郭 為，林邦春，張凱峰

（神華（福州）羅源灣港電有限公司，福建福州 350512）

0 引言

在鍋爐各項(xiàng)熱損失中，排煙熱損失q2所占比例最高。鍋爐排煙溫度和總風(fēng)量是決定排煙熱損失的兩個(gè)決定性因素，因此電站鍋爐排煙溫度是否能達(dá)到設(shè)計(jì)值，是影響鍋爐效率、發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵性因素。另外，加強(qiáng)對(duì)排煙溫度的監(jiān)視，可以盡早發(fā)現(xiàn)鍋爐尾部煙道、受熱面二次燃燒現(xiàn)象，防止事故的發(fā)生和擴(kuò)大。

1 異?，F(xiàn)象

1.1 鍋爐概況

某電廠1000 MW 超超臨界燃煤鍋爐，采用前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、全鋼構(gòu)架的∏型直流爐，設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度為25 ℃，燃用設(shè)計(jì)煤種BMCR 工況排煙溫度123 ℃。制粉系統(tǒng)采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，共設(shè)置6 臺(tái)中速磨煤機(jī)，磨煤機(jī)出口采用變頻旋轉(zhuǎn)分離器，通過(guò)改變分離器轉(zhuǎn)速控制磨煤機(jī)出口煤粉細(xì)度。

1.2 排煙溫度情況

該鍋爐在168 h 試運(yùn)期間出現(xiàn)排煙溫度過(guò)高的現(xiàn)象，由于168 h 試運(yùn)期間機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)、煤質(zhì)等條件基本無(wú)變化，通過(guò)統(tǒng)計(jì)機(jī)組1 h 運(yùn)行數(shù)據(jù)并取平均值，得出該鍋爐排煙溫度（表1）。

該鍋爐設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度為25 ℃，即該鍋爐在送風(fēng)溫度比設(shè)計(jì)值低的情況下運(yùn)行時(shí)，排煙溫度仍然比設(shè)計(jì)溫度123 ℃高出11.65 ℃，估算由此引起供電煤耗上升高達(dá)2.18 g/（kW·h）。

表1 168 h 試運(yùn)期間排煙溫度

2 原因分析

發(fā)現(xiàn)鍋爐排煙溫度參數(shù)出現(xiàn)異常后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際情況、按常見的排煙溫度升高的原因逐項(xiàng)進(jìn)行排查。經(jīng)檢查、分析，引起該鍋爐排煙溫度升高的原因主要有氧量控制不合理、受熱面結(jié)焦、磨煤機(jī)一次風(fēng)量偏高、鍋爐漏風(fēng)。

2.1 氧量控制不合理

通過(guò)觀察排煙含氧量，發(fā)現(xiàn)該鍋爐兩側(cè)氧量偏差較大。對(duì)氧量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)、排除測(cè)量?jī)x器因素后，判斷爐膛內(nèi)燃燒組織不合理，爐膛內(nèi)部單側(cè)區(qū)域燃燒較強(qiáng)。在測(cè)量表1 數(shù)據(jù)相同時(shí)間段內(nèi)，對(duì)省煤器出口煙氣含氧量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)見表2。從表2 可以看出，兩側(cè)煙氣含氧量偏差值高達(dá)0.81%。為了將氧量偏低側(cè)運(yùn)行值控制在接近于設(shè)計(jì)值的水平，運(yùn)行中大幅度提升總送風(fēng)量。進(jìn)入爐膛內(nèi)的送風(fēng)量提高后，相應(yīng)降低了爐膛內(nèi)溫度，減少了輻射受熱面的吸熱量，導(dǎo)致爐膛出口煙氣溫度上升，最終影響排煙溫度上升。

2.2 鍋爐受熱面結(jié)焦

該鍋爐設(shè)計(jì)煤種煤灰成分見表3。《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導(dǎo)則》（DL/T 831—2015）中提供了7 種“煤的結(jié)渣特性初步判據(jù)”方法，選取其中3 種簡(jiǎn)便易行的方法對(duì)該煤種結(jié)渣特性進(jìn)行初步判斷。經(jīng)過(guò)近似計(jì)算：①方法一，Rt=（1150+4×1120）/5=1126 ℃，小于1250 ℃，屬于嚴(yán)重結(jié)渣特性；②方法二，ST=1150＜1290 ℃，屬于嚴(yán)重結(jié)渣特性；③方法三，ST-DT=30 ℃，618-0.47DT=91.6 ℃，即（ST-DT）＜（618-0.47DT），屬于嚴(yán)重結(jié)渣特性。

