李 戈， 馬龍信

（華電電力科學(xué)研究院鍋爐及燃燒技術(shù)部，浙江杭州 310030）

0 引言

貴州某電廠#2機(jī)組裝機(jī)容量為300MW，原設(shè)計(jì)煤種為貴州貧煤，機(jī)組自投運(yùn)以來(lái)一直存在排煙溫度偏高的問(wèn)題。同時(shí)，由于近年來(lái)煤炭供應(yīng)緊張，電廠來(lái)煤較雜，鍋爐燃用燃料灰分高，煤失所占的比列最大，約占總損失的4%～8%，為能夠進(jìn)一步提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，針對(duì)機(jī)組目前存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，此臺(tái)機(jī)組排煙溫度偏高主要是由于空預(yù)器運(yùn)行多年后存在很多問(wèn)題引起的，依此提出相關(guān)的技術(shù)改造方案并做經(jīng)濟(jì)性分析[2]。

1 設(shè)備概況

貴州某電廠#2機(jī)組鍋爐為東方鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的DG1025/540/18.2-II 12型亞臨界壓力、中間一次再熱自然循環(huán)汽包爐，單爐膛Π形布置，四角布置擺動(dòng)式燃燒器，切向燃燒，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，半露天島式布置，采用鋼球磨中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，設(shè)計(jì)煤種為貴州貧煤。鍋爐尾部配有兩臺(tái)三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器，型號(hào)為L(zhǎng)AP10320/883。鍋爐設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

2 設(shè)備問(wèn)題分析

2.1 排煙溫度高[6]

目前2號(hào)鍋爐長(zhǎng)期存在排煙溫度偏高的現(xiàn)象，大約偏高15～25℃。排煙溫度偏高致使鍋爐效率下降，嚴(yán)重影響了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

2.1.1 機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

2號(hào)機(jī)組在300MW工況下進(jìn)行鍋爐效率試驗(yàn)，試驗(yàn)期間機(jī)組運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

從機(jī)組運(yùn)行參數(shù)看，300MW工況下，鍋爐空預(yù)器入口煙溫380℃，排煙溫度為150.2℃，空預(yù)器漏風(fēng)率為7.57%，比設(shè)計(jì)漏風(fēng)率高約1.5%，進(jìn)風(fēng)溫度修正后排煙溫度為146.96℃，比設(shè)計(jì)值高約24℃。熱一次風(fēng)溫度低于設(shè)計(jì)值約30℃，熱二次風(fēng)溫度低于設(shè)計(jì)值約40℃。

2.1.2 空預(yù)器換熱效果評(píng)價(jià)[5]

通過(guò)前期的試驗(yàn)結(jié)果及分析，空預(yù)器換熱效果不佳可能是造成排煙溫度高于設(shè)計(jì)值的重要原因。因此，對(duì)目前空預(yù)器的換熱效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)計(jì)算，空預(yù)器換熱效果評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

從計(jì)算結(jié)果可知，在300MW工況下，進(jìn)風(fēng)溫度修正到設(shè)計(jì)條件下，鍋爐運(yùn)行實(shí)際排煙溫度為146.96℃，高于設(shè)計(jì)值約24℃，無(wú)漏風(fēng)修正后排煙溫度為159.3℃，高于設(shè)計(jì)值約30℃。設(shè)計(jì)工況和實(shí)際運(yùn)行工況下的X比（通過(guò)空氣預(yù)熱器的空氣的熱容量對(duì)通過(guò)空氣預(yù)熱器的煙氣的熱容量的比值）分別為0.807和0.791，運(yùn)行工況下煙氣側(cè)效率為62.17%，低于設(shè)計(jì)值8.31%[5]。

表3 空預(yù)器換熱效果評(píng)價(jià)

2.1.3 空預(yù)器對(duì)排煙溫度的影響

通過(guò)對(duì)多個(gè)電廠鍋爐預(yù)熱器運(yùn)行數(shù)據(jù)的比較，可以看到經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行大部分電廠鍋爐預(yù)熱器的一次風(fēng)、二次風(fēng)、煙氣側(cè)的阻力分別比設(shè)計(jì)的鍋爐預(yù)熱器的煙氣和空氣側(cè)阻力大20%～30%左右。很多電廠鍋爐預(yù)熱器傳熱元件存在比較嚴(yán)重的堵灰現(xiàn)象，預(yù)熱器傳熱元件堵灰會(huì)使預(yù)熱器的傳熱效率下降，導(dǎo)致排煙溫度上升[6]。

1）鋼管：采用外徑Φ48mm，壁厚3.0mm的鋼管。鋼管端部切口平整，嚴(yán)禁采用氣割或燒焊割端頭，嚴(yán)禁使用有嚴(yán)重銹蝕、彎曲、壓扁或裂紋的鋼管。

