鍋爐排煙溫度偏差大原因分析及對策

黃二仙

(廣州中電荔新熱電有限公司，廣東 廣州 510160)

鍋爐排煙溫度是鍋爐重要的監(jiān)視參數(shù)之一，排煙溫度偏差大會影響鍋爐尾部受熱面工質(zhì)的加熱參數(shù)，影響鍋爐的熱效率經(jīng)濟(jì)性，若出現(xiàn)嚴(yán)重偏差將影響鍋爐的安全運(yùn)行，甚至導(dǎo)致鍋爐發(fā)生停爐事故。運(yùn)行中應(yīng)將鍋爐兩側(cè)排煙溫度差控制在合理范圍內(nèi)，嚴(yán)格控制鍋爐尾部各受熱面工質(zhì)熱偏差，以保證鍋爐煙道各受熱面煙氣溫度在安全范圍內(nèi)，進(jìn)而保證鍋爐的運(yùn)行安全。

1 設(shè)備概況

某電廠1#機(jī)組鍋爐型式為亞臨界參數(shù)、汽包自然循環(huán)、四角切圓燃燒、直吹式制粉系統(tǒng)固態(tài)排渣煤粉爐。鍋爐型號為DG1080/17.4-II6型，為單爐膛，爐膛的四周是膜式水冷壁，在爐膛上部布置有壁式再熱器和全大屏過熱器，水平煙道中沿?zé)煔饬飨蛞来尾贾昧酥袦卦贌崞?、高溫再熱器和高溫過熱器[1]。在后豎井煙道中沿?zé)煔饬飨蛞来尾贾昧说蜏剡^熱器和省煤器。鍋爐的尾部煙道布置了2臺三分倉空氣預(yù)熱器。冷端傳熱元件采用耐腐蝕、高強(qiáng)度冷軋鋼板CUPTEN-R)，其他為碳鋼[2]。

2 事件經(jīng)過

該廠1#機(jī)組于2012年8月投產(chǎn)，2016 年6 月 1#機(jī)組經(jīng)過超潔凈改造后恢復(fù)投運(yùn)。2016年8月初，發(fā)現(xiàn)B側(cè)空預(yù)器出口溫度比A側(cè)空預(yù)器出口排煙溫度高10 ℃左右，并且偏差逐漸增大。到2016年8月18日，B側(cè)空預(yù)器比A側(cè)排煙溫度保持高15 ℃左右。2016年8月22日，A/B側(cè)空預(yù)器排煙溫度為125 ℃/158 ℃(相差33 ℃)，檢查發(fā)現(xiàn)A/B側(cè)空預(yù)器熱風(fēng)流量及煙氣流量不均，B側(cè)空預(yù)器比A側(cè)空預(yù)器排煙溫度高，溫差呈繼續(xù)擴(kuò)大趨勢。由于A/B兩側(cè)排煙溫度明顯增加，空預(yù)器兩側(cè)煙壓和引風(fēng)機(jī)電流明顯偏移，主蒸汽及再熱蒸汽兩側(cè)減溫水量偏差太過明顯，已危害到機(jī)組的安全運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷受限，被迫停爐處理?？疹A(yù)器出口溫度偏差具體情況見表1。

表1 空預(yù)器出口溫度偏差表

為此，該電廠聯(lián)合某電科院及廣州某科技有限公司專業(yè)技術(shù)人員、本廠鍋爐專業(yè)組共同對1#鍋爐A/B側(cè)排煙溫度偏差大的問題進(jìn)行探測分析。經(jīng)過對1#爐的排煙溫度進(jìn)行偏差試驗(yàn)、調(diào)查討論及方案設(shè)計(jì)，于2016年8月23日正式提出了1#鍋爐“排煙溫度偏差”整改技術(shù)方案，并于2016年11月14日實(shí)施，而后于2016年12月1日至2017年4月21日進(jìn)行了燃燒調(diào)整和驗(yàn)收試驗(yàn)。

3 排煙溫度偏差大原因分析

3.1 燃燒中心調(diào)整不當(dāng)

