600 MW 超臨界鍋爐熱效率下降原因分析及對(duì)策

李建武 陳俊彬

（1 福建省福能晉南熱電有限公司 福建泉州 362722 2 福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司 福建泉州 362712）

鍋爐熱效率是燃料送入的熱量中有效熱量所占的百分?jǐn)?shù)，是衡量鍋爐運(yùn)行的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。燃料的熱量有多少被有效利用或變成熱量損失，表明鍋爐設(shè)備的完善程度和運(yùn)行管理水平。以福建省某電廠2×600 MW 超臨界抽凝供熱機(jī)組為例，對(duì)近3 年來(lái)（2014—2016 年）鍋爐熱效率下降的原因進(jìn)行分析，并據(jù)此進(jìn)行了改造。改造后，鍋爐熱效率、排煙溫度、水冷壁過(guò)熱度及溫升、發(fā)電標(biāo)煤耗等取得明顯改善，跟蹤近4 年（2017—2020 年）的鍋爐熱效率試驗(yàn)數(shù)據(jù)，鍋爐熱效率基本穩(wěn)定在93%以上，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性、安全性得到有效提升。

1 機(jī)組概況

福建省某電廠2×600 MW 超臨界抽凝供熱機(jī)組，最大供熱量超2 萬(wàn)t/d。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-1962/25.4-YM3 型鍋爐，一次中間再熱、超臨界、帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的本生直流鍋爐，單爐膛、平衡通風(fēng)、爐底采用風(fēng)冷干排渣、全鋼架、懸吊結(jié)構(gòu)、π 型露天布置。設(shè)計(jì)煤種和校核煤種Ⅰ為神華煙煤，校核煤種Ⅱ?yàn)闀x北煙煤。設(shè)有30 只低NOX軸向旋流燃燒器，采用前后墻布置、對(duì)沖燃燒，制粉系統(tǒng)為6 臺(tái)ZGM113G 型中速輥式磨煤機(jī)配正壓直吹。爐后尾部布置2 臺(tái)三分倉(cāng)容克式空預(yù)器。鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 存在問(wèn)題

2014—2016 年，#1、#2 鍋爐熱效率都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，熱能損失加劇，鍋爐熱效率下降約1%。針對(duì)鍋爐熱效率下降問(wèn)題，公司組織技術(shù)人員對(duì)運(yùn)行工況及檢修情況進(jìn)行了分析，制定了措施，并結(jié)合檢修對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造及對(duì)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，取得了良好的效果。鍋爐熱效率的變化情況詳見表2。

表2 鍋爐熱效率的變化情況 （%）

3 原因分析

3.1 省煤器積灰結(jié)塊

省煤器設(shè)計(jì)滿負(fù)荷進(jìn)出口水溫差為45.6 ℃，實(shí)際只有33 ℃，換熱效果差。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，省煤器上部積灰，本體積灰板結(jié)，減少了煙氣與受熱面管的直接接觸，增加熱阻，降低換熱效率，從而降低鍋爐效率。

3.2 屏過(guò)結(jié)焦結(jié)渣

檢修發(fā)現(xiàn)屏式過(guò)熱器結(jié)焦嚴(yán)重，部分屏過(guò)吹灰器槍頭燒壞，失去正常吹灰功能，無(wú)法有效清除積灰、焦渣，同時(shí)造成結(jié)焦加劇，降低屏式過(guò)熱器的輻射換熱。

3.3 蒸汽氫電導(dǎo)率超標(biāo)，省煤器、水冷壁結(jié)垢

2014—2016 年檢修期間對(duì)#1、#2 機(jī)組省煤器及水冷壁進(jìn)行割管取樣，部分管樣的垢量出現(xiàn)超過(guò)200 g/m2的情況。省煤器、水冷壁結(jié)垢是導(dǎo)致熱阻上升、吸熱量降低的重要原因。

