降低循環(huán)流化床鍋爐排煙溫度的方法

何映光

(云南大唐國(guó)際紅河發(fā)電有限責(zé)任公司，云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661600)

300 MW循環(huán)流化床鍋爐屬于引進(jìn)型環(huán)保鍋爐，具有低溫燃燒、高效脫硫脫硝、煤種適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)。但由于技術(shù)較新，對(duì)其燃燒機(jī)理目前還沒(méi)能完全掌握，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)生了很多意想不到的問(wèn)題。其中最突出的問(wèn)題是排煙溫度嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致鍋爐效率較設(shè)計(jì)值偏低，增加了運(yùn)行成本，急需尋求較為可行的解決方法。

1 設(shè)備狀況

云南大唐紅河電廠新投產(chǎn)了2臺(tái)國(guó)產(chǎn)化300 MW循環(huán)流化床鍋爐潔凈煤燃燒機(jī)組，鍋爐主要由單爐膛、尾部對(duì)流煙道、4臺(tái)高溫絕熱旋風(fēng)分離器、4臺(tái)回料閥、4臺(tái)外置式換熱器、4臺(tái)冷渣器和1臺(tái)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器等部分組成。單爐膛采用褲衩腿、雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)，爐膛內(nèi)蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁及水冷壁延伸墻結(jié)構(gòu)。

由于流化床鍋爐水冷壁磨損較大，且磨損機(jī)理還沒(méi)有完全掌握，泄漏停爐所占幾率較大。為解決這一問(wèn)題，電廠采取水冷壁讓管改造、在密相區(qū)加裝防磨梁等一系列措施，取得較為滿意的效果。但這也造成排煙溫度進(jìn)一步升高，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性與鍋爐安全性之間的矛盾日益突出。

2 排煙溫度高原因

2.1 施工因素

由于施工工藝及控制投資成本等因素的影響，導(dǎo)致1，2號(hào)爐在投產(chǎn)后排煙溫度較設(shè)計(jì)值偏高。其中，1號(hào)爐排煙溫度為150.8 ℃，2號(hào)爐排煙溫度為153.1 ℃，較設(shè)計(jì)值148 ℃分別升高2.8 ℃和5.1 ℃，影響煤耗分別升高0.476 g/kW?h和0.867 g/kW?h。

2.2 煤質(zhì)變化

鍋爐設(shè)計(jì)燃燒的煤種為小龍?zhí)逗置?，滿負(fù)荷時(shí)燃燒煤量為210 t/h。但實(shí)際運(yùn)行中采用小龍?zhí)睹?、建水煤及彌勒煤的混合燃燒，滿負(fù)荷時(shí)燃燒煤量最高達(dá)350 t/h。燃燒煤種嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤種，導(dǎo)致鍋爐效率下降。由于燃燒煤量增幅高達(dá)67 %，引起排煙量的大幅增加，導(dǎo)致排煙溫度升高；而且低負(fù)荷排煙溫度升高幅度較小，高負(fù)荷排煙溫度升高幅度較大。

2.3 鍋爐水冷壁讓管、防磨梁改造

鍋爐讓管改造，即將水冷壁密相區(qū)凸臺(tái)區(qū)域防磨結(jié)構(gòu)由“軟著陸”改為“讓管防磨”結(jié)構(gòu)，增加翼墻與水冷壁之間的灰流道的寬度，以降低夾角通道的灰濃度(見(jiàn)圖1)。通過(guò)改造，降低了內(nèi)循環(huán)物料貼壁的速度，減緩了對(duì)水冷壁的直接沖刷，達(dá)到了降低磨損的目的，延長(zhǎng)了機(jī)組連續(xù)運(yùn)行周期。

300 MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組進(jìn)行讓管、防磨梁改造后，對(duì)鍋爐的主要影響是水冷壁換熱面積有所減少。在機(jī)組負(fù)荷相同的情況下，會(huì)造成鍋爐出口及尾部煙道各級(jí)受熱面入口煙溫升高，進(jìn)而造成鍋爐排煙損失增大，使鍋爐效率降低。由表1看出，讓管改造后鍋爐排煙溫度升高2.7 ℃，鍋爐效率降低0.1 %，發(fā)電煤耗增加0.46 g/kW?h；讓管、防磨梁改造后，鍋爐排煙溫度升高6.58 ℃，鍋爐效率降低0.23 %，發(fā)電煤耗增加1.12 g/kW?h。

