660MW超臨界機(jī)組排煙溫度高的原因分析

摘 要：針對滄東電廠660MW超臨界機(jī)組排煙溫度偏高問題，根據(jù)理論模擬及現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，分析了各因素對排煙溫度偏高的影響。并得出鍋爐排煙溫度高的主要原因是采用干排渣系統(tǒng)，且冷卻風(fēng)量嚴(yán)重偏大。另外煤質(zhì)太差鍋爐高負(fù)荷結(jié)焦量大和磨煤機(jī)出口溫度控制偏低導(dǎo)致冷一次風(fēng)率偏大，也不同程度地影響了排煙溫度。

關(guān)鍵詞：超臨界機(jī)組；排煙溫度；試驗(yàn)

0 引言

鍋爐排煙熱損失是影響鍋爐熱效率的主要因素，排煙溫度偏高對鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生較大影響。根據(jù)設(shè)備狀況，全面分析造成鍋爐排煙溫度升高的因素，制定相應(yīng)措施以降低排煙溫度，是減少排煙損失、提高鍋爐效率的有效手段。針對滄東電廠SG-2080/25.4-M969型號鍋爐投運(yùn)以來存在不同程度的排煙溫度偏高（額定負(fù)荷下比設(shè)計(jì)值高約20℃左右）的現(xiàn)象，分析鍋爐排煙溫度偏高原因，為改進(jìn)措施提供技術(shù)依據(jù)。該廠二期鍋爐為單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、半露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架和全懸吊結(jié)構(gòu)Π型超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐。鍋爐燃燒方式為四角切圓分級燃燒，燃燒器四墻布置，用低NOx全擺動式直流燃燒器。制粉系統(tǒng)為冷一次風(fēng)正壓直吹式，配置6臺HP983DY型中速碗式磨煤機(jī)，5運(yùn)1備。

1 影響鍋爐排煙溫度主要因素

造成排煙溫度偏高原因主要如下：

（1）漏風(fēng)。指爐膛漏風(fēng)、制粉系統(tǒng)漏風(fēng)及煙道漏風(fēng)，它與運(yùn)行管理、檢修以及設(shè)備結(jié)構(gòu)有關(guān)。漏風(fēng)系數(shù)升高時(shí)，則送風(fēng)系數(shù)下降，即通過空預(yù)器的送風(fēng)量下降，排煙溫度升高。

（2）磨煤機(jī)冷一次風(fēng)比例偏大。冷一次風(fēng)的比例越大，則流過空預(yù)器的風(fēng)量降低，引起排煙溫度升高。

（3）一次風(fēng)率偏高。一次風(fēng)量越大，就會降低送風(fēng)量的比例，引起造成先經(jīng)過空預(yù)器的送風(fēng)量的下降，從傳熱原理分析溫差越大傳熱效果越好，從而降低整個(gè)空預(yù)器的效率，從而導(dǎo)致排煙溫度升高。

（4）受熱面的積灰、結(jié)渣。鍋爐受熱面積灰使受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)降低，鍋爐吸熱量降低，煙氣放熱量減少，空預(yù)器入口煙溫升高，從而導(dǎo)致排煙溫度升高；空氣預(yù)熱器堵灰則使空氣預(yù)熱器傳熱面積減少，也將使煙氣的放熱量減少，使排煙溫度升高。

（5）制粉系統(tǒng)、噴燃器運(yùn)行方式及噴燃器出力。選擇制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式不合理時(shí)的火焰中心會升高，鍋爐熱負(fù)荷在爐膛較高位置處集中，導(dǎo)致排煙溫度升高；相同的制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式下，噴燃器的不同運(yùn)行方式及噴燃器出力也會影響排煙溫度。

（6）燃燒配風(fēng)。燃燒配風(fēng)將直接影響煤粉氣流在爐內(nèi)的燃燒情況、火焰中心位置、氧量、煤質(zhì)燃燼程度等，從而影響爐膛出口煙溫。

