電廠鍋爐排煙溫度高原因及其改進措施

崔海鵬

(安徽電力股份有限公司淮南田家庵發(fā)電廠,安徽淮南 232007)

電廠鍋爐排煙溫度高原因及其改進措施

崔海鵬

(安徽電力股份有限公司淮南田家庵發(fā)電廠,安徽淮南 232007)

眾所周知,煤是火電廠發(fā)電成本的主要部分,各電廠都在積極尋求降低煤耗的新技術、新方法。而鍋爐排煙溫度過高是引起鍋爐效率降低、供電煤耗升高的重要原因。本文以淮南田家庵發(fā)電廠#5爐為研究對象,結合實際運行數(shù)據(jù)分析排煙溫度過高的原因,針對原因提出了改進措施。并重點論述了安裝低壓省煤器的實施方案,論證了方案的可行性,以及實施后的效果。

鍋爐 排煙溫度 降低 低壓省煤器

1 前言

1.1 課題研究的目的和意義

鍋爐熱損失由排煙熱損失、機械不完全燃燒熱損失、灰渣物理熱損失、化學不完全燃燒熱損失、散熱損失組成，在鍋爐的各項熱損失中，鍋爐排煙熱損失是影響鍋爐效率最大的一項，一般約為5%～12%，占鍋爐熱損失的60%～70%。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度，一般情況下，排煙溫度每增加10℃，排煙熱損失增加0.5%～0.8%，相應多耗煤1.2%～2.4%[1]。降低排煙溫度對于節(jié)能減排具有重要的實際意義。

1.2 國內外研究動態(tài)

國內外專家學者經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)引起排煙溫度升高的因素主要有漏風、摻冷風量多、受熱面積灰、空預器入口空氣溫度高及受熱面設計不合理等原因。并針對各電廠具體情況進行分析并采取了改進措施;某些學者對熱管傳熱系數(shù)[2]、熱管的工作性能及熱管形式等進行了深入研究，并運用于工程實踐中去;國內外部分專家對加裝低壓省煤器進行了深入研究[3]，取得了很好的效果。

1.3 課題研究內容

針對田家庵發(fā)電廠#5爐，結合實際運行數(shù)據(jù)分析排煙溫度過高的原因。著重從尾部受熱面優(yōu)化方面分析，得出降低排煙溫度的具體方案。并論證方案的可行性，以及實施后可獲得的經(jīng)濟效益。

2 田家庵發(fā)電廠#5爐排煙溫度高原因分析與整治措施

圖1 低壓省煤器并聯(lián)系統(tǒng)

2.1 田家庵發(fā)電廠#5爐概況

田家庵發(fā)電廠#5爐由上海鍋爐廠制造，采用亞臨界壓力、一次中間再熱、控制循環(huán)汽包爐。#5爐投產(chǎn)以來，一直存在鍋爐排煙溫度過高的問題。設計最大排煙溫度為131.11℃，但多數(shù)時候均超過此溫度，尤其在夏季時，甚至超過180℃。過高的排煙溫度降低了鍋爐效率，增加了供電煤耗，給電廠經(jīng)濟性帶來了不利影響。過高的排煙溫度還對電除塵、引風機軸承、脫硫裝置的安全運行帶來了不利影響。

2.2 排煙溫度高原因分析與改進措施

2.2.1 煤種變化引起排煙溫度升高

田家庵發(fā)電廠#5爐設計煤種為山西混合煤，但實際運行時，煤炭主要來源于淮南礦務局及國投新集煙煤。由于實際燃用煤種與設計煤種相比，水份升高、灰分升高、揮發(fā)份降低、發(fā)熱量降低，所以引起排煙溫度升高，詳細論述見文獻[4]?，F(xiàn)在電廠燃用煤種過多，有時還要摻燒煤泥，所以發(fā)熱量常常無法保證，這些因素都導致了排煙溫度升高。各電廠迫于成本壓力，無法保證煤種不變化，所以此因素屬于客觀因素，不作為本論文研究方向。

2.2.2 尾部受熱面換熱能力不足,需改造尾部受熱面

不同負荷工況下，預熱器進口煙溫均高于對應負荷下的設計值。根據(jù)熱力計算書，在額定負荷下，預熱器進口煙溫應為354.4℃[5]，而實際則達到了365℃(表1)。其他負荷下，也存在同樣的問題。解決受熱面換熱能力不足的問題可考慮進行受熱面擴展或者增加受熱面方案。

