鍋爐排煙溫度高的原因分析及優化處理

杜承德

(華電國際鄒縣發電廠，山東 鄒城 273522)

0 引言

華電國際鄒縣發電廠(以下簡稱鄒縣發電廠)#1～#4機組分別于1985，1986，1988和1989年投產。近年來，4臺機組鍋爐排煙溫度普遍升高，高出原設計溫度20.00℃以上，夏季高負荷時，排煙溫度高的問題更加突出，嚴重影響了機組運行的經濟性。為達到節能降耗的目的，2011年上半年對#3鍋爐進行了節能優化改造，重點是降低鍋爐排煙溫度。

1 鍋爐設備概況

鄒縣發電廠#1～#4機組鍋爐均由東方鍋爐廠生產，鍋爐為DG1000/170－Ⅰ型亞臨界、自然循環汽包爐，燃用當地煙煤，與上海汽輪機廠生產的N300－165/550/550型汽輪機配套而成單元機組。

鍋爐呈∏形露天布置，爐膛出口的前墻及兩側墻前半部布置有壁式再熱器，爐膛上部設有大屏過熱器及后屏過熱器，順煙氣流向依次布置有中溫再熱器、高溫再熱器、高溫過熱器、低溫過熱器及省煤器受熱面，尾部布置2臺直徑為10.32 m的24倉格回轉式空氣預熱器。

過熱蒸汽溫度調節以噴水為主，再熱蒸汽溫度調節靠擺動燃燒器的角度并輔以微量噴水，在65% ～100%額定負荷時，保證鍋爐過熱蒸汽、再熱蒸汽溫度為額定值。爐膛水冷壁、過熱器、再熱器、空氣預熱器等受熱面布置有吹灰器。

鍋爐配DTM350/700鋼球磨煤機，采用中間儲倉式乏氣送粉制粉系統，四角布置切圓燃燒，燃燒器為直流式，爐內氣流逆時針旋轉，燃燒器分上、下2組，每組下層為油燃燒器噴口，依次為二次風口、一次風口，每角共有6個一次風口和8個二次風口，上、下2組燃燒器的全部一次風、二次風可同步上下擺動25°。爐膛截面尺寸為14706 mm×12829 mm。假想切圓直徑:#1，#3角為? 700 mm;#2，#4角為? 500 mm。

4臺機組在2001—2003年分別進行了機組增容改造，容量增至335 MW，鍋爐側設備基本未進行相應的增容改造。鍋爐的主要參數如下:額定蒸發量，1000 t/h;汽包壓力，18.50 MPa;過熱蒸汽壓力，16.70 MPa;過熱蒸汽溫度，555.00℃;再熱蒸汽流量，854 t/h;給水溫度，260.00℃;再熱蒸汽壓力(進口/出口)，3.50/3.30 MPa;再熱蒸汽溫度，335.00/555.00℃;排煙溫度(進風溫度為20.00℃)，134.00℃;鍋爐熱效率(進風溫度為20℃)，91.27%;爐膛容積熱負荷，375.30 MJ/(m3·h);爐膛斷面熱負荷，15.73 GJ/(m2·h);燃料消耗量，175.28 t/h;爐膛出口溫度，1089.00℃。

2 鍋爐排煙溫度高的原因分析

2.1 空氣預熱器蓄熱元件換熱效果差，影響排煙溫度

#3鍋爐空氣預熱器根據美國C－E公司技術進行設計和制造，為回轉式空氣預熱器，型號為LAP10320/3883。蓄熱元件自上而下分4層布置，高度分別為300，800，800和300 mm，上3層為熱端蓄熱元件，最下層為冷端蓄熱元件。熱端蓄熱元件由壓制成特殊波形的碳鋼薄板構成，鋼板厚為0.5 mm。冷端蓄熱元件由1.2 mm厚的低合金耐腐蝕鋼板構成。

對于冷端蓄熱元件，在2002年2月技術改造性大修時，將蓄熱元件抽出后拆包，對波形板進行清理，重新打包后復裝，僅補充很小一部分損壞的波形板。從2002年2月至今，僅借檢修機會對蓄熱元件進行高壓水沖洗，未再抽出進行檢修更換。空氣預熱器熱端蓄熱元件自投產至今，未更換過。2009年上半年，檢查熱端蓄熱元件，迎煙側已被沖刷成波浪形，冷端個別波形板破碎脫落后元件松散，較大的縫隙使氣流短路，換熱效果下降(如圖1所示)。

