夏文靜，衡麗君，何長征

(1．中冶華天工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019;

2．河南城建學(xué)院 能源與建筑環(huán)境工程學(xué)院，河南 平頂山 467044;3．南京博沃科技發(fā)展有限公司，江蘇 南京 210006)

國內(nèi)大型鍋爐的排渣系統(tǒng)主要采用風冷干式排渣系統(tǒng)和刮板濕式排渣系統(tǒng)兩種形式，前者相對后者具有節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保、系統(tǒng)維護簡單及綜合效益好的優(yōu)點［1－3］。風冷干式排渣系統(tǒng)節(jié)能效果主要體現(xiàn)于爐底吸入冷卻風對于爐渣物理顯熱及其再燃燒所釋放熱量的回收。但是，若爐底吸入的冷卻風溫度較低時，其仍相當于爐底漏風，在爐內(nèi)總風量不變的情況下，它會導(dǎo)致空預(yù)器通風量降低、排煙溫度升高，而這對鍋爐效率的影響是負面的。因此，干式排渣系統(tǒng)在一定負荷下存在一個最佳漏風率，當漏風率小于該值時，其對鍋爐經(jīng)濟性的影響是正面的，當漏風率大于該值時，則鍋爐的經(jīng)濟性會有所降低［1－4］。相關(guān)文獻顯示干式排渣系統(tǒng)的最佳漏風率應(yīng)在1%以下［1－2］。

目前干式排渣系統(tǒng)漏風量的測試方法主要有熱平衡計算法［1，5］和直接測量法［2］。熱平衡法需對排渣量、排渣的進出口溫度、進入爐膛的冷卻風溫及環(huán)境溫度等進行測量，以計算出排渣物理顯熱及爐膛排渣口對除渣裝置產(chǎn)生的輻射熱量，再通過熱平衡求得冷卻風量，但該方法并未考慮爐渣再燃燒所釋放的熱量，且各參數(shù)準確測量的難度較大。為了定量、精確測算其漏風量，也可對排渣機兩側(cè)和頭部開設(shè)的可調(diào)送風口風速進行直接測量，但是由于無法對其本體漏風進行測試，因此該方法適用于嚴密性良好的干排渣系統(tǒng)。干式排渣系統(tǒng)體積龐大、運轉(zhuǎn)部件較多，從結(jié)構(gòu)和原理上較難解決其本體漏風問題，相關(guān)試驗研究表明干式排渣系統(tǒng)引起的爐底漏風可能會很大［5］，因此，很有必要尋找干式排渣系統(tǒng)簡單、可行的測試方法。作者采用在線風量測試的方法對干式排渣系統(tǒng)的漏風量進行了測試，分析其運行與設(shè)計性能的差異及漏風率與鍋爐運行狀況的關(guān)系特性，為鍋爐的優(yōu)化運行及漏風的監(jiān)控提供指導(dǎo)與借鑒。

1 系統(tǒng)概述

1．1 鍋爐概述

某電廠2 臺660 MW 燃煤汽輪發(fā)電空冷機組，其鍋爐為超臨界、變壓運行、螺旋管圈加垂直管直流爐，單爐膛、一次中間再熱、切圓燃燒、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、Π 型室內(nèi)布置。鍋爐型號均為HG－2210/25．4 －YM16，4 只低NOx 墻式直流燃燒器采用四面墻布置，燃燒器一、二次風噴嘴呈間隔排列，頂部設(shè)有SOFA 二次風，底部設(shè)有AA 直吹二次風，6 臺ZGM113G －II 中速磨煤機配正壓直吹制粉系統(tǒng)，主要設(shè)計參數(shù)、設(shè)計及校核煤質(zhì)如表1、表2 所示。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

表2 設(shè)計及校核煤質(zhì)

1．2 干式排渣系統(tǒng)簡介

該爐采用干式機械排渣技術(shù)，冷卻風利用鍋爐負壓條件通過吸入環(huán)境空氣獲得，其風量根據(jù)渣量、渣溫、鍋爐負荷進行調(diào)節(jié)，總冷卻風量在正常出力下小于鍋爐總風量的1． 25%，最大比例占總風量的2.0%。爐底渣經(jīng)過渣斗后，經(jīng)渣斗格柵裝置落到緩慢移動的耐熱合金鋼輸送帶板上，高溫渣在輸送帶板上冷卻，并向外輸送，從頂風門進入的受控自然空氣逆向冷卻熱渣，從側(cè)風門進入的自然空氣則冷卻排渣機殼體、輸送帶托輪和輸送帶板。在BMCR 運行工況條件下，高溫爐渣被冷卻風冷卻至150℃以下，冷卻風則吸收爐膛輻射熱、爐渣顯熱和爐渣再燃燒釋放的化學(xué)熱，在爐膛負壓的作用下返送回爐膛參與燃燒，該爐干式排渣系統(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù)如表3 所示。