該鍋爐采用四角切圓正壓直吹式，懸浮式燃燒方式。實(shí)際運(yùn)行中，四角的噴燃器可能出現(xiàn)風(fēng)速偏差。當(dāng)四角二次風(fēng)風(fēng)門開度不同、煤粉濃度及風(fēng)速不一致時，將會導(dǎo)致爐膛火焰中心產(chǎn)生偏移，風(fēng)速大的一側(cè)將使火焰中心遠(yuǎn)離受熱面，風(fēng)速小的一側(cè)火焰中心會貼近受熱面，甚至產(chǎn)生火焰刷墻?；鹧嬷行牡钠浦苯邮顾浔跓嶝?fù)荷產(chǎn)生變化，越貼近火焰中心，其熱負(fù)荷強(qiáng)度越大；當(dāng)火焰中心偏移較大時，對同一面水冷壁，其沿爐膛深度和高度方向的熱負(fù)荷也會產(chǎn)生不同受熱負(fù)荷，從而就使得爐膛出口兩側(cè)煙氣溫度出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響尾部排煙溫度[3]。

3.2 鍋爐煙道結(jié)渣結(jié)焦

當(dāng)鍋爐長期超負(fù)荷運(yùn)行、燃用灰分低熔點(diǎn)燃煤及鍋爐長期缺氧運(yùn)行時，鍋爐爐膛出口及爐膛水平煙道可能嚴(yán)重結(jié)渣結(jié)焦；或者煤粉燃盡時間過長，使得鍋爐水平煙道發(fā)生二次燃燒時，均會使排煙溫度產(chǎn)生偏差；發(fā)生二次燃燒側(cè)受熱面溫度過高，煙氣溫度會明顯升高。

3.3 結(jié)構(gòu)布局的影響

設(shè)計(jì)、安裝及運(yùn)行等因素，會造成鍋爐尾部水平煙道及尾部豎井煙道內(nèi)受熱面管束結(jié)構(gòu)不對稱，比如過熱器、再熱器管節(jié)距不一致，管束受熱膨脹變形，固定支架遮擋等因素；將可能使某一面或幾面管排之間形成了較大的煙氣流通截面，造成煙氣走廊。由于煙氣走廊處通流面積增加，流通阻力減小，使得煙氣流速加快，煙氣量增加。由于排煙量增加，在受熱面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相同的情況下，煙氣的剩余熱焓值較多，排煙溫度將相對增加，使得兩側(cè)排煙溫度偏差增大[4]。

3.4 受熱面工質(zhì)流量不均造成的煙氣溫度偏差

在鍋爐的尾部水平、豎井煙道內(nèi)，布置了相當(dāng)數(shù)量的過熱器、再熱器及省煤器受熱管管束，各受熱面管束呈U型成列成組排列；但受安裝工藝及管子的長度、彎度曲率、管路接口位置等因素影響，各管子阻力系數(shù)會都不相同，會造成各管屏中各根管子的蒸汽流量的偏差;例如全大屏過熱器，其管屏外圈管長度最長，兩頭接口也在聯(lián)箱最外側(cè)；而同一管屏管子直徑都相同，所以其流量最小;當(dāng)高溫?zé)煔饬鹘?jīng)各管束時，各受熱面管路對煙氣產(chǎn)生冷卻作用。管內(nèi)工質(zhì)參數(shù)是相同的，當(dāng)管路中工質(zhì)的流速不同，對煙氣冷卻效果也將不同；工質(zhì)流速越快，其冷卻效果越明顯，反之則冷卻效果越差。鍋爐尾部煙道內(nèi)各受熱面管束是沿著煙道寬度及深度方向均勻排列，因此各管速內(nèi)工質(zhì)流量不均是造成排煙溫度偏差的原因之一[5-6]。

3.5 尾部受熱面積灰

鍋爐運(yùn)行過程中，煙氣連續(xù)沖刷鍋爐尾部受熱面管束，包括過熱器、再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器等等。根據(jù)流體力學(xué)原理，煙氣在管子的背面將產(chǎn)生漩渦。而煙氣中含有大量直徑不同的煙塵顆粒，煙塵顆粒越小，越容易被卷吸。同時煙氣流動過程中，灰粒會發(fā)生靜電感應(yīng)，使得灰粒帶靜電荷；尤其是直徑小于10 μm的灰粒，非常容易被卷吸并在管道上沉積下來，從而形成積灰。倘若積灰的金屬面比較粗糙，或灰粒遇到水蒸氣等，形成低溫黏結(jié)，積灰過程將加劇。受熱面的積灰使傳熱熱阻增大，傳熱惡化，煙氣焓值增加，排煙溫度升高。兩側(cè)受熱面積灰程度不同，受影響的排煙溫度也不同，將直接導(dǎo)致左右兩側(cè)排煙溫度偏差大。