圖1 波形板損壞情況

#3機組整體優化前進行了性能診斷試驗，數據分析如下:鍋爐300 MW負荷運行時，空氣預熱器入口煙溫為350.00℃，比設計值低5.00℃;風溫為312.00℃，接近設計值317.00℃;入口風溫為 4.67℃，排煙溫度為154.00℃，仍高出設計值20.00℃，說明空氣預熱器蓄熱元件換熱能力下降。

2.2 空氣預熱器吹灰效果差，影響排煙溫度

優化前#3鍋爐空氣預熱器冷端煙氣側裝有2臺激波吹灰器，從實際運行情況分析，一方面因激波吹灰器輸出管內部容易積灰，影響吹灰效果;另一方面與蒸汽吹灰器比較，激波吹灰器的吹灰效果要差一些。

#3機組整體優化前對空氣預熱器進行吹灰影響測試試驗，通過計算可知，吹灰后空氣預熱器出口排煙溫度實際下降2.00℃左右。從試驗結果分析，空氣預熱器的吹灰效果較差。因此，空氣預熱器吹灰效果較差是造成排煙溫度升高的原因之一。

2.3 一次風率偏大，影響排煙溫度

#3機組整體優化前對鍋爐一次風管風速進行了測量，發現一次風粉管內風速普遍偏高，部分粉管一次風速超出運行指導風速(28～32 m/s)10 m/s以上;一次風速偏高，風粉混合工況惡化影響煤粉的正常著火，使燃燒延遲，一次風速偏高也增大了一次風率，致使排煙溫度升高。試驗測量數據見表1～表3(CRT風速為風速儀顯示風速)。

2.4 一次風管道未做保溫，管道沿程一次風粉氣流溫度降低，導致煤粉著火推遲，火焰中心上高，影響排煙溫度

原一次風管道與彎頭采用卡子連接，受熱脹冷縮的影響，接頭處容易漏粉。近幾年來煤粉管道磨損加劇，漏粉點不斷增加，為方便漏粉點的處理，一次風管道未做保溫。排粉機出口至噴燃器入口一次風粉氣流沿程溫度降低，尤其是冬季，溫度降低的更多，對爐內燃燒影響比較大。

表1 乙制粉系統風速測量結果

表2 丙制粉系統風速測量結果

表3 丁制粉系統風速測量結果

2.5 制粉系統漏風嚴重，導致排煙溫度升高

2.5.1 系統外冷風漏入制粉系統內部

現場對制粉系統設備進行檢查，發現制粉系統漏風點較多(特別是給煤機、木塊分離器、細粉分離器筒體、粗細粉分離器連通管、回粉管等處)，于是對系統風、煤管道的多處漏點進行了臨時封堵。負壓制粉系統漏風會減小進入磨煤機的熱風量，惡化通風過程，從而使磨煤機出力下降，磨煤電耗增大。漏入系統的冷風最終進入爐膛，使爐內溫度水平下降，輻射傳熱量降低，對流傳熱比例增大，同時使燃燒的穩定性變差。由于冷風通過制粉系統進入爐內，在總風量不變的情況下，經過空氣預熱器的空氣量減小，結果會使排煙溫度升高，鍋爐熱效率下降。2.5.2 停運的制粉系統向爐內漏風，導致排煙溫度升高

排粉機出口風門為翻板式圓風門，制粉系統停運后，翻板門因結構原因關閉后仍存在一定的內漏量。因制粉系統風、煤粉管道磨損漏點較多，密封不嚴密，即使制粉系統停運后關閉排粉機出口風門，在爐膛負壓的作用下，也會有一部分冷風通過一次風管道漏入爐內，導致排煙溫度升高。

3 優化方案

3.1 更換空氣預熱器蓄熱元件

新蓄熱元件的波形在原來的基礎上進行優化，換熱效率提高;由原來的4段布置改為3段布置，各段高度分別為300，900和1 000 mm，總高度不變。新元件嚴格按照原倉格尺寸制作，查找焊補倉格磨損部位，更換所有蓄熱元件，提高蓄熱元件的換熱效率，達到降低排煙溫度的目的。

3.2 空氣預熱器吹灰器改造

在空氣預熱器冷端加裝2臺蒸汽吹灰器及相應的汽源管道和閥門，汽源引自本體吹灰減壓站，吹灰汽源取自后屏過熱器入口聯箱，采用蒸汽吹灰代替原來的激波吹灰器，解決激波吹灰器吹灰效果較差的問題。

3.3 一次風速冷態調平

因原試驗測點距離縮口風門和彎頭太近(最短的不足1.5 m)，對試驗數據測量的精確性有較大影響。為提高試驗測量的精確性，將試驗測點移至水平管段上，保證測點前部的直管段距離不小于5.0 m，測點后部直管段距離不小于2.5 m(一次風管道直徑480 mm)。調整后在新測點位置進行冷態調平試驗，減小各一次風管道的風速偏差，便于運行中一次風速的整體下調。