表3 干式排渣系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)

1．3 運行現(xiàn)況

本次漏風測試前對#1、#2 鍋爐進行了在線風量標定、空預(yù)器漏風測試及不同負荷下的鍋爐性能測試等試驗項目，其中鍋爐性能測試的相關(guān)數(shù)據(jù)可見表4。

由表4 可知:

(1)高負荷下兩臺鍋爐的未燃盡碳熱損失均很小，而修正后排煙溫度卻均高于BRL 工況設(shè)計煙溫(123℃)12℃以上，這是導(dǎo)致鍋爐熱效率較設(shè)計值(93．84%)偏低約0．3% ～0．4%的主要原因。

(2)不同負荷下2#爐修正后排煙溫度均高于1#爐，且呈現(xiàn)負荷越低偏高越多的趨勢，最大偏高18℃，平均偏高約10℃，這導(dǎo)致平均效率較1#爐低0．59%。

由上述分析可知，導(dǎo)致兩臺鍋爐熱效率偏低的主要原因是排煙溫度過高，其中2#爐更嚴重。通過多種手段的燃燒調(diào)整發(fā)現(xiàn)，始終無法有效降低2#爐的排煙溫度，分析認為該爐干排渣系統(tǒng)漏風量可能很大，進而導(dǎo)致其排煙溫度過高。干排渣系統(tǒng)的漏風量主要與爐膛負壓有關(guān)，而爐膛負壓一般情況下變化較小，當機組負荷降低、入爐總風量減少時，由于其漏風量相對變化較小，因此其漏風率隨之增大［2］，進而導(dǎo)致其對排煙溫度的影響程度呈增大趨勢?？梢姼膳旁到y(tǒng)漏風量大小的確定對于2#爐的經(jīng)濟運行有其重要的意義。

鑒于熱平衡計算法和直接測量法存在測量難度較大及本體漏風無法測量的問題，本次試驗采用了一種基于在線風量進行測試的新方法，以便進行定量分析。

2 采用在線風量計算干式排渣系統(tǒng)漏風量的方法

本次測試前先對在線風量進行標定試驗，以便準確地監(jiān)控一、二次風量的變化，數(shù)據(jù)表明在線風量已滿足試驗要求。

測試中應(yīng)保持機組負荷、爐膛負壓及運行氧量等重要參數(shù)，維持某一固定值運行，并設(shè)置送風機、引風機及一次風機自動跟蹤控制，以保證入爐總風量在排渣機的關(guān)斷門關(guān)閉前后維持不變。當關(guān)斷門關(guān)閉后，由于爐底流通面積已很小，隨著時間的推移，落渣的堆積又對爐底起到了一定的封堵作用，致使爐底漏風幾近消失。為維持入爐總風量不變，彌補爐底漏風的消失，送風機必將自動跟蹤運行氧量的變化，增大送風量及入爐熱二次風量，待工況穩(wěn)定后，在線一、二次總風量的增量(其中一次風的增量很小)即為干式排渣系統(tǒng)冷卻風的漏入量。試驗過程中，應(yīng)盡量縮短測試時間以減少煤質(zhì)及燃燒狀態(tài)變化對入爐總風量的影響，同時保持較高的運行氧量及選用低灰份、易燃煤質(zhì)，以防止關(guān)斷門關(guān)閉后爐底出現(xiàn)結(jié)焦、保持未燃盡碳損失僅小幅變化。

表4 不同負荷下1#、2#爐性能試驗數(shù)據(jù)匯總

3 試驗結(jié)果及分析

3．1 干式排渣系統(tǒng)漏風量的測試

本次測試機組負荷為580 ～590 MW 負荷、DCS省煤器出口平均氧量為4．4% ～4．5%，相關(guān)數(shù)據(jù)匯總?cè)绫? 所示。

表5 干排渣系統(tǒng)漏風量測試相關(guān)數(shù)據(jù)匯總

由表5 可知:

