循環流化床鍋爐尾部煙道漏風性能試驗研究

于 旭1，孫 浩1，董建聰2，張 進2

（1.國家電投集團鹽城熱電有限責任公司，江蘇 鹽城 224007；2.南京工程學院能源研究院，南京 211167）

0 引言

循環流化床（CFB）鍋爐相比于煤粉鍋爐，具有煤種適應性強、燃燒過程生成的污染物少和調峰性能好等優點[1]，因此在國內火力發電、供熱及化工等行業發揮著越來越重要的作用。目前，小型循環流化床鍋爐尾部受熱面多采用多級管式空預器，在實際運行中由于安裝維護不當、煙塵沖刷、高溫燒蝕以及尾部低溫腐蝕等因素的疊加影響，CFB鍋爐尾部煙道常會發生漏風現象[2]。當出現漏風時，爐外空氣和爐內一、二次熱風分別通過爐墻漏點和空預器漏點進入尾部煙道內。一方面，低溫漏風降低了尾部煙溫，會減弱尾部受熱面傳熱效果，使排煙溫度上升，影響爐效；另一方面，尾部漏風增加了排煙量，提高排煙損失的同時，還會導致送、引風機出力增加，甚至迫使鍋爐降負荷運行，嚴重影響CFB鍋爐的安全穩定運行[3]。

杜佳軍[4]對某200MW循環流化床鍋爐空預器漏風進行了深入分析，研究了設備結構、燃燒煤種偏差、暖風器投運方式及吹灰器清灰效果對漏風的影響，并提出了針對性的改造和優化方案。張智羽等[5]以內蒙古某亞臨界CFB發電機組為研究對象，建立了富氧燃燒CFB發電機組流程仿真模型，研究了漏風系數對發電系統整體能耗的影響，結果表明隨著漏風的增大，機組煤耗和總能耗增大，機組輸出功率和凈電效率減小。因此，在富氧CFB設計與運行中應保證鍋爐煙道的氣密性，減少漏風的影響。武世福等[6]對某1060t/h CFB鍋爐在爐內噴鈣脫硫運行工況下進行了性能試驗，計算在不同工況下的熱效率和空預器漏風率，結果表明隨著機組負荷的增加，回轉式空氣預熱器的漏風率由15.97%降到7.03%，但空預器漏風率整體偏高。

本文在一臺150t/h循環流化床鍋爐上開展了尾部煙道漏風性能試驗，利用Testo-350煙氣分析儀對低溫省煤器進出口和上、中、下級空預器出口左右兩側的煙氣成分進行了取樣分析。根據測量結果分別計算得到了低溫省煤器和上、中、下級空預器的漏風率，據此對尾部煙道內的具體漏風位置進行了預判并提出了檢修意見。此外，通過對比漏風檢修前后鍋爐風煙系統的運行參數，分析了尾部漏風對CFB鍋爐運行的影響。

1 CFB鍋爐概況

該臺150t/h高溫高壓CFB鍋爐為單鍋筒橫置式、單爐膛、自然循環、全懸吊結構、全鋼架π型布置。鍋爐運轉層以上露天，運轉層以下封閉，在運轉層8m標高設置混凝土平臺。爐膛采用膜式水冷壁，鍋爐中部是蝸殼式汽冷旋風分離器，尾部豎井煙道布置兩級4組對流過熱器，過熱器下方布置兩組省煤器及一、二次風三級空氣預熱器。鍋爐的主要設計參數見表1。

表1 150t/h CFB鍋爐主要設計參數Table 1 Main design parameters of 150t/h CFB boiler

該臺CFB鍋爐尾部煙道內的低溫受熱面布置情況為：尾部豎井煙道中設有兩組光管省煤器，均采用φ32×4的管子，錯列布置，上、下組的橫向節距分別為101mm和83mm，省煤器管的材質為20G高壓鍋爐管。在省煤器后布置3組空氣預熱器，分別加熱一次風和二次風，采用臥式順列布置?？諝忸A熱器管子迎風面前兩排管子和兩側管子采用φ42×3.5厚壁管。每級空氣預熱器及相應的連通箱均采用全焊接的密封框架，以確?？諝忸A熱器的嚴密性，空氣預熱器材料采用耐腐蝕ND鋼。

2 CFB鍋爐漏風性能試驗

2.1 試驗方法

該臺CFB鍋爐尾部豎井煙道在低溫省煤器進、出口和各級空預器出口處均布置有爐墻開孔。本次試驗采用Testo-350煙氣分析儀配合2.2m長不銹鋼取樣槍抽取不同開孔處的煙氣進行成分分析，在同一開孔處通過調整取樣槍的取樣深度來對該處試驗測量結果進行均值處理。利用不同取樣位置的煙氣成分測量結果可進一步計算出該段煙道內的漏風率，本次試驗分別對低溫省煤器進出口和上、中、下三級空預器出口的左右兩側煙道內的煙氣成分進行了取樣分析。

