350 MW超臨界鍋爐排煙溫度偏高的原因分析及對(duì)策

李廣偉

(國電科學(xué)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(duì)策

李廣偉

(國電科學(xué)技術(shù)研究院， 南京 210031)

針對(duì)350 MW超臨界鍋爐試運(yùn)行期間排煙溫度高的問題，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)，從空氣預(yù)熱器、鍋爐系統(tǒng)、煤質(zhì)、運(yùn)行方式等方面分析了機(jī)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(fēng)； 煤質(zhì)

某電廠2號(hào)鍋爐是根據(jù)Alstom自有技術(shù)設(shè)計(jì)、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(fēng)、固態(tài)排渣、側(cè)煤倉布置、高強(qiáng)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(yùn)行以來，一直存在排煙溫度嚴(yán)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(shì)，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，但是與其同期建設(shè)的1號(hào)鍋爐并不存在此類問題，排煙溫度接近設(shè)計(jì)值。筆者通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與DCS數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的手段，詳細(xì)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(jī)組排煙溫度實(shí)測(cè)結(jié)果

2016年1月，2號(hào)機(jī)組在350 MW負(fù)荷下共進(jìn)行了兩次鍋爐熱效率平行試驗(yàn)。工況1下，A、B兩側(cè)的實(shí)測(cè)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(shí)測(cè)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(gè)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(jì)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(jì)值(126.1 ℃)10.95 K。

各負(fù)荷下，空氣預(yù)熱器出口煙溫分布見圖1。

圖1 各負(fù)荷下，A、B兩側(cè)空氣預(yù)熱器出口煙溫分布

圖1中測(cè)點(diǎn)編號(hào)為由爐右往爐左編號(hào)，即從A側(cè)往B側(cè)。1～7號(hào)為A側(cè)測(cè)點(diǎn)，8～14號(hào)為B側(cè)測(cè)點(diǎn)。由圖1可以看出：不同負(fù)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(shì)。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(shí)的環(huán)境溫度為11.1 ℃。如果在夏季運(yùn)行，環(huán)境溫度將超過30 ℃，此時(shí)的排煙溫度最大值將超過165 ℃。且隨著運(yùn)行時(shí)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(huì)不斷加重。該機(jī)組采用電袋結(jié)合除塵器，夏季運(yùn)行時(shí)將存在燒壞布袋的風(fēng)險(xiǎn)。

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(yàn)期間，空氣預(yù)熱器進(jìn)出口差壓不大，接近設(shè)計(jì)值，且每次試驗(yàn)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(fù)荷下空氣預(yù)熱器運(yùn)行參數(shù)見表1。

表1 350 MW負(fù)荷下空氣預(yù)熱器運(yùn)行參數(shù)

由表1可以看出：一次風(fēng)和二次風(fēng)側(cè)溫升小于設(shè)計(jì)值，煙氣側(cè)溫降均遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值。初步判斷空氣預(yù)熱器換熱效果較差。

350 MW負(fù)荷下空氣預(yù)熱器換熱效率計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 350 MW負(fù)荷下空氣預(yù)熱器換熱效率計(jì)算結(jié)果

表2(續(xù))

由表2可以看出：350 MW負(fù)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(dá)設(shè)計(jì)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(jì)值的主要原因。由于該機(jī)組采用成熟機(jī)型，并且已經(jīng)投產(chǎn)的1號(hào)機(jī)組排煙溫度明顯低于2號(hào)機(jī)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得出，該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定采用實(shí)測(cè)空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙溫、實(shí)測(cè)進(jìn)口風(fēng)溫及修正至零漏風(fēng)狀態(tài)下的排煙溫度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算中未考慮空氣預(yù)熱器進(jìn)口煙氣量與風(fēng)量的匹配關(guān)系，而這兩者偏離設(shè)計(jì)值均會(huì)對(duì)排煙溫度產(chǎn)生一定程度影響。另外，實(shí)測(cè)狀態(tài)下空氣預(yù)熱器入口煙溫低于設(shè)計(jì)煙溫約33 K，煙氣與冷風(fēng)之間傳熱溫壓降低了，溫壓是影響傳熱量的一個(gè)關(guān)鍵因素。而2號(hào)鍋爐兩側(cè)空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率均偏低，過于優(yōu)于保證值(5%)，從機(jī)組運(yùn)行角度上加劇了排煙溫度升高的趨勢(shì)。