（7）空預(yù)器入口風(fēng)溫高。在夏天，空氣預(yù)熱器入口風(fēng)溫高，空氣預(yù)熱器傳熱溫差小，煙氣的放熱量就少，從而使排煙溫度升高。同時(shí)制粉系統(tǒng)需要的熱風(fēng)減少，流過空預(yù)器的一次風(fēng)減少，排煙溫度升高，這屬于環(huán)境因素，是難以克服的。

（8）燃煤煤質(zhì)變化。當(dāng)燃煤煤質(zhì)變化時(shí)，若選擇的制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式及氧量、配風(fēng)不合理，則容易發(fā)生爐膛結(jié)焦、火焰中心上移等，造成排煙溫度升高，排煙損失增大。

（9）受熱面設(shè)計(jì)、安裝、布置等。鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)，對爐膛沾污系數(shù)估算不準(zhǔn)，使得受熱面布置不合理，或者是由于結(jié)構(gòu)不佳造成受熱面吸熱不足，導(dǎo)致空預(yù)器入口煙溫偏高，從而使得排煙溫度升高。

（10）采用干排渣系統(tǒng)且干排渣系統(tǒng)冷卻風(fēng)量偏大，在入爐總?cè)紵諝饬浚ㄑ趿浚┍３植蛔兊那闆r下，干排渣系統(tǒng)冷卻風(fēng)作為燃燒所需的空氣從爐底進(jìn)入，經(jīng)過空預(yù)器的空氣量是相應(yīng)減少。經(jīng)過空預(yù)器后進(jìn)入爐膛的二次風(fēng)溫通常為300～360℃，因此在保證進(jìn)入爐底漏風(fēng)溫度在一定溫度上才能不影響鍋爐效率。但實(shí)際運(yùn)行中爐底進(jìn)風(fēng)溫度遠(yuǎn)低于熱二次風(fēng)溫度。

（11）磨煤機(jī)出口溫度控制不佳，偏低，導(dǎo)致磨煤機(jī)冷風(fēng)用量偏大，從而分流了通過空預(yù)器的一次風(fēng)量，導(dǎo)致排煙溫度升高。

2 制粉系統(tǒng)運(yùn)行對排煙溫度影響分析

2.1 煤粉細(xì)度測試分析

通過對鍋爐制粉系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)目前鍋爐6臺磨煤機(jī)煤粉細(xì)度均滿足要求，磨煤機(jī)動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速最高660r/min，煤粉細(xì)度加權(quán)平均值R90為設(shè)計(jì)值21%，且磨煤機(jī)出力已經(jīng)達(dá)到最大，設(shè)計(jì)56t/h，實(shí)際最大出力60t/h，煤粉細(xì)度對排煙溫度的影響已經(jīng)很小，所以沒有對煤粉細(xì)度進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整。

2.2 一次風(fēng)率測試分析

該廠二期機(jī)組磨煤機(jī)風(fēng)量測量，采用先進(jìn)的機(jī)翼型流量計(jì)，測量準(zhǔn)確，誤差小。但是存在磨煤機(jī)風(fēng)量偏大問題。二期機(jī)組磨煤機(jī)的風(fēng)煤比（磨煤機(jī)風(fēng)量與煤量之比）控制在1.8就能滿足制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行，但實(shí)際情況是50噸煤，風(fēng)量100噸，風(fēng)煤比偏大，尤其是中低煤量時(shí)。磨煤機(jī)風(fēng)量偏大導(dǎo)致，一次風(fēng)率偏高，從而影響排煙溫度升高。

3 鍋爐燃燒運(yùn)行對排煙溫度影響分析

3.1 空預(yù)器傳熱性能對排煙溫度影響測試分析

空預(yù)器運(yùn)行中4小時(shí)吹灰一次，吹灰效果良好，且空預(yù)器換熱面采用搪瓷結(jié)構(gòu)，有效防腐，結(jié)垢積灰很少，空預(yù)器進(jìn)出口壓差正常，且穩(wěn)定，所以空預(yù)器傳熱性能，換熱效果能夠有效保證，對排煙溫度的影響不大。