3.6 空預(yù)器堵灰

空預(yù)器受熱面積灰，其導(dǎo)致的現(xiàn)象與鍋爐尾部管束受熱面積灰后果類似；但不同的是，回轉(zhuǎn)式空預(yù)器是蓄熱式傳熱，煙氣和空氣相向地穿過空預(yù)器，其通流面積一致?？疹A(yù)器嚴(yán)重堵灰將直接導(dǎo)致空預(yù)器的流通面積較少，直接使A/B兩側(cè)空預(yù)器的通流面積不一致，導(dǎo)致兩側(cè)煙氣流量和空氣流量不一致。嚴(yán)重時可導(dǎo)致A/B側(cè)送、引風(fēng)機(jī)發(fā)生搶風(fēng)現(xiàn)象，造成爐膛負(fù)壓大幅波動而威脅鍋爐安全運(yùn)行?？疹A(yù)器堵灰，將使空預(yù)器進(jìn)出口煙氣壓差、空氣壓差增大，為了滿足鍋爐燃燒需求，只能增加引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)出力，這不但增加廠用電耗，還可能導(dǎo)致滿足不了機(jī)組運(yùn)行的需求；同時，由于空預(yù)器蓄熱元件間堵灰，煙氣與空氣之間的傳熱弱化，使空氣加熱不足，送風(fēng)溫度降低，引起鍋爐燃燒品質(zhì)差；排煙溫度增加也降低了鍋爐熱效率并威脅鍋爐的安全運(yùn)行。

3.7 空預(yù)器漏風(fēng)

由于回轉(zhuǎn)式空預(yù)器結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)，在空預(yù)器轉(zhuǎn)子及外罩間必然有一定量的縫隙，縫隙將不可避免產(chǎn)生漏風(fēng)。因空氣側(cè)壓力大，空預(yù)器的漏風(fēng)是空氣側(cè)漏向煙氣側(cè)，空氣將大量排擠煙氣，使得煙氣量減??；為滿足燃燒需要，將不得不增大引風(fēng)機(jī)的出力，增加電耗；漏風(fēng)率越大，增加的電耗越大，嚴(yán)重時可能使得引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)陷入自我循環(huán)的怪圈。漏風(fēng)率大增大了空預(yù)器前后壓差，降低了煙氣流量流速，使傳熱減弱，單側(cè)空預(yù)器漏風(fēng)大將造成兩側(cè)排煙溫度偏差大；若兩臺空預(yù)器漏風(fēng)過大，不但增加引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)電耗，更會造成鍋爐的總風(fēng)量不足，限制鍋爐出力，更威脅鍋爐安全運(yùn)行。

3.8 SCR裝置對空預(yù)器傳熱元件污染、腐蝕[1]

SCR裝置布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間，脫硝煙氣從省煤器至空氣預(yù)熱器之間的煙道接入。由于脫硝反應(yīng)過程中會存在一定量的氨逃逸，而且在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，鍋爐長時間低負(fù)荷運(yùn)行，或脫硝煙氣溫度低于295 ℃，煙氣中部分SO2在催化劑的作用下轉(zhuǎn)化為SO3，SO3和NH3發(fā)生反應(yīng)生成(NH4)2SO4和NH4HSO4。反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

SCR脫銷對空預(yù)器主要不利是生成物NH4HSO4，NH4HSO4易溶于水，具有強(qiáng)烈的腐蝕性；當(dāng)煙氣流經(jīng)空預(yù)器，在空預(yù)器中大量集中放熱，當(dāng)煙氣溫度在210℃時，硫酸氫氨從氣態(tài)凝結(jié)為液態(tài)，對空預(yù)器中溫段和冷段形成腐蝕；NH4HSO4水溶液具有很強(qiáng)的粘結(jié)性，通常迅速粘在空預(yù)器換熱元件表面進(jìn)而吸收大量的灰分，加劇空預(yù)器冷端堵塞。另外，NH4HSO4的強(qiáng)腐蝕性，會將蓄熱片金屬元件腐蝕變脆，使得蓄熱片發(fā)生變形、斷裂，使空預(yù)器轉(zhuǎn)子局部鱗片發(fā)生堵塞和坍塌，威脅機(jī)組的整體安全。

4 對策措施

4.1 運(yùn)行措施

偏置兩側(cè)送風(fēng)量：暫時關(guān)閉A/B側(cè)送風(fēng)機(jī)出口聯(lián)絡(luò)門，偏置兩側(cè)送風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度，增加兩側(cè)空氣量偏差，從而平衡兩側(cè)熱風(fēng)箱出口風(fēng)溫，解決出口風(fēng)溫不一致和排煙溫度偏差的問題。