(1)測試期間干渣系統(tǒng)的關(guān)斷門關(guān)閉前后，2 臺機組的電負荷、爐膛負壓、省煤器出口氧量均變化很小，可見試驗工況穩(wěn)定、外界干擾很小。1#爐由于漏風量相對較小，對主蒸汽流量及爐內(nèi)燃燒的影響較小，因此干排渣系統(tǒng)的漏風量可認為與在線一、二次風總風量的變化量相等。2#爐漏風量很大，關(guān)斷門關(guān)閉后，排煙溫度下降近10℃，鍋爐效率上升明顯，在機組負荷幾乎不變的情況下，總?cè)剂狭考叭霠t總風量會有所下降。因此，2#爐漏風量還應(yīng)考慮效率提升導(dǎo)致入爐總風量減少的影響。

(2)1#爐干排渣系統(tǒng)的漏風量為48 t/h，一、二次風總風量為2293 t/h?？紤]5．0%的設(shè)計爐膛漏風，經(jīng)計算該系統(tǒng)漏風率為1．92%，偏離最佳漏風率，已接近設(shè)計最大漏風率(2．0%)。關(guān)斷門關(guān)閉后，該爐排煙溫度僅下降1． 7℃，由文獻相關(guān)試驗［2－3］及計算表明該爐爐渣再燃燒所釋放的熱量很有限，干排渣系統(tǒng)漏風對鍋爐效率的影響均體現(xiàn)于排煙熱損失。經(jīng)計算，當干排渣系統(tǒng)漏風率為1.0%左右時，其冷空氣回收熱量與空預(yù)器風量減少導(dǎo)致的熱量損失大致平衡，而該漏風率與表1 中的設(shè)計值保持一致。

(3)2#爐干排渣系統(tǒng)的漏風量為167 t/h，一、二次風總風量為2395 t/h?？紤]5．0%的設(shè)計爐膛漏風及磨煤機密封風，經(jīng)計算該系統(tǒng)漏風率為6.11%。若考慮鍋爐效率提升0．5%所導(dǎo)致的入爐總風量的減少，則其漏風率為6．58%，為設(shè)計最大漏風率3．29 倍，可見2#爐干排渣系統(tǒng)存在嚴重漏風，且漏風量明顯高于1#爐。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)2#爐干排渣系統(tǒng)本體上部區(qū)域存在多處明顯泄漏點，其嚴密性明顯差于1#爐，同時此處漏風直接進入爐膛底部，未吸收爐渣顯熱及其再燃燒釋放的熱量?，F(xiàn)場分析認為系統(tǒng)本體泄漏點的存在主要是由于碎渣機與原排渣設(shè)備之間存在較大空隙所致，類似情況在其它電廠也不同程度存在［5］。

3．2 漏風量對排煙溫度與省煤器出口煙溫的影響

由于2#爐排渣系統(tǒng)漏風量較大，當關(guān)斷門關(guān)閉后對排煙溫度及省煤器出口煙溫的影響也較大，因此更便于分析漏風率對相關(guān)參數(shù)的影響規(guī)律，為此繪制了2#爐相關(guān)煙溫參數(shù)的變化曲線，如圖1所示。

圖1 2#爐排渣機關(guān)斷門關(guān)閉后排煙溫度和省煤器出口煙溫變化曲線

由表5 及圖1 可知:相對設(shè)計漏風率1．0%，2#爐漏風率增加了5．58%，導(dǎo)致排煙溫度上升9．7℃、鍋爐熱效率下降約0．5%。可近似認為，當干式排渣系統(tǒng)漏風很大時，漏風率每增加1%，排煙溫度增加1．7℃，鍋爐效率下降約0．1%。

由表5 及圖1 可知，2#爐關(guān)斷門關(guān)閉后，伴隨著爐底漏風的消失及熱二次風量的增大，省煤器出口煙溫上升了5． 1℃?？山普J為，漏風率每降低1%，省煤器出口煙溫升高0．8℃。一般情況下，溫度較低的冷卻風從爐膛底部沿負壓向上進入，會對溫度較高的爐膛煙氣形成沖擊，提高爐內(nèi)火焰中心的高度，進而導(dǎo)致尾部煙道煙溫升高，即漏風率的增加，會導(dǎo)致省煤器出口煙溫升高，而這與實際運行狀況完全相反。分析認為，當入爐總風量保持不變時，一方面，減少冷空氣的進入會導(dǎo)致爐內(nèi)理論燃燒溫度有所上升，經(jīng)熱力計算，漏風率每減少1．0%，理論燃燒溫度會上升1．9℃;另一方面，本廠鍋爐均采用了低NOx 燃燒器及SOFA 空氣分級技術(shù)，燃燒器區(qū)域處于缺氧燃燒狀態(tài)，因此爐內(nèi)燃燒對入爐風量的分配非常敏感。當標高位置較低的爐底漏風，被標高位置較高的二次風替換后，由于配風位置的上移及配風趨于均勻，不僅使爐膛火焰中心有所上移，同時爐內(nèi)溫度也有所提高，最終導(dǎo)致省煤器出口煙溫呈現(xiàn)上升趨勢。