3.2 氧量變化對排煙溫度影響測試分析

圖1所示為600MW負(fù)荷時(shí)排煙溫度與氧量的關(guān)系。從圖1 可以看出，過量空氣系數(shù)的降低可以降低排煙溫度，但幅度有限，且是以燃燒不充分為代價(jià)的，運(yùn)行氧量1.9%已遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，鍋爐排煙中一氧化碳的含量急劇上升，峰值能達(dá)到1000mg＼Nm3，造成總體鍋爐效率反而下降，而且還引起環(huán)境污染。

3.3 煤質(zhì)影響分析

該廠設(shè)計(jì)煤種與校核煤種均為神華煤，煤質(zhì)分析見表1。

神華煤的灰分中含一氧化鈣在18%～22%之間，屬于中度粘煤；而且灰的熔點(diǎn)低，灰的變形溫度、軟化溫度、半球溫度、熔化溫度各值之間相差不到40℃，有的煤種不超過20℃，使鍋爐受熱面極易產(chǎn)生結(jié)焦和積灰。這主要表現(xiàn)在爐膛及高溫受熱面結(jié)焦 比較嚴(yán)重，另外受熱面的積灰也很嚴(yán)重。在鍋爐負(fù)荷較低、尾部煙氣流速下降的情況下，鍋爐的頻繁吹灰易造成尾部受熱面的煙氣濕度增加，引起管壁積灰板結(jié)（特別是省煤器），危及鍋爐的安全運(yùn)行。

4 鍋爐冷態(tài)條件下對排煙溫度影響分析

4.1 受熱面的積灰影響分析

爐膛尾部受熱面有較多積灰，部位吹灰器吹灰效果不理想。該廠受熱面尾部采用聲波吹灰，其吹灰效果受吹灰過程中壓縮空氣、乙炔壓力、吹灰強(qiáng)度選擇等多方面影響，由于其運(yùn)行中無法直觀檢查吹灰效果，所以在參數(shù)的選擇上存在一定的盲區(qū)。利用檢修機(jī)會對吹灰器檢查發(fā)現(xiàn)，脈沖吹灰器噴口內(nèi)部都有較多的積灰，甚至積灰深入到其喉部，脈沖吹灰器吹灰效果較差，導(dǎo)致受熱面積灰較多，影響傳熱，故導(dǎo)致排煙溫度偏高。

4.2 漏風(fēng)、煙速影響分析

由于爐膛是負(fù)壓運(yùn)行，肯定存在漏風(fēng)，但是漏風(fēng)率要控制在合理范圍內(nèi)，但是由于采用干排渣系統(tǒng)，其本身需要一定的冷風(fēng)冷卻爐渣，所以鍋爐漏風(fēng)計(jì)算無法準(zhǔn)確計(jì)算，需要在運(yùn)行中加強(qiáng)檢查，發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)及時(shí)處理。運(yùn)行中鍋爐的人孔門（檢修口）、觀火孔、頂棚密封、尾部煙道的密封、排渣設(shè)備的密封均是檢查的要點(diǎn)。經(jīng)過計(jì)算，多工況平均爐膛漏風(fēng)比設(shè)計(jì)值高約0.1%，也會造成排煙溫度偏高。

5 采用干排渣系統(tǒng)對排煙溫度的影響分析

5.1 干排渣系統(tǒng)介紹

干式撈渣機(jī)工作原理：自然冷風(fēng)在煤粉鍋爐爐膛負(fù)壓作用下，從干式排渣機(jī)外部進(jìn)入干式排渣機(jī)內(nèi)，將高溫、含有大量熱量的熱渣冷卻成可以直接貯存和運(yùn)輸?shù)睦湓＠鋮s渣產(chǎn)生的熱風(fēng)直接進(jìn)入鍋爐爐膛，將渣從爐膛帶走的熱量再帶回爐膛中，從而減少了鍋爐的熱量損失，高了鍋爐的效率。

從工作原理看出，干排渣系統(tǒng)運(yùn)行中需要冷卻風(fēng)量，但對鍋爐整體系統(tǒng)來說，這就是鍋爐的漏風(fēng)，會引起鍋爐的漏風(fēng)嚴(yán)重。從理論分析，干排渣的冷卻風(fēng)量在鍋爐氧量自動控制的情況下，會導(dǎo)致鍋爐送風(fēng)機(jī)出力的下降，導(dǎo)致通過空預(yù)器的風(fēng)量下降，從而導(dǎo)致排煙溫度上升。

