電站鍋爐經(jīng)濟性的原因分析及技術(shù)改造

樊彥如

(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030)

能源是現(xiàn)代社會快速發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的深化和新能源技術(shù)的發(fā)展，燃煤發(fā)電比例逐年下降，新能源消費量和消費比例呈現(xiàn)逐年上升趨勢，但煤電為主的電力供應(yīng)方式會持續(xù)很長一段時間，節(jié)能、減排、降耗、增效仍是發(fā)電技術(shù)致力于攻克的難關(guān)。某廠通過改變吹灰方式、采取調(diào)整風(fēng)煤比、增設(shè)下級省煤器、減少鍋爐底部漏風(fēng)等方法合理降低排煙溫度，增設(shè)定排擴容器乏汽回收系統(tǒng)減少汽水損失，采用燃氣點火方式節(jié)約啟動成本，這些技術(shù)改造使鍋爐的效率和經(jīng)濟性顯著提高，對企業(yè)健康、高效、可持續(xù)發(fā)展有重要的意義。

1 設(shè)備概況及存在問題

某廠司配備3×480t/h高壓自然循環(huán)汽包鍋爐，燃燒器四角布置切圓燃燒、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、燃油點火、π型布置，設(shè)計煤種為李家豪煙煤。在鍋爐建成運行之初，因排煙溫度高限制鍋爐帶負荷能力，不能達到經(jīng)濟的燃燒工況，影響了鍋爐的熱效率和經(jīng)濟性。電站鍋爐作為高壓蒸汽的供應(yīng)裝置，出力受限嚴重影響到汽輪發(fā)電機及后續(xù)化工裝置的安全、穩(wěn)定、長期、滿負荷、優(yōu)質(zhì)運行。

鍋爐啟停、正常運行過程中的連續(xù)排污水、定期排污水、過熱器疏水、汽包事故放水、除氧器放水、冬季汽暖疏水進入定排擴容器，擴容后閃蒸產(chǎn)生的微過熱蒸汽形成乏汽，在定排擴容器排空管出口處形成“白龍”，浪費大量的熱源和水資源，鍋爐啟停次數(shù)多，燃油消耗量大，增加了運行成本，影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2 原因分析

經(jīng)過熱工院性能試驗與熱力核算及對鍋爐內(nèi)外部的檢查得出結(jié)論：水平煙道堵灰現(xiàn)象嚴重，省煤器受熱面布置少吸熱量不足，磨煤機風(fēng)量調(diào)整方式設(shè)計不合理及風(fēng)量測量裝置誤差大、鍋爐底部漏風(fēng)等原因共同導(dǎo)致排煙溫度高難以帶負荷。定排擴容器乏汽直接對空排放未有效回收，導(dǎo)致汽水損失造成熱源和水源大量浪費。啟動過程中燃油用量大且鍋爐出力是根據(jù)化工裝置需求發(fā)生變化，所以鍋爐啟停次數(shù)較多，燃油點火成本過高。

2.1 水平煙道積灰嚴重

水平煙道原采用乙炔脈沖吹灰系統(tǒng)，只能吹走松散型積灰。燃煤灰分大導(dǎo)致水平煙道堵灰現(xiàn)象嚴重時（圖1），乙炔吹灰很難將灰吹走，堵灰導(dǎo)致受熱面熱阻增大、有效換熱面積減少，水平煙道受熱面吸熱不充分，煙氣有效溫降減小，煙道向后各段煙氣溫度逐步升高，最終導(dǎo)致排煙溫度升高，排煙熱損失增加，鍋爐熱效率下降。

圖1 水平煙道堵灰

2.2 省煤器有效受熱面少換熱量不足

通過實際運行工況與設(shè)計工況對比（表1），煙氣側(cè)：省煤器進、出口煙氣溫降實際值比設(shè)計值高41℃；給水側(cè)：省煤器內(nèi)給水溫升實際值低于設(shè)計值22℃，省煤器吸熱量少煙氣帶走的熱量增加，排煙溫度升高。