加強(qiáng)吹灰管理：在鍋爐運(yùn)行過程中根據(jù)負(fù)荷變化的情況，合理調(diào)整吹灰頻次及強(qiáng)度。將爐膛、空預(yù)器、煙道和脫硝吹灰頻次改為空預(yù)器吹灰由每值1次改為每值吹灰2次，爐膛、煙道吹灰和脫硝吹灰由每日吹灰1次改為每值吹灰1次。這可以有效控制爐膛結(jié)焦及鍋爐尾部受熱面積灰，并控制空預(yù)器堵灰不繼續(xù)加劇，能維持現(xiàn)階段的鍋爐運(yùn)行。

精細(xì)調(diào)節(jié)氨氣調(diào)整門：為控制NH4HSO4的生成，脫硝系統(tǒng)SCR入口噴氨流量調(diào)節(jié)采用手動精細(xì)調(diào)整，通過手動控制調(diào)節(jié)閥開度，控制脫硫系統(tǒng)出口NHx排放濃度為80～120 mg/m3。在每次機(jī)組準(zhǔn)備增加負(fù)荷和降低負(fù)荷前，鍋爐主控工與環(huán)保主控工進(jìn)行聯(lián)系，對脫銷系統(tǒng)入口NHx含量進(jìn)行預(yù)先判定，利用人工優(yōu)先調(diào)節(jié)的辦法精細(xì)調(diào)整，以保證脫硝系統(tǒng)出口參數(shù)在范圍以內(nèi)。

4.2 進(jìn)行爐膛動力場試驗(yàn)

2016年11月份，該電廠對1#鍋爐進(jìn)行A修，在鍋爐動力場試驗(yàn)中對虛擬燃燒中心進(jìn)行核對標(biāo)定；并對燃燒系統(tǒng)一次、二次風(fēng)風(fēng)速，風(fēng)門擋板開度，燃燒器組擺角系統(tǒng)進(jìn)行校對，經(jīng)過對爐膛冷態(tài)動力場試驗(yàn)，做到了燃燒系統(tǒng)配風(fēng)均勻，各燃燒器噴口符合流體力學(xué)特性，動力場符合設(shè)定要求，模擬火焰中心高度值及偏移度在設(shè)定限度以內(nèi)，模擬火焰切圓及火焰充滿程度滿足設(shè)計(jì)要求，排除旋流影響。

4.3 檢查鍋爐尾部煙道受熱面

該電廠在停爐后，將鍋爐尾部煙道受熱面進(jìn)行立項(xiàng)檢查，發(fā)現(xiàn)鍋爐尾部豎井煙道低溫過熱器5#至9#管排的防磨瓦出現(xiàn)滑落或翻轉(zhuǎn)，第17列至第24列前包墻管減薄現(xiàn)象嚴(yán)重。根據(jù)檢修要求，對5#至9#管排低溫過熱器防磨瓦進(jìn)行二次定位，對減薄的前包墻進(jìn)行更換和防磨處理，并測量各受熱面管排之間的流通面積，以保證兩側(cè)的煙氣流通面積一致性。

4.4 調(diào)整空預(yù)器間隙

2016年1月，因室外氣溫降溫，1#鍋爐A空預(yù)器轉(zhuǎn)子外殼收縮，造成A空預(yù)器鉆子與外罩之間產(chǎn)生間歇輕度摩擦。該廠利用本次鍋爐停爐檢查機(jī)會調(diào)整了A/B側(cè)空預(yù)器的間隙；在本次調(diào)整后，公司會同專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)對A/B空預(yù)器進(jìn)行了漏風(fēng)率試驗(yàn)，最終結(jié)果分析A/B漏風(fēng)率都<6%(設(shè)計(jì)值)，解決了空預(yù)器漏風(fēng)率及風(fēng)量不均問題。

4.5 檢查空預(yù)器冷端

4.6 更換和改造空預(yù)器受損部件

從本次現(xiàn)象的參數(shù)分析可知，空預(yù)器堵灰、傳熱片污染等項(xiàng)是主要因素。A修檢查發(fā)現(xiàn)1#爐空預(yù)器冷端傳熱元件腐蝕較為嚴(yán)重，熱端傳熱元件有傾斜現(xiàn)象及冷熱端徑向密封片腐蝕嚴(yán)重，特別是A區(qū)。一是要對A空預(yù)器A區(qū)48塊傳熱元件及B空預(yù)器A區(qū)16塊傳熱元件進(jìn)行更換。二是改造空預(yù)器換熱元件，用高吹灰通透性的波型板代替原空預(yù)器波形板，并優(yōu)化換熱元件金屬溫度場和層高，保證吹灰和清洗效果。