2.2.3 預熱器出口熱風溫度偏低

預熱器出口風溫度較設計值偏低，如2014年10月20日17點38分，從電廠sis系統(tǒng)查得機組負荷為260MW，但預熱器出口熱風溫度僅為290℃。按設計數(shù)據(jù)，在230MW時，預熱器出口熱風溫度應為313.3℃。引起預熱器出口熱風溫度偏低的原因主要包括:空氣預熱器傳熱元件堵灰、三向密封間隙不當造成漏風率增大、預熱器吹灰器吹灰效果不佳、冬季溫度較低，空預器進口溫度偏低。主要應從以下幾方面解決:加強對預熱器吹灰器的維護，增強吹灰效果;利用機組大小修期間，對預熱器換熱元件進行高壓水沖洗;將預熱器三向密封間隙調整在合格范圍之內，保證預熱器漏風率在6%以下;冬季投入暖風器，以提高預熱器進口溫度。

由于MIF地圖文件中獲得的數(shù)據(jù)是位于地球橢球面上的經(jīng)緯度坐標，所以需要轉化成平面坐標數(shù)據(jù)，才能繪制地圖。轉換方法如下：

表1 不同負荷下預熱器進口煙溫

2.2.4 優(yōu)化運行方式

運行人員應加強調整，保證機組優(yōu)化運行。根據(jù)煤質變化優(yōu)化制粉系統(tǒng)運行，當燃用發(fā)熱量低的煤時，應使用下層制粉系統(tǒng)并且保持較細的煤粉細度，否則燃燒不充分，會使飛灰含碳量增加，燃燒不完全損失增大，從而導致排煙溫度升高。當燃用發(fā)熱量高的煤時，可以保證充分燃燒的情況下使用上層制粉系統(tǒng)。保證過量空氣系數(shù)處于最優(yōu)化運行;選擇一次風與二次風的合適配比，合適的一二次風速。

3 田家庵發(fā)電廠#5爐加裝低壓省煤器方案

3.1 項目背景

田家庵發(fā)電廠#5爐排煙溫度高出設計溫度很多，相比較其他降低排煙溫度措施，安裝低壓省煤器是最直接、最能大幅降低排煙溫度的方法。另外對于無GGH的濕法脫硫系統(tǒng)，進入脫硫系統(tǒng)的煙氣溫度必然增加，這將降低脫硫效率。最佳的脫硫工作溫度為煙氣溫度不得大于80～90℃，安裝低壓省煤器能更有效的將排煙溫度降低到合適范圍內。所以對于#5爐來說，安裝低壓省煤器是最好的直接降低排煙溫度的方法。

3.2 低壓省煤器系統(tǒng)簡介

低壓省煤器是利用鍋爐排煙余熱，節(jié)約能源的有效措施之一。低壓省煤器可以根據(jù)現(xiàn)場具體情況決定裝的鍋爐尾部具體位置，可考慮安裝在除塵器入口或者脫硫吸收塔的進口，其結構與一般省煤器相仿。工程實踐中低壓省煤器大多與主回水成并聯(lián)布置(如圖1)，其進口水取自汽輪機的低壓回熱系統(tǒng)，進入低壓省煤器的凝結水吸收鍋爐排煙熱量后，在除氧器入口與主凝結水匯合。這種熱力系統(tǒng)，低壓省煤器的給水跨過若干級加熱器，實現(xiàn)了排煙余熱的梯級利用。

3.3 低壓省煤器主要運行特性

某300MW機組低壓省煤器的節(jié)能量-負荷特性的關系示于圖2。通過該圖可以看出，安裝低壓省煤器對于負荷率較低的機組在經(jīng)濟上更有利。

圖2 低壓省煤器節(jié)能量與過水流量曲線

圖3 低壓省煤器出口煙溫、節(jié)能量與進口水溫關系

3.3.2 節(jié)能量-水量特性

某300MW機組低壓省煤器的節(jié)能量-水量特性如圖2所示。

3.3.3 進水溫度特性

圖3是某1025t/h爐低壓省煤器出口煙溫、出口水溫和節(jié)能量與進水溫度的關系。圖中低壓省煤器的進口煙溫均保持相等。由圖可知運行中應恰當控制低壓省煤器的出口煙溫，過分追求排煙溫度降低在經(jīng)濟上是不利的。低壓省煤器的以上幾個特性具有普遍性。但具體的函數(shù)關系則與熱力系統(tǒng)的參數(shù)以及低壓省煤器進口煙溫等有關。必須經(jīng)過變工況計算才能確定。