表1 給水溫度、煙氣溫度實際工況與設(shè)計工況對比

2.3 磨煤機風(fēng)煤比不當(dāng)，機械不完全燃燒熱損失增加

磨煤機風(fēng)煤比不當(dāng)，磨煤機入口風(fēng)量測量裝置測量誤差偏大是導(dǎo)致這一問題的主要原因，通過熱工試驗測得磨煤機風(fēng)煤比均在3：1左右，而MPS中速磨正常風(fēng)煤比在2：1左右，所以當(dāng)煤粉從燃燒器吹進爐膛后，所需的點火能量增加，著火推遲，火焰中心上移，機械不完全燃燒熱損失增加，爐膛出口煙溫上升，排煙溫度上升。由于沒有熱風(fēng)調(diào)節(jié)門，運行中只能在熱風(fēng)門全開的條件下依靠冷風(fēng)調(diào)節(jié)門、混合風(fēng)調(diào)節(jié)門控制磨煤機出口溫度在正常范圍內(nèi)，在負荷變化時調(diào)整手段單一，難以通過控制磨煤機入口風(fēng)量控制風(fēng)煤比在合理范圍內(nèi)，這也是導(dǎo)致問題的重要原因。

2.4 鍋爐底部漏風(fēng)，火焰中心上移

用飄帶對爐膛底部的漏風(fēng)情況進行檢查，當(dāng)飄帶靠近水封槽時向水封槽方向飛舞，說明水封槽密封不嚴，有風(fēng)從爐底進入爐膛。

以上這些因素共同導(dǎo)致排煙溫度升高，排煙溫度每升高約15℃，鍋爐熱損失增加1%。排煙溫度也不是越低越好，應(yīng)當(dāng)處于設(shè)計的區(qū)間范圍內(nèi)，當(dāng)排煙溫度低于酸露點溫度時，硫酸鹽附著在空預(yù)器上，粘結(jié)煙氣中的飛灰，導(dǎo)致空預(yù)器換熱面堵灰、腐蝕，同樣影響鍋爐的安全經(jīng)濟運行。

2.5 定排擴容器對空排放汽水損失嚴重

定排擴容器在鍋爐運行整個過程中始終有帶壓的高溫?zé)崴M入，擴容后閃蒸的乏汽直接排入大氣形成的“白龍”，造成了嚴重的熱污染和能源浪費。

2.6 燃油點火成本高

電站鍋爐是“以熱定電”的自備鍋爐，正常“三運行一備用”，根據(jù)化工用戶的負荷變動、檢修需求，每年鍋爐啟停次數(shù)較多，且單臺爐每次點火需耗燃油10t左右，增加了購買燃油成本。

3 技術(shù)改造對策

針對上述導(dǎo)致鍋爐排煙溫度高、汽水損失嚴重、啟動成本高的原因，制定了吹灰系統(tǒng)改造、增加省煤器受熱面面積、磨煤機入口風(fēng)量重新標定和熱門調(diào)整門改造、乏汽回收系統(tǒng)改造、改變鍋爐點火方式等。

3.1 水平煙道吹灰系統(tǒng)改造

將水平煙道乙炔吹灰系統(tǒng)全部拆除，兩側(cè)各增加5臺蒸汽式長伸縮吹灰器，蒸汽參數(shù)為壓力為2.5MPa，溫度為316℃，吹灰氣源與疏水排放點均與爐膛短旋轉(zhuǎn)吹灰器一致。吹灰后各段金屬壁溫下降明顯，迎風(fēng)受熱面清潔干凈。

