠的運行控制策略過于保守。

2.4 一次風率過高

滿負荷下，2號鍋爐一次風機的平均單耗為6.36 kW·h/t，1號鍋爐一次風機的平均單耗為6.06 kW·h/t，2號鍋爐一次風機單耗明顯高于1號鍋爐，由于2臺鍋爐磨煤機一次風量控制曲線相同，分析原因可能是2號鍋爐磨煤機實際一次風量偏大，一次風率過高。滿負荷下，2號鍋爐熱一次風母管壓力高達9.71 kPa，磨煤機入口風壓為8～9 kPa，一次風壓過高造成一次風速過高；日常運行中磨煤機入口熱一次風門開度只有40%～50%，開度過小造成節(jié)流損失。此外，通過DCS畫面顯示的粉管出口風速反算，所有磨煤機的入口風量DCS顯示測量值均低于計算值。

一次風率的升高，在爐膛出口過量空氣一定的情況下，使送風量相對較少，空氣預(yù)熱器二次風吸收煙氣熱量的能力下降，導致排煙溫度升高。

2.5 鍋爐爐底漏風量大

該機組采用干排渣系統(tǒng)，利用爐內(nèi)負壓吸入一定量冷風來冷卻高溫爐渣。在相同爐膛運行氧量時，爐底吸入的冷風將導致通過空氣預(yù)熱器空氣流量減少，排煙溫度升高。通常認為，鋼帶機頭部風溫與排渣溫度接近，根據(jù)電廠近期運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，干排渣系統(tǒng)出渣溫度均不高于90 ℃，與設(shè)計值相比出渣溫度偏低；同時現(xiàn)場對干渣機箱體耳形進風口檢查，發(fā)現(xiàn)大部分進風口均處于全開狀態(tài)，結(jié)合其他電廠經(jīng)驗，初步判斷，從干排渣系統(tǒng)進入爐底冷卻風量偏大。

2.6 入爐煤種的影響

目前該廠的煤炭供應(yīng)以汽車運輸為主，入爐煤煤質(zhì)很不穩(wěn)定，根據(jù)試驗期間的煤質(zhì)化驗結(jié)果，入爐煤的低位發(fā)熱量為17.33～24.33 MJ/kg，收到基灰分為11%～33%，煤質(zhì)浮動范圍很大，時好時壞。當煤的灰分含量升高，受熱面積灰嚴重，使傳熱系數(shù)降低，吸熱量減少，排煙溫度升高；而且煤的發(fā)熱量較低時，相對于發(fā)熱量高的煤種必須增大燃煤量，又會使灰量進一步增大，加劇了換熱器的積灰。此外，燃用高灰分煤，會增加制粉系統(tǒng)的負擔，使制粉系統(tǒng)的分離效率下降，導致煤粉顆粒變粗，煤粉均勻性變差，煤粉燃盡推遲，排煙溫度升高[1]。

2.7 鍋爐運行方式的影響

根據(jù)試驗測試結(jié)果，各臺磨煤機各粉管煤粉濃度偏差較大，各粉管的一次風速偏差也較大。在滿負荷下，鍋爐A側(cè)(爐右)氧量明顯低于B側(cè)(爐左)；滿負荷下，A側(cè)分隔屏出口蒸汽溫度比B側(cè)高12 K左右，A側(cè)過熱減溫水為15.7 t/h，B側(cè)過熱減溫水為0 t/h，分隔屏過熱器A側(cè)平均壁溫比B側(cè)高10.6 K，后屏過熱器A側(cè)平均壁溫比B側(cè)高27 K。滿負荷下鍋爐典型過熱受熱面壁溫分布見圖2。

圖2 滿負荷下分隔屏過熱器壁溫分布圖

從壁溫和爐膛出口氧量的分布及結(jié)合左右側(cè)汽溫、煙溫等多方面的數(shù)據(jù)分析，爐右側(cè)煙氣量明顯大于爐左側(cè)，造成A側(cè)的平均排煙溫度高于B側(cè)。分析原因是由于該機組采用側(cè)煤倉布置，連接爐右的煤粉管道長度遠小于連接爐左的煤粉管道，沿程阻力的不同，造成粉管的一次風速和煤粉濃度都產(chǎn)生了偏差；雖然調(diào)試過程中進行了一次風冷態(tài)調(diào)平，但在熱態(tài)運行中，由于氣流變?yōu)闅夤虄上嗔鳎鞣酃苤g阻力偏差增大，導致熱態(tài)下一次風速偏差大，從而導致各粉管之間粉量分布不均勻。