2.4 吹灰及環(huán)境溫度變化

當(dāng)尾部煙道內(nèi)受熱面積灰較多時(shí)，由于傳熱效率下降，影響受熱面的吸熱效果，導(dǎo)致排煙溫度升高；而環(huán)境溫度的不同，也會(huì)影響鍋爐換熱效率，最終導(dǎo)致排煙溫度的變化。

3 解決排煙溫度高的方法

3.1 采用與設(shè)計(jì)煤種相接近的煤種

為克服煤種變化導(dǎo)致的影響，最好的辦法就是盡量采用與設(shè)計(jì)煤種相接近的煤種。若改為全燒小龍?zhí)睹?，鍋爐排煙溫度會(huì)有所降低，尤其高負(fù)荷時(shí)會(huì)比較明顯。其主要原因是：全燒小龍?zhí)睹簳r(shí)，分離器出口溫度雖然升高，但煙氣量減少，進(jìn)入尾部煙道的總熱量減少，而尾部受熱面吸熱量變化不大，導(dǎo)致排煙損失下降。因此，全燒小龍?zhí)睹簳r(shí)，排煙溫度會(huì)比摻燒彌勒煤時(shí)有所降低。但考慮到要控制SO2排放量在一定范圍內(nèi)，全燒小龍?zhí)陡吡蛎簞?shì)必導(dǎo)致石灰石摻燒量及風(fēng)量增大。這樣，在一定程度上又會(huì)降低控制排煙溫度的效果；另一方面也會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電耗增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示：額定出力工況下燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)，引風(fēng)機(jī)耗電率為1.4 %；而當(dāng)煤種偏離設(shè)計(jì)值較大時(shí)，引風(fēng)機(jī)耗電率上升到1.9 %，導(dǎo)致平均耗電率上升約0.5 %，由此影響機(jī)組供電煤耗增加0.5～1.0 g/kW?h。

3.2 解列1號(hào)高加汽側(cè)

在無(wú)法從本質(zhì)上解決設(shè)計(jì)原因帶來(lái)的循環(huán)流化床鍋爐排煙溫度高問(wèn)題的情況下，可嘗試用解列1號(hào)高加汽側(cè)的方法加以解決。1號(hào)高加汽側(cè)解列前后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。從表2可以看出，1號(hào)高加汽側(cè)解列對(duì)機(jī)組影響較大。

(1) 對(duì)排煙溫度的影響。1號(hào)高加汽側(cè)的退出對(duì)排煙溫度(空預(yù)器入口煙溫)影響較大。在滿負(fù)荷工況下，當(dāng)高加汽側(cè)投入時(shí)空預(yù)器入口煙溫在328～347 ℃變化，而退出1號(hào)高加汽側(cè)后該溫度則在303～328 ℃變化，降低了約20 ℃；給水溫度由273 ℃降至240 ℃，下降了33 ℃。但省煤器出口水溫在高加汽側(cè)投入時(shí)在356.84～361.15 ℃之間變化，退出時(shí)在354.48～360.04 ℃變化，投退前后變化約1 ℃。

表1 改造前后的鍋爐效率、發(fā)電煤耗分析

表2 1號(hào)高加汽側(cè)解列前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)

(2) 對(duì)爐膛燃燒的影響。1號(hào)高加汽側(cè)退出后，給水溫度下降了33 ℃。按常理，爐膛所需吸熱量增大，鍋爐效率降低，但由于省煤器吸熱量超過(guò)設(shè)計(jì)值，所以省煤器出口水溫僅下降1 ℃。這意味著1號(hào)高加汽側(cè)退出后，進(jìn)入汽包給水預(yù)熱熱并未太大變化，水冷壁換熱幾乎未受影響。而1號(hào)高加汽側(cè)的退出造成給水溫度降低，在保證給水預(yù)熱熱的同時(shí)，還降低了排煙溫度7 ℃，降低了排煙損失。

(3) 對(duì)引風(fēng)機(jī)的影響。1號(hào)高加汽側(cè)退出，排煙溫度降低了7 ℃，煙氣流量下降了4 %，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)效率提高，出力下降，單耗降低。同時(shí)也造成電除塵效率提高，粉塵濃度下降，引風(fēng)機(jī)損耗降低。