2.1.4 空預(yù)器檢查情況

2號(hào)機(jī)組停機(jī)檢修后，對(duì)空預(yù)器內(nèi)部情況進(jìn)行了詳細(xì)檢查，檢查中發(fā)現(xiàn)空預(yù)器傳熱元件存在比較嚴(yán)重的磨損、堵灰和冷端腐蝕現(xiàn)象[3]。檢查情況如圖1～圖3所示。

從現(xiàn)場(chǎng)對(duì)預(yù)熱器內(nèi)部的檢查發(fā)現(xiàn)，該空預(yù)器傳熱元件存在比較明顯的堵灰情況（如圖1所示），這將導(dǎo)致空預(yù)器阻力增加，換熱效果下降，排煙溫度升高[3]。

從現(xiàn)場(chǎng)對(duì)預(yù)熱器內(nèi)部的檢查發(fā)現(xiàn)，該空預(yù)器傳熱元件磨損情況比較嚴(yán)重（如圖2所示），尤其是熱段上表面及倉(cāng)格的四周磨損量較大。這將導(dǎo)致空預(yù)換熱效果下降，排煙溫度升高[3]。

根據(jù)對(duì)該電廠空預(yù)器內(nèi)部檢查，該空預(yù)器傳熱元件存在傳熱元件盒與隔板間縫隙偏大的現(xiàn)象（如圖3所示）。這一部分是由設(shè)備加工質(zhì)量不過(guò)關(guān)造成a）、b），另一部分則是由于磨損造成c）、d）。這些間隙形成旁路現(xiàn)象，導(dǎo)致空氣和煙氣直接通過(guò)空預(yù)器，致使空預(yù)換熱效果下降，排煙溫度升高。

3 技術(shù)改造方案

3.1 排煙溫度高治理措施

通過(guò)對(duì)鍋爐排煙溫度偏高原因的分析，為達(dá)到降低鍋爐排煙溫度的目的，擬采取以下技術(shù)措施降低排煙溫度[7]：

（2）減少爐膛和制粉系統(tǒng)的漏風(fēng)，爐膛和制粉系統(tǒng)漏風(fēng)的減少，會(huì)使通過(guò)預(yù)熱器的風(fēng)量增加，從而使預(yù)熱器的排煙溫度下降[4]。

（3）消除空氣和煙氣的旁路現(xiàn)象，保證良好的旁路密封效果，對(duì)傳熱元件盒與隔板間縫隙偏大位置進(jìn)行封堵，有效的消除空氣和煙氣的旁路現(xiàn)象，使空氣溫度上升、排煙溫度下降[4]。

（4）導(dǎo)向、支撐軸承空氣密封改造[8]。進(jìn)行空預(yù)器檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，空預(yù)器軸端有漏灰現(xiàn)象。預(yù)熱器導(dǎo)向端軸與熱端桁架之間的空氣密封裝置，原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，使用一段時(shí)間后，密封盤根磨損，高溫、高壓熱風(fēng)從預(yù)熱器內(nèi)部泄漏到熱端中心桁架導(dǎo)向軸承處，使得導(dǎo)向軸承箱潤(rùn)滑油長(zhǎng)期處于較高溫度，威脅著導(dǎo)向軸承的運(yùn)行安全，同時(shí)熱風(fēng)夾帶著灰分從預(yù)熱器內(nèi)部泄漏出來(lái)，造成導(dǎo)向軸承、支撐軸承處較多積灰，嚴(yán)重的污染了環(huán)境，也很容易污染軸承箱內(nèi)潤(rùn)滑油，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。對(duì)空預(yù)器導(dǎo)向、支撐軸承空氣密封裝置進(jìn)行改造，可有效的解決了此處漏灰問(wèn)題。

3.2 空預(yù)器改造后性能理論計(jì)算

3.2.1 電廠入爐煤煤質(zhì)及灰分分析

由于燃料供應(yīng)緊張，目前電廠燃用煤質(zhì)已嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤質(zhì)，這也是造成鍋爐排煙溫度高的一大因素。為了能夠準(zhǔn)確的對(duì)空預(yù)器換熱性能進(jìn)行分析，對(duì)目前電廠來(lái)煤進(jìn)行了取樣化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)煤種低位發(fā)熱量為21971 kJ/kg，收到基灰分27.14%，收到基水分8%。取樣的兩個(gè)煤樣入爐煤1和入爐煤2，低位發(fā)熱量分別為16508 kJ/kg和18383 kJ/kg，收到基灰分分別為41.03%和35.03%，收到基水分分別為10.82%和10.76%。從化驗(yàn)數(shù)據(jù)看，目前入爐煤發(fā)熱量低于設(shè)計(jì)值，灰分遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)煤種。