3 排煙溫度偏高的對策

(1) 生產(chǎn)人員應(yīng)根據(jù)鍋爐的不同煤質(zhì)和運行特性，基于機組在線監(jiān)測參數(shù)，診斷分析爐內(nèi)各受熱面積灰結(jié)渣的情況，制定合理的吹灰策略，并加強檢修清灰，確?？諝忸A(yù)熱器煙氣差壓在設(shè)計值以下。

(2) 在保證不堵管的前提下，適當減小一次風量，提高一次風溫，降低火焰中心，降低爐膛出口溫度及排煙溫度，提高鍋爐效率；當負荷變化時，要及時調(diào)整過量空氣系數(shù)，調(diào)整燃燒工況，控制排煙溫度在經(jīng)濟排煙溫度下運行，提高鍋爐效率，從而提高整個火電發(fā)電廠的經(jīng)濟性。由于該廠2號機組投運時間不長，各種運行工況參數(shù)控制尚處于摸索階段，沒有試驗數(shù)據(jù)作為科學合理調(diào)整控制依據(jù)，建議電廠進行制粉系統(tǒng)及燃燒調(diào)整試驗，以確定各種負荷下參數(shù)運行控制最佳值。

(3) 在保證磨煤機設(shè)備安全和滿足制粉系統(tǒng)防爆要求的情況下，根據(jù)實際燃用煤種，按照推薦值，實時調(diào)整磨煤機出口溫度。盡快進行風量標定和熱態(tài)一次風調(diào)平試驗，以保證各層一次風速偏差在5%以內(nèi)。根據(jù)不同的煤質(zhì)參數(shù)調(diào)整煤粉細度，盡可能均勻各燃燒器之間的煤粉濃度分布，并優(yōu)化磨煤機組合方式。高負荷時，盡量運行下層制粉系統(tǒng)，但應(yīng)避免造成水冷壁壁溫升高，并注意調(diào)整再熱汽溫。

(4) 通過對干排渣系統(tǒng)各清掃鏈檢修孔、端部看火孔、人孔門等進行增加密封條等措施，加強對干排渣殼體的密封。在運行期間，根據(jù)機組負荷以及煤質(zhì)，積極進行干除渣系統(tǒng)箱體耳形進風口風門開度的調(diào)整，使鋼帶出口底渣溫度維持100～150 ℃，通過干排渣風量專項試驗，以便根據(jù)出渣溫度等參數(shù)合理控制爐底冷卻風量，減少其對排煙溫度的影響。

(5) 從燃燒角度看，爐底漏風、爐膛與煙道的漏風、磨煤機調(diào)溫風、備用磨煤機的通風及燃燒器的冷卻風、磨煤機密封風等，都屬于無組織風量，會引起鍋爐效率下降，因此應(yīng)盡量減少。

(6) 針對煤質(zhì)不穩(wěn)定的問題，目前只有通過加大對入廠煤質(zhì)的監(jiān)督，做好混配煤工作，盡量改善燃煤質(zhì)量，使其熱值接近設(shè)計煤種。

4 結(jié)語

造成鍋爐排煙溫度升高的原因有多種，既有空氣預(yù)熱器自身的原因，又有鍋爐系統(tǒng)的原因。單純的采用增加空氣預(yù)熱器換熱面積的方法來降低排煙溫度，往往達不到預(yù)期效果。應(yīng)根據(jù)實際情況分析排查，找到準確原因后采取針對性的措施。通過采取上述一系列措施后，該機組鍋爐排煙溫度大幅下降，并接近設(shè)計值，取得了很好的效果。

[1] 余建飛, 張明, 劉忠秀. 600 MW機組鍋爐水冷壁高溫腐蝕及原因分析[J]. 湖北電力, 2014, 38(8): 49-52.

Cause Analysis of High Exhaust Gas Temperature in a 350 MW Supercritical Boiler and the Countermeasures

Li Guangwei

(Guodian Science and Technology Research Institute, Nanjing 210031, China)

To solve the problem of high exhaust gas temperature during trial operation of a 350 MW supercritical boiler, an analysis was conducted on the causes from the perspectives of air preheater, boiler system, coal quality and operation mode, etc., combining with relevant test data and operation parameters, after which corresponding countermeasures were put forward to serve as a reference for treatment of similar problems.

air preheater; exhaust gas temperature; tempering air; coal quality

2016-05-09；

2016-05-25

李廣偉(1983—)，男，工程師，從事機組性能測試、系統(tǒng)優(yōu)化及電站調(diào)試技術(shù)研究。

E-mail: rikoi@aliyun.com

TK223.7

A

1671-086X(2017)02-0117-04

運行與改造