480t/h CFB鍋爐排煙溫度偏高的原因分析及治理

何布朗　孫耀平　劉玉春　鄧德兵

【摘 要】針對(duì)某超高壓135MW 循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)機(jī)變頻改造后出現(xiàn)的“搶風(fēng)”問題，在實(shí)際運(yùn)行的冷態(tài)和熱態(tài)工況下進(jìn)行了診斷試驗(yàn)。根據(jù)診斷試驗(yàn)結(jié)果，提出了最優(yōu)改造方案。對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造后問題得以解決。

【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床;一次風(fēng)機(jī);離心風(fēng)機(jī);變頻;搶風(fēng)

中圖分類號(hào)： TK229.66文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）16-0037-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.016

Diagnose Test and Retrofit of the “Blower Pinch” of the Primary Air Fan after Coversion Refomation ?in a 135 MW Super-high Pressure CFB Boiler

HE Bu-lang1 SU Yao-ping2 LIU Yu-chun2 DENG De-bing1

（1.SuZhou Nuclear Power Research Institute，Suzhou Jiangsu 215004，China;

2.Dianta Shendong Power Generation Co.Ltd，Shenmu Shanxi 719300，China）

【Abstract】To clear the “blower pinch” of the primary air fan after coversion reformation in a 135 MW super-high pressure CFB boiler，a related cold and thermal diagnostic test was carried out in the primary air fan under normal working condition。Besed on the test result，an optimum reformation sheme has been obtained。The problem was finally solved by taking appropriate retrofit.

【Key words】Circulating fluidized bed; Primary air fan; Centrifugal fan; Frequency conversion; Blower pinch

1 設(shè)備概述

1.1 鍋爐概述

陜西某電廠135MW機(jī)組鍋爐是由無錫鍋爐廠制造的UG-480/13.7-M型自然循環(huán)、單汽包、超高壓循環(huán)流化床鍋爐，為單爐膛一次中間再熱、島式布置。鍋爐主要由爐膛、兩臺(tái)高溫絕熱式旋風(fēng)分離器和一個(gè)尾部豎井煙道三部分組成。燃燒室蒸發(fā)受熱面采用膜式水冷壁，水循環(huán)采用單汽包、自然循環(huán)、單段循環(huán)系統(tǒng)。采用水冷布風(fēng)板、內(nèi)嵌逆流柱型風(fēng)帽。燃燒室內(nèi)布置水冷屏來增加蒸發(fā)受熱面。燃燒室內(nèi)還布置有屏式Ⅱ級(jí)過熱器和屏式熱段再熱器。尾部對(duì)流煙道中布置Ⅲ級(jí)、Ⅰ級(jí)過熱器、冷段再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器。

1.2 大修改造概述

該鍋爐自投運(yùn)以來，為了防止?fàn)t膛水冷壁的磨損，水冷壁四角及水冷壁頂部均敷設(shè)了耐磨混凝土;同時(shí)，屏式再熱器初期運(yùn)行過程中由于屏再出口管局部存在超溫現(xiàn)象，現(xiàn)屏式再熱器面積比原設(shè)計(jì)有所減少。以上兩方面的原因?qū)е聽t膛內(nèi)部受熱面積比原設(shè)計(jì)下降了近150m2，造成目前整體床溫運(yùn)行偏高（大約950～970℃之間）。

為了滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求，降低鍋爐NOX和SO2的原始排放濃度和提高爐內(nèi)脫硫效率，在保證鍋爐負(fù)荷及蒸汽參數(shù)的前提下，爐膛內(nèi)運(yùn)行床溫需控制在900～920℃之間。為達(dá)到上述要求，鍋爐大修期間對(duì)爐內(nèi)受熱面重新進(jìn)行調(diào)整。具體調(diào)整如下：

（1）適當(dāng)調(diào)整爐內(nèi)屏式受熱面，爐內(nèi)六片再熱屏改為四片，其余兩片改為水冷屏（中間兩根下降管取水，回至汽包蒸汽引入管），同時(shí)再熱屏、過熱屏均向爐膛下方方向拉長(zhǎng)，為了防止屏再變形、晶界腐蝕和干燒工況，屏再材料采用SA213-TP347H材料。

（2）改造后水冷屏有5片，3片利用原來的，2片新增，在原再熱屏位置新增2片，寬度2880（36×80=2880），高度與原水冷屏一致。

（3）改造后過熱屏8片，利用原8片過熱屏，外側(cè)增加3根管子，寬度變?yōu)?100（30×70=2100），高度方向拉長(zhǎng)5.1米，與水冷屏位置差不多。