3.4 一次風管道保溫

為消除一次風管道漏粉隱患，將一次風管道與彎頭連接方式改為焊接，解決原卡子連接接頭處容易漏粉的問題。對管道磨損情況進行測厚，更換磨損超過原壁厚1/3的直管段。對一次風管道做保溫處理，保證一次風粉氣流進入爐內的溫度沿程不降低，縮短火焰長度，降低排煙溫度。

3.5 制粉系統漏風治理

對給煤機殼體漏風進行治理，更換檢修孔門密封，將原壓緊把手改為螺栓壓接，在檢修孔門上部加裝檢查孔，運行中將各檢修孔門關閉嚴密，防止檢修孔門關閉不嚴而導致大量漏風。

更換磨煤機入口落煤管和出口直管段磨損嚴重部位，新更換的磨煤機出口直管段迎風側內襯8 mm厚的耐磨鋼板并內襯鑄石板。更換粗粉分離器回粉管，壁厚由原來的10 mm增加至12 mm，材質由A3鋼升級為16 Mn。對粗、細粉分離器及連通管磨損嚴重部位進行挖補后貼耐磨陶瓷。

對原DG1600型重錘木塊分離器進行改造，安裝4臺半自動木塊分離器，各孔門安裝壓緊把手，消除木塊分離器漏風。

將排粉機出口原翻板式圓風門改造為氣動插板門，制粉系統停運時，該門自動關閉，解決停運的制粉系統向爐內漏風的問題。

3.6 增大省煤器的受熱面積，增加省煤器的吸熱量，降低空氣預熱器入口煙氣溫度

由省煤器出口與空氣預熱器入口間的實際空間可知，省煤器受熱面有增加的空間，故確定通過增加爐內受熱面來降低排煙溫度。

3.6.1 改造方案

保留省煤器3個管組中上、中2個管組不動，下管組全部更換，省煤器進口集箱相應下移1120 mm。將省煤器原有7個管圈增加到9個管圈，新增管圈全部安裝在下管組。經過計算，省煤器傳熱面積增加1732 m2，占原設計面積的27.03%。

3.6.2 方案論證

原有省煤器、低溫過熱器總質量為1400 t，延伸后省煤器質量(含水)增加90 t，總質量為1490 t，比原來增加6.43%。省煤器的承載元件為懸吊管，計算壁溫為320℃，使用鋼材為20 G(GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》)，未測到懸吊管壁厚減薄，金相組織經確認未發生降級，因此，承載力衰減系數取0.8足夠安全。懸吊管的原始承載量為3 000 t，按金相組織保守檢驗計算，使用衰減后目前尚有承載能力2000 t，因此，省煤器質量增加后的載荷是安全的。

省煤器吸熱量增加后，經核算，省煤器出口煙氣溫度約降低15.00℃，省煤器出口水溫升高約4.00℃，達到295.00℃，仍遠低于飽和溫度(飽和溫度約為355.00℃)。為了防止省煤器內介質沸騰，一般要求省煤器出口欠熱必須大于20.00℃。省煤器受熱面積增加后的出口欠熱完全能夠滿足省煤器安全運行的要求。

省煤器吸熱量增加部分與爐膛+省煤器總的吸熱量相比所占比例非常小，對爐膛吸熱的影響微乎其微，更不會影響過熱、再熱蒸汽溫度。

由上述論證可知，省煤器增加受熱面的方案是可行的。

3.7 修后鍋爐燃燒調整試驗

通過修后鍋爐燃燒調整試驗，掌握鍋爐的燃燒情況，確定鍋爐最佳運行氧量控制曲線及一次、二次風的出口速度和風率，從運行調整方面優化燃燒，降低排煙溫度。

4 優化后的效果

鄒縣發電廠于2011年上半年大修時實施了上述優化方案，運行中一次風速降至28～32 m/s，機組300 MW負荷下試驗測得鍋爐排煙溫度為131.68℃，比優化前降低20.00℃以上，比設計排煙溫度低2.32℃，達到了降低鍋爐排煙溫度的目的。試驗測得鍋爐效率達到93.14%，較優化前提高了1.15%。

5 結束語

在#3機組整體優化降低鍋爐排煙溫度的改造工作中，通過采取增加爐內受熱面、更換空氣預熱器蓄熱元件、改造空氣預熱器吹灰器、治理制粉系統漏風、降低一次風速等措施，解決了#3鍋爐排煙溫度高的問題，提高了機組運行的經濟性。

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