采用干排渣系統(tǒng)如果要不對排煙溫度造成影響，就要滿足干排渣系統(tǒng)的冷卻風(fēng)量從底渣中吸收的熱量基本等于相當(dāng)風(fēng)量從流經(jīng)空預(yù)器的煙氣吸收的熱量，即就是干排渣系統(tǒng)爐底進(jìn)風(fēng)溫度基本等于熱二次風(fēng)溫310-350℃。

5.2 滄東電廠二期660MW超臨界機(jī)組現(xiàn)狀

5.2.1 滄東電廠二期機(jī)組在系統(tǒng)內(nèi)大機(jī)組競賽中排名長期靠后，而影響這一指標(biāo)的原因就是鍋爐排煙溫度。

二期兩臺鍋爐的氧量、煤粉細(xì)度均經(jīng)燃燒調(diào)整試驗(yàn)多次優(yōu)化，對排煙溫度的降低均不明顯。

5.2.2 排渣機(jī)出口渣溫應(yīng)<100℃，當(dāng)超過規(guī)定值達(dá)150℃時(shí)，應(yīng)及時(shí)查找原因，酌情開啟排渣機(jī)本體兩側(cè)冷卻風(fēng)門，開時(shí)從機(jī)頭至機(jī)尾，關(guān)時(shí)從機(jī)尾至機(jī)頭，溫度下降后及時(shí)關(guān)閉冷卻風(fēng)門。

運(yùn)行中干排渣系統(tǒng)鋼帶機(jī)頭部溫度控制不高于150℃就能保證設(shè)備安全運(yùn)行。實(shí)際運(yùn)行中排煙溫度和干排渣鋼帶機(jī)頭部溫度如表2。

從表2可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)情況是滄電二期兩臺超臨界機(jī)組干排渣系統(tǒng)的參數(shù)控制比較保守，干排渣系統(tǒng)的冷卻風(fēng)量一直偏大?？紤]環(huán)境因素，從表2看出夏季環(huán)境溫度最高的季節(jié)機(jī)組滿負(fù)荷，鋼帶機(jī)頭部溫度均不高，低負(fù)荷時(shí)該部位溫度接近環(huán)境溫度，爐底進(jìn)風(fēng)溫度也是遠(yuǎn)低于熱二次風(fēng)溫度。所以低負(fù)荷時(shí)干排渣系統(tǒng)的冷卻風(fēng)量嚴(yán)重偏大，就是鍋爐嚴(yán)重漏風(fēng)，從而導(dǎo)致鍋爐的排煙溫度較高。

2014年5月01日，#3機(jī)組滿負(fù)荷，排煙溫度136℃。干排渣系統(tǒng)因檢修需要將鋼帶機(jī)兩側(cè)小風(fēng)門開啟10對，導(dǎo)致排煙溫度迅速上升至150℃，關(guān)閉上述風(fēng)門后排煙溫度很快恢復(fù)正常，由此可見干排渣系統(tǒng)的冷卻風(fēng)量對排煙溫度的影響很大。

6 磨煤機(jī)出口溫度控制不佳對排煙溫度的影響分析

滄東電廠二期機(jī)組投產(chǎn)后磨煤機(jī)出口溫度控制在70～75℃，具備溫度提升空間。但是磨煤機(jī)出口溫度提升后對制粉系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來隱患，容易發(fā)生爆炸。為此該廠進(jìn)行了專項(xiàng)試驗(yàn)。以確定磨煤機(jī)出口溫度對排演溫度的影響和提高磨煤機(jī)出口溫度的可行性。

6.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

實(shí)施前磨煤機(jī)出口溫度控制在70～75℃。因冷風(fēng)用量偏大，導(dǎo)致流經(jīng)空預(yù)器的冷一次風(fēng)量減少，間接提高了鍋爐排煙溫度。在保證磨煤機(jī)安全運(yùn)行的前提下，通過提高磨煤機(jī)出口溫度，減少磨煤機(jī)冷風(fēng)用量，以降低鍋爐排煙溫度，減少磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)節(jié)門的節(jié)流損失，提高磨煤機(jī)對鍋爐熱負(fù)荷的相應(yīng)速率是這次試驗(yàn)的目的。