該電廠為超臨界供熱機(jī)組，原鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)采用陰陽(yáng)離子樹脂交換工藝，每臺(tái)機(jī)組供熱量為300 t/h 時(shí)，蒸汽氫電導(dǎo)率就已超標(biāo)，隨著供熱量的增加，對(duì)除鹽水的總有機(jī)碳（TOC）指標(biāo)要求更加嚴(yán)格，當(dāng)單機(jī)供熱量達(dá)到500 t/h 以上時(shí)，使用簡(jiǎn)單的離子交換工藝已無(wú)法達(dá)到水質(zhì)要求。特別是2013 年以來(lái)，對(duì)外供熱量的不斷增大，雙機(jī)供熱量最高約700 t/h，供熱機(jī)組大量補(bǔ)充新鮮除鹽水是導(dǎo)致蒸汽氫電導(dǎo)率超標(biāo)的主要原因，因此在大量供熱情況下，降低除鹽水中TOC 含量是解決供熱機(jī)組蒸汽氫電導(dǎo)率超標(biāo)的有效途徑。

3.4 化學(xué)不完全燃燒

煙氣CO 含量理想值應(yīng)控制在200 mg/Nm3以內(nèi)，每增加100 mg/Nm3，鍋爐效率降低約0.015%。由于煙氣系統(tǒng)未安裝CO 監(jiān)測(cè)器，運(yùn)行人員無(wú)法實(shí)時(shí)調(diào)控，導(dǎo)致CO 含量總體維持在較高水平且波動(dòng)很大，高低值可以差將近10 倍。2014—2016年#1、#2 鍋爐煙氣CO 含量見圖1。

圖1 2014—2016 年#1、#2 鍋爐煙氣CO 含量

3.5 空預(yù)器漏風(fēng)大

該電廠空預(yù)器原設(shè)計(jì)采用回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，設(shè)計(jì)漏風(fēng)率為6%以下。由于密封結(jié)構(gòu)采用軸向密封板等密封工藝，且設(shè)備經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，轉(zhuǎn)子及風(fēng)罩等受熱變形后，密封間隙變大，漏風(fēng)量變大，實(shí)際2 臺(tái)機(jī)組漏風(fēng)率都在7.5%以上，平均值約8%左右。

3.6 排煙溫度高

排煙熱損失是鍋爐機(jī)組最大的一項(xiàng)熱損失，600 MW 鍋爐排煙溫度每增加10 ℃，鍋爐效率降低0.5%。該電廠鍋爐排煙溫度設(shè)計(jì)值為BMCR 工況下121 ℃，實(shí)際滿負(fù)荷煙溫超過(guò)130 ℃，甚至達(dá)到140 ℃以上。

4 對(duì)策

4.1 省煤器上部加裝吹灰器

增設(shè)省煤器吹灰器，吹掃省煤器乃至低溫過(guò)熱器上的積灰，防止省煤器本體積灰重新板結(jié)，提高鍋爐熱效率。加裝吹灰器后，省煤器進(jìn)出口水溫差快速、持續(xù)擴(kuò)大，省煤器吸熱明顯改善，省煤器進(jìn)出口水溫升大約增加了7 ℃，達(dá)到41 ℃，已接近設(shè)計(jì)值。

4.2 加長(zhǎng)屏過(guò)吹灰器導(dǎo)軌，爐膛添加除焦劑

加長(zhǎng)屏過(guò)吹灰器后部軌道，吹灰器槍頭有效避開爐膛高溫，防止槍頭燒破后無(wú)效吹灰造成屏過(guò)結(jié)焦。定期噴灑除焦劑，使屏式過(guò)熱器不易結(jié)焦，保證屏式過(guò)熱器的受熱面積，確保換熱效率。

4.3 開展鍋爐化學(xué)清洗，降低熱阻、增加吸熱量

利用機(jī)組大修對(duì)省煤器、水冷壁進(jìn)行化學(xué)清洗，鍋爐省煤器、水冷壁垢量從最高500 g/m2以上下降到10 g/m2以內(nèi)，除垢率＞97%。#1、#2 機(jī)組鍋爐化學(xué)清洗結(jié)束后在給水溫度降低、給水流量接近的情況下，水冷壁沿程溫度都有不同程度的提高，其中#1 鍋爐水冷壁中間點(diǎn)過(guò)熱度提高了13.5 ℃。