表2 省煤器出口煙氣氧量

經(jīng)上述3 種判據(jù)方法的計(jì)算、判斷，可確定燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)鍋爐受熱面有明顯結(jié)渣傾向。同時(shí)，根據(jù)2.1 所述，該鍋爐存在爐膛內(nèi)燃燒不均的現(xiàn)象。在氧量偏低的區(qū)域，燃料不能完全燃燒，煙氣中CO 含量增多，附近受熱面還原性氣氛加劇。在還原性氣氛下，煤灰熔點(diǎn)大幅度下降，受熱面結(jié)焦的風(fēng)險(xiǎn)和結(jié)焦的程度顯著增加。無(wú)論是輻射受熱面還是對(duì)流受熱面，結(jié)焦和積灰問(wèn)題都會(huì)增加受熱面?zhèn)鳠釤嶙?，降低換熱效率、導(dǎo)致排煙溫度升高。

表3 設(shè)計(jì)煤種煤灰成分

2.3 磨煤機(jī)一次風(fēng)量偏高

運(yùn)行中存在磨煤機(jī)一次風(fēng)量偏高的問(wèn)題。中速磨煤機(jī)入口風(fēng)道布置普遍呈現(xiàn)截面積大、直管段較短的特點(diǎn)。特別是在熱一次風(fēng)和冷一次風(fēng)混合后的磨煤機(jī)入口管道，風(fēng)道內(nèi)一次風(fēng)溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)分布極其不均勻，有的部分甚至有渦流產(chǎn)生，并且風(fēng)道內(nèi)的渦流大小和位置隨時(shí)產(chǎn)生變化，給參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量帶來(lái)極大困難。對(duì)于差壓式風(fēng)量測(cè)量裝置，溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性影響一次風(fēng)密度的計(jì)算，從而最終影響風(fēng)量的計(jì)算結(jié)果。對(duì)于熱式風(fēng)量測(cè)量裝置，溫度的準(zhǔn)確性對(duì)測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生直接影響，這種影響往往會(huì)帶來(lái)較大偏差。

采用中速磨煤機(jī)的制粉系統(tǒng)中普遍存在現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地空間有限、磨煤機(jī)入口一次風(fēng)直管段較短和一次風(fēng)量測(cè)量偏差的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)排查發(fā)現(xiàn)，該磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量測(cè)量裝置設(shè)置在一次風(fēng)道垂直管段上，這種情況與上述影響因素疊加，增大了一次風(fēng)量測(cè)量值與實(shí)際值的偏差。

為了保證磨煤機(jī)正常運(yùn)行，避免發(fā)生一次風(fēng)量偏低引起的堵磨等異常，在實(shí)際運(yùn)行中操作人員將磨煤機(jī)一次風(fēng)量控制在偏高水平。磨煤機(jī)一次風(fēng)量過(guò)高，一方面導(dǎo)致煤粉過(guò)粗，使煤粉顆粒在鍋爐內(nèi)燃燒持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，燃燒段后移，使排煙溫度升高；另一方面，風(fēng)粉混合物溫度相對(duì)爐膛溫度、二次風(fēng)溫度是偏低的，進(jìn)入爐膛后使?fàn)t膛溫度降低，輻射換熱減小，爐膛出口煙溫偏高，引起排煙溫度升高。另外，一次風(fēng)量高意味著煙氣量增加，從而導(dǎo)致鍋爐排煙損失增加。

2.4 漏風(fēng)較大

鍋爐不同位置漏風(fēng)造成的影響不同，爐膛漏風(fēng)導(dǎo)致火焰中心上移、爐膛溫度降低、總煙氣量增加；煙道漏風(fēng)導(dǎo)致總煙氣量增加，但最終結(jié)果都將導(dǎo)致排煙溫度升高。

該鍋爐的漏風(fēng)問(wèn)題集中在干式排渣機(jī)上。與濕式排渣機(jī)不同，干式排渣機(jī)利用爐膛負(fù)壓，通過(guò)鋼帶機(jī)本體上的可調(diào)擋板吸入環(huán)境中的空氣來(lái)冷卻鍋爐排渣。當(dāng)干式排渣機(jī)吸入的空氣量過(guò)大時(shí)，引起爐底漏風(fēng)量增大，火焰中心上移、爐膛溫度降低等問(wèn)題，都是影響排煙溫度上升的因素。

2.5 其他原因

除了上述影響排煙溫度上升的主要問(wèn)題，燃煤發(fā)電廠運(yùn)行中引起鍋爐排煙溫度升高還有以下常見原因。

（1）上層燃燒器出力過(guò)大或制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式不合理，導(dǎo)致燃燒延遲、火焰中心上移。