2.2 磨煤機(jī)摻冷風(fēng)量過大

由表2可見，空氣預(yù)熱器出口熱一次風(fēng)溫高于熱二次風(fēng)溫，而設(shè)計(jì)參數(shù)上相同負(fù)荷下，熱一次風(fēng)溫比熱二次風(fēng)溫低12.8 K；熱一次風(fēng)溫高，說明熱一次風(fēng)量低，整個(gè)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(shí)際運(yùn)行煤種成分和磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算350 MW負(fù)荷下每臺(tái)磨煤機(jī)的冷風(fēng)量，結(jié)果見表3。

表3 實(shí)際運(yùn)行中每臺(tái)磨的冷風(fēng)量計(jì)算結(jié)果

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

現(xiàn)根據(jù)鍋爐廠提供的熱力計(jì)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(fēng)量、冷一次風(fēng)溫、冷二次風(fēng)溫，通過調(diào)整熱一次風(fēng)量進(jìn)行排煙溫度(漏風(fēng)修正后)的計(jì)算，結(jié)果見表4。

表4 設(shè)計(jì)煤種下一次風(fēng)量配比變化對(duì)空氣預(yù)熱器排煙溫度的影響

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

2.3 磨煤機(jī)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(jì)計(jì)算技術(shù)規(guī)定》說明，正壓直吹式制粉系統(tǒng)中速磨煤機(jī)出口最高允許溫度的計(jì)算公式為：

當(dāng)w(Vdaf)<40%時(shí)，

tM2=[(82-w(Vdaf))×5/3+5]

(1)

根據(jù)實(shí)際燃用煤種計(jì)算得出，2號(hào)鍋爐磨煤機(jī)出口溫度應(yīng)控制在80 ℃左右，對(duì)比表3中的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，目前電廠的運(yùn)行控制策略過于保守。

2.4 一次風(fēng)率過高

滿負(fù)荷下，2號(hào)鍋爐一次風(fēng)機(jī)的平均單耗為6.36 kW·h/t，1號(hào)鍋爐一次風(fēng)機(jī)的平均單耗為6.06 kW·h/t，2號(hào)鍋爐一次風(fēng)機(jī)單耗明顯高于1號(hào)鍋爐，由于2臺(tái)鍋爐磨煤機(jī)一次風(fēng)量控制曲線相同，分析原因可能是2號(hào)鍋爐磨煤機(jī)實(shí)際一次風(fēng)量偏大，一次風(fēng)率過高。滿負(fù)荷下，2號(hào)鍋爐熱一次風(fēng)母管壓力高達(dá)9.71 kPa，磨煤機(jī)入口風(fēng)壓為8～9 kPa，一次風(fēng)壓過高造成一次風(fēng)速過高；日常運(yùn)行中磨煤機(jī)入口熱一次風(fēng)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(fēng)速反算，所有磨煤機(jī)的入口風(fēng)量DCS顯示測(cè)量值均低于計(jì)算值。

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

2.5 鍋爐爐底漏風(fēng)量大

該機(jī)組采用干排渣系統(tǒng)，利用爐內(nèi)負(fù)壓吸入一定量冷風(fēng)來冷卻高溫爐渣。在相同爐膛運(yùn)行氧量時(shí)，爐底吸入的冷風(fēng)將導(dǎo)致通過空氣預(yù)熱器空氣流量減少，排煙溫度升高。通常認(rèn)為，鋼帶機(jī)頭部風(fēng)溫與排渣溫度接近，根據(jù)電廠近期運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，干排渣系統(tǒng)出渣溫度均不高于90 ℃，與設(shè)計(jì)值相比出渣溫度偏低；同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)干渣機(jī)箱體耳形進(jìn)風(fēng)口檢查，發(fā)現(xiàn)大部分進(jìn)風(fēng)口均處于全開狀態(tài)，結(jié)合其他電廠經(jīng)驗(yàn)，初步判斷，從干排渣系統(tǒng)進(jìn)入爐底冷卻風(fēng)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(yùn)輸為主，入爐煤煤質(zhì)很不穩(wěn)定，根據(jù)試驗(yàn)期間的煤質(zhì)化驗(yàn)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(dòng)范圍很大，時(shí)好時(shí)壞。當(dāng)煤的灰分含量升高，受熱面積灰嚴(yán)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(shí)，相對(duì)于發(fā)熱量高的煤種必須增大燃煤量，又會(huì)使灰量進(jìn)一步增大，加劇了換熱器的積灰。此外，燃用高灰分煤，會(huì)增加制粉系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，使制粉系統(tǒng)的分離效率下降，導(dǎo)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(yùn)行方式的影響