3.2 增加省煤器受熱面面積

經(jīng)過熱力核算，管式空預(yù)器拆除后不影響制粉系統(tǒng)正常運行調(diào)整，原省煤器作為上級省煤器，入口聯(lián)箱至于煙道內(nèi)作為改造后的中間聯(lián)箱，新增規(guī)為φ32×4的管排160根置于原管式空預(yù)的空間作為下級省煤器，底部外置省煤器入口聯(lián)箱。新增下級省煤器系統(tǒng)圖（見圖2）。

由于新增了下級省煤器，煙氣系統(tǒng)流動阻力增加，流速下降，增加了下級省煤器松散積灰的幾率，為了不影響長時間連續(xù)高負荷運行時導(dǎo)致的引風(fēng)機出力過大以及省煤器吸熱量不足，省煤器區(qū)域增設(shè)了兩臺蒸汽吹灰器，汽源同樣取自爐膛吹灰系統(tǒng)減壓站，疏水進入定排擴容器。省煤器下面還布置了3臺灰斗，沉積煙道內(nèi)部分飛灰，定期由灰斗下方以壓縮空氣為動力的倉泵打到灰?guī)臁Ｒ环矫婢徑饬擞捎谛略鍪∶浩鞫黾拥囊L(fēng)機的出力，另一方面，減少了進入電除塵的飛灰，提高了電袋除塵器的脫除效率。

圖2 新增下級省煤器系統(tǒng)圖

3.3 磨煤機入口風(fēng)量校正和調(diào)風(fēng)系統(tǒng)改造

磨煤機入口風(fēng)量測量裝置測量誤差大，根本原因是文丘里式測量裝置對流場的穩(wěn)定性要求高，如流場擾動強烈，造成的誤差就大，造成運行人員誤判斷，影響調(diào)節(jié)質(zhì)量。根據(jù)流場的特點，選用對流場穩(wěn)定性要求較低的機翼型風(fēng)量測量裝置，更換后通過實驗，測量值與實際值接近，滿足調(diào)整要求。

原磨煤機入口熱風(fēng)道只有快關(guān)門，只能處于全開全關(guān)狀態(tài)，啟動前暖磨、低負荷運行、停磨吹掃時磨出口溫度難以控制，存在爆炸危險。將磨煤機入口冷風(fēng)道出口接到混合風(fēng)調(diào)節(jié)門后（圖3），將原來的混合風(fēng)調(diào)節(jié)門作為熱風(fēng)調(diào)節(jié)門使用，易于實現(xiàn)冷熱風(fēng)的配比與溫度的調(diào)整。

圖3 磨煤機入口風(fēng)道改造圖

3.4 爐底水封槽增高改造

爐底水封槽高度過低，水封受燃燒、掉渣的影響很容易造成水位下降，導(dǎo)致從爐底進入爐膛，抬高火焰中心，排煙溫度上升。在水封槽原有的高度上，焊接100mm的鋼板，水封槽注滿水后，水封對抗外界干擾能力增強，水封不會輕易受到破壞漏風(fēng)。

3.5 乏汽回收系統(tǒng)改造

該系統(tǒng)由三大部分組成：水封筒、乏汽回收器（圖4）、管道等系統(tǒng)。在定排擴容器排空管上加裝水封筒封堵乏汽，阻止直接排入大氣，利用激波抽吸器射流對乏汽產(chǎn)生吸卷的作用互相混合換熱，使乏汽凝結(jié)，不凝結(jié)氣體通過排空閥排出，凝液出口溫度可通過調(diào)整除鹽水量大小來完成。凝液進入汽機熱井，重新處理進入除氧器作為鍋爐的給水。

水封安全閥整定壓力0.02MPa，當(dāng)鍋爐啟機或出現(xiàn)事故時，定排排量突然增大或排放的疏水壓力增加。使定排壓力超過0.02MPa時安全水封瞬間被沖開泄壓，乏汽從原管路上排放泄壓，保證啟停機和事故狀態(tài)時安全。