（2）煤質(zhì)問(wèn)題。原煤發(fā)熱量低，導(dǎo)致相同負(fù)荷下總煤量上升、總風(fēng)量上升；原煤水分高、揮發(fā)分低、灰分高，導(dǎo)致煤粉著火困難、燃燒推遲。

（3）水、汽品質(zhì)不合格，導(dǎo)致受熱面內(nèi)部結(jié)垢，傳熱熱阻增加、傳熱效率降低。

（4）環(huán)境溫度影響。季節(jié)性環(huán)境溫度升高，導(dǎo)致空預(yù)器煙氣與一次風(fēng)、二次風(fēng)傳熱量下降。

（5）排煙溫度測(cè)點(diǎn)安裝位置不合理或測(cè)點(diǎn)故障。

（6）脫硝SCR 系統(tǒng)氨逃逸率過(guò)高，生成硫酸氫銨堵塞空氣預(yù)熱器，使空氣預(yù)熱器換熱效率降低。

（7）吹灰設(shè)備投入不正常或運(yùn)行方式不正常，導(dǎo)致各受熱面積灰結(jié)焦，傳熱效率下降。

（8）空氣預(yù)熱器漏風(fēng)量大?？諝忸A(yù)熱器密封間隙過(guò)大，熱一次風(fēng)、二次風(fēng)漏入煙氣側(cè)。

3 改進(jìn)措施

3.1 進(jìn)行燃燒調(diào)整

發(fā)現(xiàn)受熱面結(jié)焦、氧量偏差、一次風(fēng)量偏差等問(wèn)題后，進(jìn)行了一系列燃燒調(diào)整，重點(diǎn)包括磨煤機(jī)風(fēng)量標(biāo)定與調(diào)平、磨煤機(jī)動(dòng)態(tài)分離器特性及煤粉細(xì)度調(diào)整試驗(yàn)、旋流燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)風(fēng)量調(diào)整試驗(yàn)、燃盡風(fēng)二次風(fēng)風(fēng)量調(diào)整試驗(yàn)、鍋爐空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)鍋爐整體燃燒進(jìn)行了調(diào)整優(yōu)化。

經(jīng)過(guò)燃燒調(diào)整后，結(jié)焦問(wèn)題得到很大改善。鍋爐容易發(fā)生結(jié)焦的受熱面有水冷壁、屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、高溫再熱器。通過(guò)鍋爐本體上的看火孔觀察，和鍋爐吹灰時(shí)對(duì)落焦情況及爐底渣量進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)水冷壁、屏式過(guò)熱器受熱面結(jié)焦情況得到很大改善。

此外，根據(jù)鍋爐相應(yīng)受熱面煙氣溫度變化情況，也可判斷出受熱面換熱情況有明顯變化。煙氣從爐膛流出后，依次經(jīng)過(guò)高溫過(guò)熱器、高溫再熱器進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入后豎井煙道，在后豎井前、后煙道內(nèi)分別布置了低溫過(guò)熱器、低溫再熱器。因此，選取低溫過(guò)熱器、低溫再熱器入口處的煙氣溫度作為參考指標(biāo)，可以判斷在此之前的受熱面（水冷壁、屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、高溫再熱器、水平煙道水冷壁及包墻）的換熱情況。

將168 h 試運(yùn)期間低溫再熱器、低溫過(guò)熱器入口煙氣溫度與采取改進(jìn)措施后工況的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。為了保證工況參數(shù)具有代表性，選取該鍋爐滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行2 h 以上的工況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)期間環(huán)境溫度26 ℃，接近設(shè)計(jì)溫度，燃煤煤質(zhì)與168 h 試運(yùn)期間相近，具體參數(shù)見表4。由表4 數(shù)據(jù)可看出，經(jīng)過(guò)燃燒調(diào)整，進(jìn)入尾部煙道的煙氣溫度大幅度下降，最高降低達(dá)48.7 ℃，說(shuō)明煙氣在爐膛、水平煙道受熱面換熱情況較好，受熱面結(jié)焦問(wèn)題得到改善。

按表4 中燃燒調(diào)整后參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，將168 h 試運(yùn)期間省煤器出口煙氣含氧量與燃燒調(diào)整后參數(shù)進(jìn)行比較（表5）。由表5數(shù)據(jù)可看出，在保證安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，鍋爐目前煙氣含氧量與168 h 試運(yùn)期間煙氣含氧量相比有明顯下降，并且兩側(cè)平均氧量已低于設(shè)計(jì)值，但是兩側(cè)氧量偏差改善不明顯，還需進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整。