4.7 優(yōu)化脫硝反應(yīng)系統(tǒng)，提高脫硝反應(yīng)效率

在脫硝反應(yīng)器中增設(shè)二級導(dǎo)流板，使脫硝反應(yīng)器內(nèi)部煙氣能與氨氣充分混合，保證SCR系統(tǒng)的脫硝效率、氨逃逸率、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率及系統(tǒng)阻力降的性能。

4.8 完善脫硝系統(tǒng)計(jì)量裝置

在機(jī)組大修期間對反應(yīng)器出口氮氧化物濃度計(jì)進(jìn)行仔細(xì)檢查，在SCR裝置出口加裝氨逃逸質(zhì)量濃度監(jiān)測儀表。日常運(yùn)行中加強(qiáng)監(jiān)視氨氣逃逸質(zhì)量濃度檢測儀表數(shù)值，控制氨氣調(diào)整門，使脫硝裝置出口氨逃逸質(zhì)量濃度≤5 mg/L，防止過量噴氨，造成空預(yù)器受熱面污染。檢修人員每月定期對脫硝系統(tǒng) SCR反應(yīng)器進(jìn)、出口NOx表和氨逃逸質(zhì)量濃度監(jiān)測儀表 的校驗(yàn)工作，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和具有代表性[1]。

4.9 優(yōu)化SCR脫硝裝置控制邏輯

熱控人員對脫硝控制系統(tǒng)邏輯進(jìn)行修改，增加機(jī)組負(fù)荷波動對脫硝運(yùn)行調(diào)節(jié)的反饋鏈，減少調(diào)節(jié)滯后時限；同時優(yōu)化SCR反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度的調(diào)節(jié)邏輯，改用動態(tài)模板多信息集成的目標(biāo)跟蹤方法進(jìn)行計(jì)算，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，以保證脫硝效率、凈煙氣出口NOx質(zhì)量濃度 滿足環(huán)保要求且氨逃逸質(zhì)量濃度不會過高。

5 實(shí)施效果

該電廠對1#爐的A/B排煙溫度偏差進(jìn)行了試驗(yàn)，并采取了整改措施，此后消除了因A空預(yù)器阻力大堵塞造成的煙氣偏差，A/B兩側(cè)的排煙溫度偏差不超過5 ℃。整改措施起到了消除排煙溫度熱偏差的效果(見表2)，并且改善了一次風(fēng)、二次風(fēng)熱風(fēng)溫度，使鍋爐燃燒效率提高，燃燒也更加穩(wěn)定和安全。

6 結(jié)束語

1)造成該廠1#爐排煙溫度偏差大的原因?yàn)樨Q井煙道部分受熱面磨損、空預(yù)器堵灰和空預(yù)器儲熱片損壞。由于SCR氨氣逃逸率過大，逃逸物附著在空預(yù)器波紋板上導(dǎo)致空預(yù)器波紋板污染和堵灰，造成排煙溫度偏差；而附著物又進(jìn)一步腐蝕儲熱片，使儲熱片產(chǎn)生金屬疲勞產(chǎn)生順壞，兩者相互作用加劇了鍋爐排煙溫度偏差大。

2)通過重新標(biāo)定火焰燃燒中心、更換尾部煙道防磨板、調(diào)整空預(yù)器轉(zhuǎn)子間隙等方法，從鍋爐結(jié)構(gòu)上保證了鍋爐尾部煙氣流量和空氣流量的平衡，解決了熱力不均和流量不均的問題。

3)通過更換空預(yù)器損壞傳熱元件、增加氨氣逃逸檢測表計(jì)、優(yōu)化SCR控制系統(tǒng)邏輯等技術(shù)措施和采取定期校準(zhǔn)表計(jì)、改變空預(yù)器吹灰頻次、增加SCR系統(tǒng)手動調(diào)節(jié)等運(yùn)行措施后，有效解決了空預(yù)器傳熱元件破損、污染、堵灰等問題。

通過以上對策的實(shí)施，將鍋爐排煙溫度熱偏差有效地控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，恢復(fù)了鍋爐的正常運(yùn)行。此次整改的經(jīng)驗(yàn)和措施為同類型機(jī)組的改造及查找原因提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。