（4）改造后再熱屏4片，由原來的6片變更為4片，管子φ60×5，材料為SA213-TP347H，寬度為2555（35×73=2555），高度與水冷屏位置差不多。

2 鍋爐排煙溫度異常故障分析

2.1 故障現(xiàn)象

大修后鍋爐試驗(yàn)前期，實(shí)際測(cè)試和鍋爐DCS均顯示，鍋爐尾部排煙溫度在各工況下均比大修前高10℃以上。超115MW以上負(fù)荷時(shí)，排煙溫度即已超過170℃，導(dǎo)致不能繼續(xù)往上帶負(fù)荷（除塵器電布改造后，對(duì)排煙溫度有嚴(yán)格限制）。

2.1 燃燒工況調(diào)整

為解決大修后排煙溫度高的缺陷，首先在性能試驗(yàn)燃燒工況的配置上做了系統(tǒng)的嘗試：

（1）變氧量：氧量降低亦即總風(fēng)量減少時(shí)，排煙溫度趨于降低，但風(fēng)量太低時(shí)飛灰含碳量、CO濃度急劇增加;

（2）變一、二次風(fēng)量配比：一次風(fēng)率降低時(shí)，排煙溫度降低明顯，但主蒸汽壓力亦急劇下降;

（3）改變上、下二次風(fēng)配比：排煙溫度變化不大。

從燃燒調(diào)整的途徑來降低排煙溫度，取得了一些成效：在環(huán)境溫度較低時(shí)，負(fù)荷能帶到120MW并運(yùn)行數(shù)小時(shí)。但環(huán)境溫度一旦升高，排煙溫度很快就超170℃了，鍋爐不得不降負(fù)荷運(yùn)行。因此，單純依靠燃燒調(diào)整的手段，不能從根本上解決大修后鍋爐排煙溫度高的缺陷。

2.2 影響排煙溫度的各種因素排查

在初步燃燒調(diào)整的基礎(chǔ)上，對(duì)影響鍋爐排煙溫度高的以下各種因素，進(jìn)行了逐一分析與排查。

（1）入爐煤質(zhì)。大修前后入爐煤的揮發(fā)分、灰分、低位熱值及煤中水分等均沒有發(fā)生顯著變化，此因素可排除。

（2）給水溫度。大修前后相同工況下給水溫度相同，此因素也可排除。

（3）空氣預(yù)熱器入口風(fēng)溫。環(huán)境溫度升高，則排煙溫度將隨之升高。實(shí)際鍋爐DCS顯示，尾部煙道從高溫過熱器、低溫過熱器往下的各級(jí)換熱面前后的煙氣溫度均發(fā)生明顯變化。分析認(rèn)為，空氣預(yù)熱器入口風(fēng)溫的改變不可能影響如此大的范圍，此因素不是大修后鍋爐排煙溫度普遍提高的主要因素。

（4）一次風(fēng)量的大小。燃燒初步調(diào)整表明，單純通過對(duì)一、二次風(fēng)量的調(diào)節(jié)，不可能從根本上改變排煙溫度高的缺陷。

（5）旋風(fēng)分離器的分離效果：比較大修前后分離器前后的煙溫、壓力等，未見明顯異常。大修后分離器的運(yùn)行是正常的。

（6）空預(yù)器漏風(fēng)率降低：大修后空預(yù)器漏風(fēng)率有所降低，排煙溫度趨于上升。但空預(yù)器漏風(fēng)率略有降低，經(jīng)計(jì)算影響排氧溫度約1.5℃。尾部煙道從高溫過熱器、低溫過熱器往下的各級(jí)換熱面在大修后發(fā)生如此大范圍的煙氣溫度變化不可能為漏風(fēng)率下降所致，此因素也不是大修后鍋爐排煙溫度普遍提高的決定性因素。

（7）尾部煙道內(nèi)受熱面積灰。對(duì)此因素分析認(rèn)為，尾部煙道積灰是有可能的。對(duì)此因素影響的程度及發(fā)生的原因要做深入分析。

對(duì)大修前后性能試驗(yàn)對(duì)應(yīng)工況下煙氣側(cè)的DCS數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理（見附件2，尾部受熱面布置見附圖1）。由附件2知，在相同電負(fù)荷下，高溫過熱器進(jìn)出口煙溫降，大修后比大修前普遍要低15℃～25℃左右。屏式過熱器（II級(jí)過熱器）增加受熱面后，高過進(jìn)口煙溫降低及進(jìn)口氣溫升高，高過傳熱溫差降低，高過換熱量自然會(huì)有所降低。因此，高溫過熱器進(jìn)出口煙溫降大修后比大修前會(huì)有所降低是可以理解的，但影響程度有待進(jìn)一步確定。