2.2 漏風率計算方法

根據ASME PTC4.3《空預器試驗規程》中的相關規定，漏風率的計算方法如下：

式（1）中：WG1和WG2分別為某煙道區段進出口處的實際煙氣量，kg/kg。其值為該煙道截面處干煙氣量與煙氣中水分之和，具體計算方法如下：

式（2）中：CO2、O2為煙氣分析儀實測值；N2=100-CO2-O2；Sar、Har、Nar等煤質參數按鍋爐實際燃用煤種的工業分析數據取值，飛灰和大渣之間的比例按6:4設定。

3 試驗結果及漏風影響分析

3.1 試驗結果分析

將各取樣點煙氣成分測量值代入上節漏風率計算公式，即可求得尾部煙道內各區段的漏風率，其結果匯總如圖1。

圖1 尾部煙道部分典型漏風點檢修照片Fig.1 Maintenance photo of typical air leakage points of tail flue

分析數據可以發現左右兩側煙道內的漏風特性呈現出不同特性：左側煙道除中級空預器外其余各段漏風率均低于4%，說明這些區域氣密性較好，而中級空預器的漏風率是整個尾部煙道的最高值，達到了23.74%；右側煙道的漏風率普遍較高，除中級空預器漏風率低至3.98%外，其余各段漏風率均超過7%，其中低溫省煤器和上級空預器漏風率分別達到10.61%和9.25%。根據漏風率的數據對比可預判出漏風的具體位置，左右兩側煙道的漏風點也存在明顯差異：右側漏風點位于煙道上部區域，即低溫省煤器和上級空預器區域；而左側漏風點則位于煙道中部區域，即中級空預器區域，這些區域應為后續停爐檢查的重點區域。

3.2 漏風處理及影響分析

圖2為該臺CFB鍋爐尾部煙道檢修時拍攝的部分典型漏風點照片，可以看到低溫省煤器和上級空預器的膨脹節處均存在明顯的破損漏點，如圖2（a）。其造成了爐外空氣向尾部煙道煙氣側的內漏風，而中級空預器管路與熱風風箱的連接處也存在多處破損和焊縫開裂漏點，如圖2（b）。其造成了管式空預器內熱風向尾部煙道煙氣側的內漏風。上述漏風檢查結果表明：通過鍋爐漏風性能試驗得到的漏風率計算結果驗證了尾部煙道漏風點的預判是準確的。

圖2 尾部煙道部分典型漏風點檢修照片Fig.2 Maintenance photo of typical air leakage points of tail flue

通過比較漏風檢修前后的鍋爐運行參數的變化可以分析出漏風對鍋爐運行的影響。由于漏風檢修不涉及鍋爐燃燒系統和給煤系統，這兩個系統的特性在此次檢修前后保持一致，故選取檢修前后兩個給煤量接近的工況進行對比分析。相關數據匯總見表2。

表2 漏風檢修前后的運行參數對比Table 2 Comparison of operation parameters before and after air leakage maintenance

對比表2數據可知，兩個工況的給煤量分別為26.77t/h和26.05t/h，兩者相對差值小于3%，加之兩者的一、二次風總風量也相差無幾，可認為這兩個工況的爐內燃燒狀態接近相似，故兩個工況下產生的煙氣量也應相當。但通過數據可以看到，檢修后工況下的引風機電流要比檢修前下降了約1/3。分析原因是因為檢修前鍋爐尾部煙道存在漏風，爐外空氣和管式空預器內的熱風通過漏點進入尾部煙道，使通過引風機的實際煙氣量大大增加，進而導致了引風機電流的增加。此外，尾部煙道的漏風也對一、二次風機的運行狀態產生了不利影響。對比數據發現，在兩個工況一、二次風風量接近的情況下，檢修后的一、二次風機電流也要比檢修前分別下降了23.7%和19.6%。分析原因，空預器漏風使得部分一、二次熱風從漏點旁路至尾部煙道內，但由于一、二次熱風的流量測點位于空預器后，運行人員據此測點調整鍋爐送風量，只能加大一、二次風機電流以滿足鍋爐燃燒需要，因此尾部漏風也將導致一、二次風風機電流的大幅上升。

4 結論

本文在一臺150t/h循環流化床鍋爐上開展了尾部煙道漏風性能試驗，利用煙氣分析儀對低溫省煤器進出口和上、中、下級空預器出口左右兩側的煙氣成分進行了取樣分析。根據測量結果分別計算得到了低溫省煤器和上、中、下級空預器的漏風率，據此對尾部煙道內的具體漏風位置進行了預判并提出了檢修意見。此外，通過對比漏風檢修前后鍋爐風煙系統的運行參數，分析了尾部漏風對CFB鍋爐運行的影響。結果表明：中級空預器的漏風率是整個尾部煙道的最高值，達到23.74%，低溫省煤器和上級空預器漏風率分別達到10.61%和9.25%，是整個尾部煙道漏風最嚴重的部位。由于消除了尾部煙道漏風，引風機電流下降了約1/3，一、二次風機電流也分別下降了23.7%和19.6%。