表4 設(shè)計(jì)煤質(zhì)空預(yù)器性能計(jì)算

3.2.2 預(yù)熱器改造前后性能計(jì)算分析

分別在設(shè)計(jì)煤質(zhì)條件及入爐煤質(zhì)條件下，對(duì)空預(yù)器進(jìn)行換熱元件改造后的換熱性能進(jìn)行了預(yù)測(cè)計(jì)算分析?？疹A(yù)器換熱性能計(jì)算見(jiàn)表4。

由上表計(jì)算數(shù)據(jù)可知，在設(shè)計(jì)煤質(zhì)及設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)下，通過(guò)新型換熱元件改造后，排煙溫度約降低5℃，一次熱風(fēng)溫提高約12℃，二次熱風(fēng)溫提高約3℃。

由上表計(jì)算數(shù)據(jù)可知，在入爐煤質(zhì)及當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)下，通過(guò)新型換熱元件改造后，排煙溫度約降低15℃，一次熱風(fēng)溫提高約30℃，二次熱風(fēng)溫提高約30℃。

3.3 導(dǎo)向、支撐軸承空氣密封改造[8]

進(jìn)行空預(yù)器檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，空預(yù)器軸端有漏灰現(xiàn)象。預(yù)熱器導(dǎo)向端軸與熱端桁架之間的空氣密封裝置，原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，使用一段時(shí)間后，密封盤根磨損，高溫、高壓熱風(fēng)從預(yù)熱器內(nèi)部泄漏到熱端中心桁架導(dǎo)向軸承處，使得導(dǎo)向軸承箱潤(rùn)滑油長(zhǎng)期處于較高溫度，威脅著導(dǎo)向軸承的運(yùn)行安全，同時(shí)熱風(fēng)夾帶著灰分從預(yù)熱器內(nèi)部泄漏出來(lái)，造成導(dǎo)向軸承、支撐軸承處較多積灰，嚴(yán)重的污染了環(huán)境，也很容易污染軸承箱內(nèi)潤(rùn)滑油，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。對(duì)空預(yù)器導(dǎo)向、支撐軸承空氣密封裝置進(jìn)行改造，可有效的解決了此處漏灰問(wèn)題。

4 改造效果及經(jīng)濟(jì)效益[9]

空預(yù)器換熱元件從機(jī)組投產(chǎn)至今未進(jìn)行過(guò)更換，按照設(shè)計(jì)使用壽命計(jì)算大約還可使用2～3a。但是，由于目前鍋爐燃用的煤種具有高灰分、高硫分的特點(diǎn)，換熱元件損壞情況將會(huì)加重，使用壽命縮短，這一點(diǎn)從空預(yù)器檢查中已得到證實(shí)。因此，采取更換空預(yù)器換熱元件并改型的方案治理排煙溫度高問(wèn)題，既有實(shí)用性，又具有較好的投資經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)采用新型換熱元件對(duì)空預(yù)器進(jìn)行改造后，不但能夠顯著降低排煙溫度，而且能夠使一、二次風(fēng)溫明顯提高，加強(qiáng)燃燒，利于燃用劣質(zhì)貧煤。本次改造需對(duì)空預(yù)器冷段傳熱元件、熱段及中間層傳熱元件和冷、熱端空氣密封進(jìn)行更換或改造。按照目前換熱元件價(jià)格估算，每臺(tái)鍋爐空預(yù)器改造費(fèi)用約為450萬(wàn)元（含材料費(fèi)、施工費(fèi)），改造工程投資回報(bào)預(yù)期見(jiàn)表5。

表5 改造投資回報(bào)預(yù)期經(jīng)濟(jì)收益

采取空預(yù)器改造措施后，根據(jù)計(jì)算，可以使鍋爐排煙溫度在目前150℃左右的水平上下降10℃以上，降低煤耗1.6 g/kW·h以上。單臺(tái)機(jī)組年節(jié)約燃料成本250萬(wàn)元以上（年利用小時(shí)數(shù)按6000h，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)按850元/t計(jì)），不到兩年即可收回投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。本計(jì)算未考慮熱風(fēng)溫度提高對(duì)鍋爐燃燒的有益影響及節(jié)能減排的環(huán)境、社會(huì)效益。因此，該電廠進(jìn)行空預(yù)器改造項(xiàng)目具有良好的投資回報(bào)價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問(wèn)題的理論分析和經(jīng)濟(jì)性探究，能夠有效地解決該電廠鍋爐運(yùn)行中遇到的排煙溫度偏高的問(wèn)題，說(shuō)明通過(guò)從空預(yù)器的角度分析鍋爐排煙溫度偏高的問(wèn)題具有較為實(shí)際的意義，通過(guò)對(duì)該電廠空預(yù)器一系列的改造措施和技術(shù)手段對(duì)于國(guó)內(nèi)其他電廠同級(jí)的空預(yù)器同樣也具有較高的參考價(jià)值。

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