但是，在相同電負(fù)荷下，低溫過熱器進(jìn)出口煙溫降，大修后也比大修前普遍要低20℃左右。低過煙溫降也降低較大，這從爐膛受熱面改造的角度就解釋不通了：高過進(jìn)口煙溫和煙溫降較大修前降低較大，則低過進(jìn)汽煙溫略有降低或維持不變合情合理（實(shí)際上大修后有些工況下低過進(jìn)口煙溫比大修前還略高），如果低過受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與大修前持平的話，則低過進(jìn)出口煙溫降不應(yīng)該比大修前低20℃之多！

排除爐膛受熱面改造的影響，可以認(rèn)為，大修后排煙溫度普遍提高的主要原因是尾部受熱面，尤其是低溫過熱器，傳熱效果明顯惡化。而之所以如此，一個(gè)最大的可能就是尾部受熱面大修后積灰嚴(yán)重。由于積灰嚴(yán)重導(dǎo)致傳熱效果日益惡化，排煙溫度日益提高，負(fù)荷日益帶不上去。此種現(xiàn)象在大修后啟動(dòng)初期表現(xiàn)非常明顯：#6爐8月25日晚點(diǎn)火，26日帶上負(fù)荷，8月29日曾在135MW負(fù)荷運(yùn)行達(dá)半小時(shí)，但9月5日勉強(qiáng)能夠帶120MW，9月8日最多帶115MW時(shí)排煙溫度不超限，9月12日帶110MW時(shí)稍調(diào)整不善排煙溫度就超。可見，尾部受熱面積灰是一天比一天嚴(yán)重，導(dǎo)致尾部煙道受熱面的傳熱效果日益惡化。

蘇州熱工院技術(shù)人員在對(duì)比分析大修前后鍋爐DCS數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，又做了數(shù)個(gè)灰平衡試驗(yàn)。表1為大修前后試驗(yàn)過程中進(jìn)行的灰平衡試驗(yàn)對(duì)比：大修前飛灰份額平均為30%，大修后飛灰份額則明顯提高。而飛灰份額過高，將會(huì)導(dǎo)致尾部受熱面容易積灰，如吹灰器工作不正常，排煙溫度將會(huì)急劇提高，影響鍋爐帶負(fù)荷（除塵器改為布袋改造后，尾部排煙溫度必須小于180℃）。同時(shí)飛灰增多，鍋爐受熱面的磨損也會(huì)增加，受熱面管子的運(yùn)行壽命將會(huì)受到影響。

對(duì)于大修后飛灰份額提高導(dǎo)致尾部煙道煙氣中飛灰急劇增加的原因，蘇州熱工院技術(shù)人員在大修后#6鍋爐全面的性能試驗(yàn)及燃燒調(diào)整試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，作出如下分析：

（1）由于大修改造的主要目的是通過增加爐內(nèi)受熱面來降低床溫，從而降低鍋爐NOX和SO2的原始排放濃度，并提高爐內(nèi)脫硫效率。修后床溫平均降低30～40℃左右。而床溫的降低對(duì)燃燒的改善是不利的，修后灰渣含碳量普遍比修前提高，飛灰份額也趨向于增加。

（2）飛灰份額提高的更主要的原因：修后一、二次風(fēng)量比率不當(dāng)，導(dǎo)致飛灰份額大幅度提高。一次風(fēng)主要用于滿足流化。如果一次流化風(fēng)過大，則燃料顆粒在爐膛內(nèi)特別是在溫度較高的爐膛密相區(qū)內(nèi)的停留的時(shí)間變短，循環(huán)流化床爐膛內(nèi)的物料內(nèi)循環(huán)也被嚴(yán)重破壞，加之大修改造后床溫普遍比大修前要低，這樣很多顆粒還沒有燃燒充分就被吹離爐膛或掉入爐渣中了。

蘇州熱工院技術(shù)人員建議在目前低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，一次流化風(fēng)盡量降低，由二次風(fēng)來滿足充分燃燒。同時(shí)從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，應(yīng)考慮對(duì)二次風(fēng)機(jī)進(jìn)行增容改造，以保證在各種工況下一二次風(fēng)的配置均能得到優(yōu)化。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙曉東，張樂群.循環(huán)流化床鍋爐一次風(fēng)機(jī)“搶風(fēng)”問題的分析[J].華電技術(shù)，2009，31（12）：55-59.