600 MW 超臨界鍋爐熱效率下降原因分析及對策

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數，是衡量鍋爐運行的重要技術經濟指標。燃料的熱量有多少被有效利用或變成熱量損失，表明鍋爐設備的完善程度和運行管理水平。以福建省某電廠2×600 MW 超臨界抽凝供熱機組為例，對近3 年來（2014—2016 年）鍋爐熱效率下降的原因進行分析，并據此進行了改造。改造后，鍋爐熱效率、排煙溫度、水冷壁過熱度及溫升、發電標煤耗等取得明顯改善，跟蹤近4 年（2017—2020 年）的鍋爐熱效率試驗數據，鍋爐熱效率基本穩定在93%以上，機組經濟性、安全性得到有效提升。

1 機組概況

福建省某電廠2×600 MW 超臨界抽凝供熱機組，最大供熱量超2 萬t/d。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG-1962/25.4-YM3 型鍋爐，一次中間再熱、超臨界、帶內置式再循環泵啟動系統的本生直流鍋爐，單爐膛、平衡通風、爐底采用風冷干排渣、全鋼架、懸吊結構、π 型露天布置。設計煤種和校核煤種Ⅰ為神華煙煤，校核煤種Ⅱ為晉北煙煤。設有30 只低NOX軸向旋流燃燒器，采用前后墻布置、對沖燃燒，制粉系統為6 臺ZGM113G 型中速輥式磨煤機配正壓直吹。爐后尾部布置2 臺三分倉容克式空預器。鍋爐主要設計參數見表1。

表1 鍋爐主要設計參數

2 存在問題

2014—2016 年，#1、#2 鍋爐熱效率都呈現下降趨勢，熱能損失加劇，鍋爐熱效率下降約1%。針對鍋爐熱效率下降問題，公司組織技術人員對運行工況及檢修情況進行了分析，制定了措施，并結合檢修對系統進行改造及對運行進行優化，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 省煤器積灰結塊

省煤器設計滿負荷進出口水溫差為45.6 ℃，實際只有33 ℃，換熱效果差。檢修時發現，省煤器上部積灰，本體積灰板結，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 屏過結焦結渣

檢修發現屏式過熱器結焦嚴重，部分屏過吹灰器槍頭燒壞，失去正常吹灰功能，無法有效清除積灰、焦渣，同時造成結焦加劇，降低屏式過熱器的輻射換熱。

3.3 蒸汽氫電導率超標，省煤器、水冷壁結垢

2014—2016 年檢修期間對#1、#2 機組省煤器及水冷壁進行割管取樣，部分管樣的垢量出現超過200 g/m2的情況。省煤器、水冷壁結垢是導致熱阻上升、吸熱量降低的重要原因。

該電廠為超臨界供熱機組，原鍋爐補給水系統采用陰陽離子樹脂交換工藝，每臺機組供熱量為300 t/h 時，蒸汽氫電導率就已超標，隨著供熱量的增加，對除鹽水的總有機碳（TOC）指標要求更加嚴格，當單機供熱量達到500 t/h 以上時，使用簡單的離子交換工藝已無法達到水質要求。特別是2013 年以來，對外供熱量的不斷增大，雙機供熱量最高約700 t/h，供熱機組大量補充新鮮除鹽水是導致蒸汽氫電導率超標的主要原因，因此在大量供熱情況下，降低除鹽水中TOC 含量是解決供熱機組蒸汽氫電導率超標的有效途徑。

3.4 化學不完全燃燒

煙氣CO 含量理想值應控制在200 mg/Nm3以內，每增加100 mg/Nm3，鍋爐效率降低約0.015%。由于煙氣系統未安裝CO 監測器，運行人員無法實時調控，導致CO 含量總體維持在較高水平且波動很大，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 空預器漏風大

該電廠空預器原設計采用回轉式空氣預熱器，設計漏風率為6%以下。由于密封結構采用軸向密封板等密封工藝，且設備經過較長時間運行，轉子及風罩等受熱變形后，密封間隙變大，漏風量變大，實際2 臺機組漏風率都在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組最大的一項熱損失，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計值為BMCR 工況下121 ℃，實際滿負荷煙溫超過130 ℃，甚至達到140 ℃以上。

4 對策

4.1 省煤器上部加裝吹灰器

增設省煤器吹灰器，吹掃省煤器乃至低溫過熱器上的積灰，防止省煤器本體積灰重新板結，提高鍋爐熱效率。加裝吹灰器后，省煤器進出口水溫差快速、持續擴大，省煤器吸熱明顯改善，省煤器進出口水溫升大約增加了7 ℃，達到41 ℃，已接近設計值。

4.2 加長屏過吹灰器導軌，爐膛添加除焦劑

加長屏過吹灰器后部軌道，吹灰器槍頭有效避開爐膛高溫，防止槍頭燒破后無效吹灰造成屏過結焦。定期噴灑除焦劑，使屏式過熱器不易結焦，保證屏式過熱器的受熱面積，確保換熱效率。

4.3 開展鍋爐化學清洗，降低熱阻、增加吸熱量

利用機組大修對省煤器、水冷壁進行化學清洗，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，除垢率＞97%。#1、#2 機組鍋爐化學清洗結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 鍋爐水冷壁中間點過熱度提高了13.5 ℃。

4.4 加裝煙氣CO 檢測裝置，監控和調整煙氣CO 含量

加裝煙氣CO 檢測裝置，在控制畫面增設CO 實時數據，通過實時監控CO 和O2含量，可以為運行調整風量提供很好的參考，減少CO 過高帶來的化學不完全燃燒損失。通過CO監測和調整，可以將CO 量從500 mg/m3降低到200 mg/m3以內，平均提高鍋爐熱效率0.12%。

4.5 空預器密封改造

對空預器密封改造，采用間隙自補償漏風控制技術，更換所有徑向密封板，將原軸向密封板改為對應密封方式，軸向弧形板調整重新設定，更換中心筒上下密封裝置，更換上部軸密封裝置，轉子及中心筒重新定位找正等措施，大幅降低漏風水平；通過軟件精確模擬，優化空預器密封間隙設定，減小整體間隙水平，進一步降低漏風率；結合機組檢修測量、調整密封間隙，改造后空預器漏風率從8.0%降低到4.5%，可以提高鍋爐熱效率約0.21%。

4.6 鍋爐燃燒調整

通過對歷史數據的收集，不同負荷下的燃燒調整試驗，尋找兩臺鍋爐熱經濟性的影響及其規律，尋求最佳運行方式；通過試驗調整較優的配煤、上煤方式和煤粉細度，盡可能接近設計煤種；通過優化一次風配比，減少汽溫偏差，滿負荷平均減溫水量下降10 t/h；通過合理的一、二次風配比、風煤比的配比，提高旋流強度等方式，改善風粉混合效果，優化燃燒配風，提高燃燒效率；通過優化燃燒調整，提高鍋爐運行的穩定性，使鍋爐火焰均勻充滿爐膛，減少水平煙溫偏差，提高鍋爐的經濟運行水平。

5 改造后效果評價

在同等工況情況下，2017—2020 年#1、#2 鍋爐熱效率基本穩定在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 結語

通過改造，#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4 a 鍋爐熱效率基本穩定在93%以上。選取2016、2017 年同期相近煤質時的數值進行比較：#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%。對于600 MW 鍋爐，鍋爐效率每提升1%，大約可以節約機組發電標煤耗2.95 g，#1、#2 鍋爐分別可以節約發電標煤耗約1.416 g 和2.478 g，按照標煤600 元/t，年發電量60 億kWh 計算，一年可節約燃料成本約700 萬元。