(4) 對(duì)汽輪機(jī)的影響。1號(hào)高加汽側(cè)退出，機(jī)組在305 MW負(fù)荷時(shí)，各監(jiān)視段壓力、主再熱汽溫、主蒸汽流量都在額定范圍內(nèi)，因而可長(zhǎng)期運(yùn)行。而在相同負(fù)荷下，外界環(huán)境溫度也相同時(shí)，1號(hào)高加汽側(cè)切除后調(diào)節(jié)級(jí)壓力更接近于設(shè)計(jì)值，且低壓缸排氣溫度基本不變。這意味著切除1號(hào)高加汽側(cè)不影響汽輪機(jī)效率，主要是因?yàn)椋?/p>

① 1，2號(hào)機(jī)汽輪機(jī)制造、安裝與設(shè)計(jì)有誤差，正常情況下沒(méi)能達(dá)到設(shè)計(jì)效率，而1號(hào)高加汽側(cè)退出后的運(yùn)行工況更接近設(shè)計(jì)工況(調(diào)節(jié)級(jí)壓力)；

② 1號(hào)高加汽側(cè)抽氣加熱給水，經(jīng)濟(jì)性較后幾級(jí)低，而該高加汽側(cè)所需預(yù)熱熱完全能在省煤器中得到彌補(bǔ)；

③ 中壓缸效率較高壓缸高，1號(hào)高加汽側(cè)解列后，這部分抽氣轉(zhuǎn)移到汽輪機(jī)中做功，提高了機(jī)組效率。

3.3 適度調(diào)整吹灰時(shí)間及次數(shù)

當(dāng)鍋爐燃燒煤種較差、石灰石摻燒比例較高、粉塵濃度大時(shí)，可適當(dāng)增加吹灰次數(shù)，必要時(shí)每班1次。同時(shí)，也可改變吹灰程序，增加空預(yù)器吹灰次數(shù)；檢修時(shí)安排對(duì)空預(yù)器換熱元件的檢查、沖洗和更換，保證空預(yù)器的換熱能力，降低排煙溫度。另一方面，在機(jī)組小修時(shí)將鍋爐長(zhǎng)槍吹灰器改為短吹灰槍對(duì)吹，以保證吹灰系統(tǒng)的可靠投入。

3.4 受熱面綜合改造

隨著對(duì)循環(huán)流化床鍋爐的進(jìn)一步深入了解，可以考慮對(duì)爐膛受熱面進(jìn)行技術(shù)改造，在爐膛內(nèi)增加布置屏過(guò)熱器、屏再熱器。2號(hào)機(jī)組投產(chǎn)至今，再熱汽溫偏低的問(wèn)題一直未能解決，對(duì)鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成很大影響。在借鑒其他循環(huán)流化床鍋爐成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可以考慮此種方案。同時(shí)，也可以在尾部煙道增加低溫省煤器受熱面積，在提高鍋爐給溫度水的同時(shí)降低排煙溫度。對(duì)于空預(yù)器，在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加一層受熱面，提高空預(yù)器的換熱能力。如此綜合改造可有效降低排煙溫度。

3.5 風(fēng)機(jī)變頻改造

通過(guò)對(duì)一二次風(fēng)機(jī)電機(jī)加變頻改造，提高了風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，減少了風(fēng)機(jī)對(duì)空預(yù)器入口風(fēng)溫的熱增益效應(yīng)，達(dá)到降低排煙溫度的目的，同時(shí)可降低風(fēng)機(jī)用電率約0.75 %，減少供電煤耗約2.50 g/kW?h。

4 結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)流化床鍋爐會(huì)由于設(shè)計(jì)不合理、安裝不規(guī)范、運(yùn)行偏離設(shè)計(jì)工況等原因，導(dǎo)致排煙溫度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值。解決此問(wèn)題的方法很多，但每種方法都有利有弊。解列1號(hào)高加汽側(cè)可作為臨時(shí)方法，但要從根本上解決問(wèn)題，還是得從改進(jìn)設(shè)計(jì)及解決受熱面吸熱不足方面著手，以保證循環(huán)流化床鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 孫獻(xiàn)斌．國(guó)產(chǎn)300 MW循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)研究[J]．熱力發(fā)電．2001，30(6).

2 黨黎軍．循環(huán)流化床鍋爐的啟動(dòng)調(diào)試與安全運(yùn)行[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2003.