3.4 效果分析

為了更好的了解淮南田家庵發(fā)電廠加裝低壓省煤器后的效果，選取了爐型相同的石橫電廠#2鍋爐作為研究對象。該廠系上鍋廠采用CE技術制造的1025t/h控制循環(huán)鍋爐，與#5爐完全相同。由于鍋爐排煙溫度嚴重偏高，平均達到150℃，超出設計值近20℃，最高時達160℃，影響鍋爐熱效率約1.2個百分點，并威脅到電廠脫硫裝置的安全運行。因此石橫電廠在鍋爐引風機出口至增壓風機入口煙道內加裝了低壓省煤器受熱面。其排煙溫度由151℃降至138.5℃。

3.4.1 經(jīng)濟效益

根據(jù)有關規(guī)定，投入低壓省煤器后，在計算鍋爐效率時，鍋爐排煙溫度仍以空預器出口煙氣溫度為準，不能采用低壓省煤器后的煙氣溫度來計算排煙損失，所以，鍋爐效率不受低壓省煤器投入和解列的影響。投入低壓省煤器后，把汽機側凝結水從低壓省煤器吸收的熱量視為余熱利用。由于汽輪機低加回熱系統(tǒng)從外部額外獲取了這部分熱量，新增了一定的做功能力，所以，汽輪機熱耗率就會降低。石橫電廠#2機組在300MW負荷下，投入低壓省煤器后，汽輪機熱耗率降低35.4kJ/kWh，折合為發(fā)電煤耗率可降低1.3g/kWh。

3.4.2 環(huán)境效益

(1)創(chuàng)造了鍋爐脫硫系統(tǒng)長期連續(xù)安全運行的煙氣溫度條件;在節(jié)水的同時降低了凈煙氣中的含濕量，保護煙囪。(2)節(jié)省燃煤的同時，減少了粉塵，CO2和SO2，NOx等污染物的排放，環(huán)保效益顯著。

4 結論與展望

通過本文的闡述，可以得出安裝低壓省煤器是解決目前電廠鍋爐排煙溫度高的最有效、最直接的方法。主要有以下優(yōu)點:

(1)安裝低壓省煤器可以實現(xiàn)排煙溫度的大幅度降低。有些電廠可以降低排煙溫度20℃，最高的可以降低40℃甚至更高。這個優(yōu)點是其他任何降低排煙溫度的方法都不可能實現(xiàn)的。(2)對于鍋爐燃燒和傳熱影響較小。由于低壓省煤器布置于鍋爐的最后一級受熱面的后面，因此，它的傳熱行為對于鍋爐的一切受熱面的傳熱均不發(fā)生影響。因此既不會降低入爐熱風溫度而影響鍋爐燃燒，也不會使空氣預熱器的傳熱量減少，從而反彈排煙溫度的降低效果。(3)具有良好的煤種和季節(jié)適應性。鍋爐的低壓省煤器的出口煙氣溫度可以根據(jù)季節(jié)和煤質進行調節(jié)，以實現(xiàn)節(jié)約煤耗和防止低溫腐蝕的綜合要求。(4)具有良好的負荷適應性。低壓省煤器的單位標煤節(jié)省量在鍋爐低負荷運行時并不降低，仍然可以保持較高的運行經(jīng)濟性。這一點對于長期處于低負荷運行的機組是非常有利的。

[1]張保全,張利.鍋爐排煙溫度高的分析[J].華北電力技術,2009(24): 167.

[2]Y．W．Zhang,A．Faghri．Heat Transfer in a Pulsating Heat Pipe with Openend．Int．J．Heat Mass Transfer,2002,45(6):756-763.

[3]黃新元.鍋爐加裝低壓省煤器改造技術研究[J].電力建設,2008 (3):98.

[4]丁立新.電廠鍋爐原理[M].北京:中國電力出版社.

[5]上海鍋爐廠.田家庵發(fā)電廠SG-1025/18.3-M837型鍋爐熱力計算書.上海鍋爐廠,1995.

崔海鵬(1982—),男,河北石家莊人,工程碩士,工程師,從事鍋爐檢修技術管理工作。