6.2 試驗(yàn)過程

神華煤具有揮發(fā)分高、灰熔點(diǎn)低、易爆炸的特性，制粉系統(tǒng)防爆問題一直是燃用神華煤的重點(diǎn)控制內(nèi)容。通過以下試驗(yàn)項(xiàng)目來分析提高磨煤機(jī)出口溫度安全性。

理論分析煤粉在升溫過程中，首先析出水分，然后開始析出揮發(fā)分。煤的揮發(fā)分中主要有CO2、CO、H2、CH4等，揮發(fā)分的可燃?xì)怏w中，CO含量最大。各種組分的開始析出溫度略有差異，其中CO2最先析出，CO稍后析出，H2、CH4等析出溫度更高。當(dāng)制粉系統(tǒng)中出現(xiàn)CO的析出時(shí)，表征煤粉顆粒的反應(yīng)活性增加，發(fā)生爆炸的傾向增強(qiáng)，因此可以通過監(jiān)視CO析出濃度的異常變化，預(yù)判制粉系統(tǒng)發(fā)生爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。

基于以上分析，在不同磨煤機(jī)出力下和不同磨入口熱風(fēng)溫度條件下，對磨煤機(jī)出口煤粉管道內(nèi)CO濃度進(jìn)行了測量，試驗(yàn)結(jié)果見表3（磨出力分別為35t/h和52t/h）。

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)磨出口溫度設(shè)定在80℃，在35t/h與52t/h出力下，磨制神混煤磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物中CO濃度分別為41ppm與21ppm，考慮到CO為析出揮發(fā)分的部分組分，總的揮發(fā)分的濃度應(yīng)在100ppm左右，表明在當(dāng)前運(yùn)行溫度條件下，原煤中揮發(fā)分開始析出，但濃度還較小。

實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，磨制高揮發(fā)分煙煤的直吹式制粉系統(tǒng)的爆燃主要發(fā)生在低出力、以及啟、停磨過程中，當(dāng)磨煤機(jī)大出力運(yùn)行時(shí)，風(fēng)粉混合物濃度超過了爆炸濃度上限，因此一般不會發(fā)生爆炸。

實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對比分析表明，在磨煤機(jī)入口設(shè)定溫度提高后，由于摻入冷風(fēng)比例的減少，磨制神混煤的磨煤機(jī)入口熱風(fēng)溫度提高了60～70℃左右，排煙溫度平均下降了約4℃。

7 試驗(yàn)總結(jié)

將磨制神混煤磨煤機(jī)的出口溫度設(shè)定到85℃長期運(yùn)行是安全的。提高設(shè)定值后，鍋爐排煙溫度降低約4℃，鍋爐效率提高0.2個(gè)百分點(diǎn)。

8 結(jié)語

分析表明，目前該鍋爐排煙溫度高的主要原因是采用干排渣系統(tǒng)，且冷卻風(fēng)量嚴(yán)重偏大。另外煤質(zhì)太差鍋爐高負(fù)荷結(jié)焦量大和磨煤機(jī)出口溫度控制偏低導(dǎo)致冷一次風(fēng)率偏大，也不同程度地影響了排煙溫度。由此可見，影響鍋爐排煙溫度偏高因素較多，電廠在制定降低排煙溫度改進(jìn)方案時(shí)，應(yīng)通過試驗(yàn)分析各因素對排煙溫度的影響大小。根據(jù)各因素對排煙溫度、鍋爐效率、安全運(yùn)行等影響測試分析，在保證安全運(yùn)行條件下，擬定相應(yīng)措施以提高鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

參考文獻(xiàn)

[1]范從振.鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，1986.

[2]張永濤，《鍋爐設(shè)備及系統(tǒng)》，北京：中國電力出版社

（作者單位：河北國華滄東發(fā)電有限責(zé)任公司）