圖4 定排擴容器乏汽回收系統(tǒng)圖

3.6 改變?nèi)加忘c火方式

某廠化工生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生很大一部分混合性可燃氣體，傳統(tǒng)的方式就是將燃氣通過火炬管線直接燃燒排空，造成大量燃氣浪費、環(huán)境熱污染。

為了回收浪費的燃氣，某廠在燃油點火系統(tǒng)的下層增設(shè)了燃氣點火系統(tǒng)，燃氣通過減壓站降壓后，通過爐前調(diào)壓后直接進入鍋爐燃燒，這樣一方面可以減少燃氣的浪費，另一方面也可以減少鍋爐煤耗量。

由于燃氣的易燃易爆易中毒等特性，為了保證系統(tǒng)的嚴密性，每次投運燃氣系統(tǒng)前必須進行燃氣泄露試驗和系統(tǒng)置換。實驗或置換不合格禁止點火，直至查明原因消除故障為止。系統(tǒng)停用置換完畢后，要將盲板閥倒至關(guān)位，確保系統(tǒng)徹底隔離，大大提高系統(tǒng)的安全等級。

4 改造效果

鍋爐改造完畢后，排煙溫度有效降低，經(jīng)西安熱工研究院進行性能試驗，技改后達到了預(yù)期效果，取得了圓滿成功。改造后#1、#2、#3鍋爐最大連續(xù)負荷滿足性能要求。乏汽全部回收、燃氣直接點火，節(jié)約大量原煤，循環(huán)熱效率大幅提升，經(jīng)濟效益顯著。鍋爐熱效率測試結(jié)果表明（表2），改造后鍋爐的熱效率也滿足設(shè)計要求。

表2 鍋爐熱效率試驗結(jié)果

排煙溫度高改造后，鍋爐出力不再受限，汽輪發(fā)電機組可以連續(xù)滿負荷發(fā)電，與上年同期對比多發(fā)電月7000萬kW·h，經(jīng)濟效益十分顯著。

乏汽回收系統(tǒng)改造后，乏汽熱量、工質(zhì)全部與除鹽水進入熱井，無熱量損失?；厥掌髦懈鲄?shù)：除鹽水：t=25 ℃、P=0.5 MPa、H=105kJ/kg； 乏 汽：t=104—110 ℃、P=0.02 ～ 0.05 MPa、H=2697kJ/kg、Q ≈ 3t/h；電站煤發(fā)熱量 :Qnet.ar=4800Kcal/kg(20160kJ/kg)，鍋爐及管道等熱力設(shè)備效率:η=83.3%，年運行小時數(shù)6000小時。

回 收 熱 量：（2697-105）kJ/kgx3T/hx6000h=4.67x1010 kJ

則 每 年 節(jié) 約 煤：9.61x1010 kJ/（20160×83.3%）=2778t

燃氣點火系統(tǒng)的增加改變了傳統(tǒng)燃油點火的方式，利用燃氣點火可節(jié)省柴油10噸左右，直接經(jīng)濟效益8萬余元，由于某廠電站根據(jù)化工用汽量以熱定電，鍋爐啟停次數(shù)較多，所以每年可以為廠里節(jié)約燃油開支百萬余元。正常運行中化工產(chǎn)生的尾氣也大部分進入鍋爐燃燒，每臺爐每小時節(jié)約煤6噸左右，全年節(jié)約煤：6t/h×6000h=3.6×104t。

5 結(jié)語

電站鍋爐各項改造后排煙溫度有效降低，滿負荷試驗時，鍋爐熱效率及其他各項參數(shù)達到了設(shè)計值。乏汽回收循環(huán)利用，也取得了很好的經(jīng)濟效益。燃氣點火節(jié)約了大量的燃油成本。以上這些技改項目都在節(jié)能減排方面產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益與社會效益，為公司打造本質(zhì)安全型、質(zhì)量效益型、創(chuàng)新驅(qū)動型、節(jié)約環(huán)保型、和諧發(fā)展型做出了積極貢獻。