3．3 熱力計算校核

以上對于干式排渣系統(tǒng)漏風量及相關(guān)煙溫的分析均是基于運行參數(shù)之上，因此有必要對運行參數(shù)的準確性進行相關(guān)校核。校核的依據(jù)為:

(1)根據(jù)空預(yù)器進出口煙氣及空氣側(cè)的流量及溫度參數(shù)進行空預(yù)器能量平衡計算［6］，以檢驗在線熱二次風量變化所引起的相關(guān)熱力運行參數(shù)變化的準確性;

(2)本次試驗在關(guān)斷門關(guān)閉前進行了鍋爐性能試驗及空預(yù)器漏風率測試，由此可計算得出空預(yù)器的入口煙氣量及其漏風量;

(3)由運行參數(shù)可知，關(guān)斷門關(guān)閉前后空預(yù)器進出口一次風壓、磨煤機進口總一次風量及一次風機動葉閥位及電流幾乎均未有變化，因此可認為流經(jīng)空預(yù)器的一次風流量及其一次風側(cè)漏風量均未有變化;

(4)根據(jù)空預(yù)器二次風側(cè)壓力的變化，計算得出二次風側(cè)漏風量約增加5%，約占空預(yù)器整個漏風量1%，可見漏風量變化很小。

首先，根據(jù)(1)、(2)可計算得到關(guān)斷門關(guān)閉前空預(yù)器出口熱一次風量為437．8 t/h，鑒于試驗中6臺磨煤機均已投用、鍋爐效率偏低及煤質(zhì)水分較大的情況，該計算值較為合理。其后，根據(jù)(3)、(4)可計算得到關(guān)斷門關(guān)閉后空預(yù)器空氣側(cè)吸熱量及煙氣側(cè)放熱量，相關(guān)數(shù)據(jù)的匯總?cè)绫? 所示。

由表6 可知，關(guān)斷門關(guān)閉后煙氣側(cè)放熱量增加10．96 MW、空氣側(cè)吸熱量增加10．56 MW，兩者相差0．40 MW，誤差率為3．68%。由于熱一次風量在關(guān)斷門關(guān)閉前后幾乎未有變化，加之影響誤差率的主要參數(shù)是煙氣放熱量及熱二次風吸熱量的變化量，通過計算分析認為:即使計算得出的熱一次風量誤差較大，其最終誤差率也不應(yīng)超過5．0%。由此可見試驗中通過在線風量對干式排渣系統(tǒng)進行漏風量測試的準確度較高。

表6 2#爐干排渣系統(tǒng)漏風量熱力校核數(shù)據(jù)匯總

4 結(jié)論

(1)在線風量測試干排渣系統(tǒng)漏風量的方法克服了其它方法中存在的測試難度大及本體漏風無法測量的問題。熱力計算校核表明:對于系統(tǒng)漏風較大的干排渣系統(tǒng)，該方法簡單、可行。但是，其對在線風量測量裝置及DCS 控制系統(tǒng)的要求相對較高，建議采用多次測量、取其平均的方法，以減小測量誤差。

(2)由于干式排渣系統(tǒng)本體可能存在漏風，即使關(guān)閉或封堵廠家設(shè)計的所有進風口，冷風仍可能通過排渣機機殼進入爐內(nèi)，使得流經(jīng)空預(yù)器的風量降低、排煙溫度及排煙熱損失明顯增加，因此日常維護中應(yīng)重視其本體泄漏點的處理。

(3)干式排渣系統(tǒng)的漏風量對排煙溫度及省煤器出口煙溫的影響較為明顯。對于上述爐型而言，當其漏風已較大時，漏風率每增加1%，排煙溫度增加1．7℃，鍋爐效率下降0．1%。

(4)鑒于干式排渣系統(tǒng)及低NOX燃燒技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，爐底漏風對于NOx 排放、飛灰含碳量及爐膛火焰溫度的影響有其深入研究的意義。

［1］高繼錄，冷杰，許華，等．1000 MW 機組干式排渣系統(tǒng)對鍋爐效率影響的試驗研究［J］．熱能動力工程，2012，27(5):578 －595．

［2］董信光，何國亮，高長安，等． 改造型干式排渣系統(tǒng)對鍋爐運行特性的影響［J］． 電站系統(tǒng)工程，2013，29(1):27 －29．

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［6］空氣預(yù)熱器性能試驗:ASME PTC 4．3 Air Heater［R］．