4.4 加裝煙氣CO 檢測(cè)裝置，監(jiān)控和調(diào)整煙氣CO 含量

加裝煙氣CO 檢測(cè)裝置，在控制畫面增設(shè)CO 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控CO 和O2含量，可以為運(yùn)行調(diào)整風(fēng)量提供很好的參考，減少CO 過(guò)高帶來(lái)的化學(xué)不完全燃燒損失。通過(guò)CO監(jiān)測(cè)和調(diào)整，可以將CO 量從500 mg/m3降低到200 mg/m3以內(nèi)，平均提高鍋爐熱效率0.12%。

4.5 空預(yù)器密封改造

對(duì)空預(yù)器密封改造，采用間隙自補(bǔ)償漏風(fēng)控制技術(shù)，更換所有徑向密封板，將原軸向密封板改為對(duì)應(yīng)密封方式，軸向弧形板調(diào)整重新設(shè)定，更換中心筒上下密封裝置，更換上部軸密封裝置，轉(zhuǎn)子及中心筒重新定位找正等措施，大幅降低漏風(fēng)水平；通過(guò)軟件精確模擬，優(yōu)化空預(yù)器密封間隙設(shè)定，減小整體間隙水平，進(jìn)一步降低漏風(fēng)率；結(jié)合機(jī)組檢修測(cè)量、調(diào)整密封間隙，改造后空預(yù)器漏風(fēng)率從8.0%降低到4.5%，可以提高鍋爐熱效率約0.21%。

4.6 鍋爐燃燒調(diào)整

通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的收集，不同負(fù)荷下的燃燒調(diào)整試驗(yàn)，尋找兩臺(tái)鍋爐熱經(jīng)濟(jì)性的影響及其規(guī)律，尋求最佳運(yùn)行方式；通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整較優(yōu)的配煤、上煤方式和煤粉細(xì)度，盡可能接近設(shè)計(jì)煤種；通過(guò)優(yōu)化一次風(fēng)配比，減少汽溫偏差，滿負(fù)荷平均減溫水量下降10 t/h；通過(guò)合理的一、二次風(fēng)配比、風(fēng)煤比的配比，提高旋流強(qiáng)度等方式，改善風(fēng)粉混合效果，優(yōu)化燃燒配風(fēng)，提高燃燒效率；通過(guò)優(yōu)化燃燒調(diào)整，提高鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性，使鍋爐火焰均勻充滿爐膛，減少水平煙溫偏差，提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

5 改造后效果評(píng)價(jià)

在同等工況情況下，2017—2020 年#1、#2 鍋爐熱效率基本穩(wěn)定在93%以上，甚至94%以上，熱能損失有效降低，鍋爐熱效率的下降情況見表3。

表3 鍋爐熱效率的變化情況 （%）

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)改造，#1、#2 鍋爐熱效率分別由2016 年改造前的92.92%、92.54%，提升到2017 年改造后的93.40%和93.38%，分別提升0.48%和0.84%，并連續(xù)4 a 鍋爐熱效率基本穩(wěn)定在93%以上。選取2016、2017 年同期相近煤質(zhì)時(shí)的數(shù)值進(jìn)行比較：#1、#2 鍋爐同等條件下排煙溫度各下降了約5 ℃～7 ℃，鍋爐效率提高0.25%～0.30%。對(duì)于600 MW 鍋爐，鍋爐效率每提升1%，大約可以節(jié)約機(jī)組發(fā)電標(biāo)煤耗2.95 g，#1、#2 鍋爐分別可以節(jié)約發(fā)電標(biāo)煤耗約1.416 g 和2.478 g，按照標(biāo)煤600 元/t，年發(fā)電量60 億kWh 計(jì)算，一年可節(jié)約燃料成本約700 萬(wàn)元。