根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，各臺(tái)磨煤機(jī)各粉管煤粉濃度偏差較大，各粉管的一次風(fēng)速偏差也較大。在滿負(fù)荷下，鍋爐A側(cè)(爐右)氧量明顯低于B側(cè)(爐左)；滿負(fù)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(fù)荷下鍋爐典型過熱受熱面壁溫分布見圖2。

圖2 滿負(fù)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(jī)組采用側(cè)煤倉布置，連接爐右的煤粉管道長度遠(yuǎn)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(fēng)速和煤粉濃度都產(chǎn)生了偏差；雖然調(diào)試過程中進(jìn)行了一次風(fēng)冷態(tài)調(diào)平，但在熱態(tài)運(yùn)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(dǎo)致熱態(tài)下一次風(fēng)速偏差大，從而導(dǎo)致各粉管之間粉量分布不均勻。

3 排煙溫度偏高的對(duì)策

(1) 生產(chǎn)人員應(yīng)根據(jù)鍋爐的不同煤質(zhì)和運(yùn)行特性，基于機(jī)組在線監(jiān)測(cè)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(qiáng)檢修清灰，確保空氣預(yù)熱器煙氣差壓在設(shè)計(jì)值以下。

(2) 在保證不堵管的前提下，適當(dāng)減小一次風(fēng)量，提高一次風(fēng)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(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，要及時(shí)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(jì)排煙溫度下運(yùn)行，提高鍋爐效率，從而提高整個(gè)火電發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性。由于該廠2號(hào)機(jī)組投運(yùn)時(shí)間不長，各種運(yùn)行工況參數(shù)控制尚處于摸索階段，沒有試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為科學(xué)合理調(diào)整控制依據(jù)，建議電廠進(jìn)行制粉系統(tǒng)及燃燒調(diào)整試驗(yàn)，以確定各種負(fù)荷下參數(shù)運(yùn)行控制最佳值。

(3) 在保證磨煤機(jī)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(shí)際燃用煤種，按照推薦值，實(shí)時(shí)調(diào)整磨煤機(jī)出口溫度。盡快進(jìn)行風(fēng)量標(biāo)定和熱態(tài)一次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)，以保證各層一次風(fēng)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(xì)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(jī)組合方式。高負(fù)荷時(shí)，盡量運(yùn)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(duì)干排渣系統(tǒng)各清掃鏈檢修孔、端部看火孔、人孔門等進(jìn)行增加密封條等措施，加強(qiáng)對(duì)干排渣殼體的密封。在運(yùn)行期間，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷以及煤質(zhì)，積極進(jìn)行干除渣系統(tǒng)箱體耳形進(jìn)風(fēng)口風(fēng)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(fēng)量專項(xiàng)試驗(yàn)，以便根據(jù)出渣溫度等參數(shù)合理控制爐底冷卻風(fēng)量，減少其對(duì)排煙溫度的影響。

(5) 從燃燒角度看，爐底漏風(fēng)、爐膛與煙道的漏風(fēng)、磨煤機(jī)調(diào)溫風(fēng)、備用磨煤機(jī)的通風(fēng)及燃燒器的冷卻風(fēng)、磨煤機(jī)密封風(fēng)等，都屬于無組織風(fēng)量，會(huì)引起鍋爐效率下降，因此應(yīng)盡量減少。

(6) 針對(duì)煤質(zhì)不穩(wěn)定的問題，目前只有通過加大對(duì)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(jì)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(dá)不到預(yù)期效果。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況分析排查，找到準(zhǔn)確原因后采取針對(duì)性的措施。通過采取上述一系列措施后，該機(jī)組鍋爐排煙溫度大幅下降，并接近設(shè)計(jì)值，取得了很好的效果。

[1] 余建飛, 張明, 劉忠秀. 600 MW機(jī)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(jī)組性能測(cè)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(yùn)行與改造