表4 后豎井受熱面煙氣溫度

表5 鍋爐省煤器出口氧量對(duì)比

3.2 磨煤機(jī)入口一次風(fēng)測(cè)量?jī)?yōu)化

采取改變磨煤機(jī)入口一次風(fēng)測(cè)量裝置安裝位置、更改測(cè)量裝置等措施，對(duì)磨煤機(jī)入口一次風(fēng)測(cè)量進(jìn)行優(yōu)化。由于原測(cè)點(diǎn)布置在風(fēng)道垂直段上，距離熱一次風(fēng)、冷一次風(fēng)調(diào)整門較近，風(fēng)道內(nèi)速度場(chǎng)與溫度場(chǎng)分布十分不均勻，并且在垂直風(fēng)道上測(cè)量風(fēng)量會(huì)受到流體位能變化的影響。因此，將一次風(fēng)測(cè)量裝置由風(fēng)道垂直段移至風(fēng)道水平段。另外，采用全截面多點(diǎn)式差壓風(fēng)量測(cè)量裝置測(cè)量磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量。該測(cè)量裝置根據(jù)各測(cè)量截面尺寸的大小、直管段長(zhǎng)短等因素確定測(cè)量點(diǎn)數(shù)，將許多個(gè)測(cè)量點(diǎn)等截面有機(jī)地組裝在一起，正壓側(cè)與正壓側(cè)相連，負(fù)壓側(cè)與負(fù)壓側(cè)相連，正、負(fù)壓側(cè)各引出一根總的引壓管，分別與差壓變送器的正、負(fù)端相連，測(cè)得截面的平均速度，然后計(jì)算出風(fēng)量，減小了因流場(chǎng)分布不均給測(cè)量帶來(lái)的不良影響。

通過(guò)上述優(yōu)化措施，提高了磨煤機(jī)一次風(fēng)量測(cè)量的精度，將風(fēng)粉比控制在合理水平，鍋爐在滿負(fù)荷運(yùn)行工況下總一次風(fēng)量有明顯下降（表6）。

表6 總一次風(fēng)量對(duì)比

3.3 技術(shù)管理措施

應(yīng)將鍋爐排煙溫度作為專項(xiàng)節(jié)能指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)督和管控，制定、實(shí)施專項(xiàng)技術(shù)措施，主要包括以下內(nèi)容。

（1）根據(jù)煤種情況，制定磨煤機(jī)旋轉(zhuǎn)分離器調(diào)整技術(shù)措施，保證合理的煤粉細(xì)度，并定期測(cè)量煤粉細(xì)度。

（2）制定合理的吹灰措施，保證受熱面清潔。

（3）制定制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式技術(shù)措施，保證制粉系統(tǒng)在合理方式下運(yùn)行。

（4）加強(qiáng)鍋爐水、汽品質(zhì)管理和監(jiān)督，避免受熱面結(jié)垢。

（5）加強(qiáng)對(duì)空預(yù)器差壓和漏風(fēng)的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)有堵塞趨勢(shì)應(yīng)加強(qiáng)吹灰并在停爐后進(jìn)行清洗。定期進(jìn)行空預(yù)器漏風(fēng)試驗(yàn)，停爐期間檢查密封間隙情況。

（6）加強(qiáng)鍋爐漏風(fēng)管理，及時(shí)調(diào)整干式排渣機(jī)冷卻風(fēng)門的開度。

（7）加強(qiáng)燃料采購(gòu)管理，做好配煤摻燒工作。

（8）調(diào)研低溫省煤器、MGGH 等煙氣余熱裝置在本機(jī)組應(yīng)用的適用性。

3.4 總體效果

在采取改進(jìn)措施和加強(qiáng)技術(shù)管理后，該鍋爐在滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行、環(huán)境溫度26 ℃的情況下（高于設(shè)計(jì)值1 ℃），排煙溫度下降超過(guò)12 ℃，已接近設(shè)計(jì)值123 ℃。排煙溫度見表7。

表7 排煙溫度對(duì)比

4 預(yù)控措施

結(jié)合上述具體情況，對(duì)鍋爐設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試階段應(yīng)采取的預(yù)控技術(shù)措施進(jìn)行總結(jié)。

4.1 測(cè)量裝置選型和安裝位置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，選用合理的磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量測(cè)量裝置、選取合理的安裝位置。避免將測(cè)量裝置安裝在風(fēng)道垂直段或風(fēng)道轉(zhuǎn)彎處、距離風(fēng)門較近處。另外，空預(yù)器出口溫度作為一個(gè)重要的煙氣溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，應(yīng)在每側(cè)空預(yù)器出口煙道布置3～6 個(gè)測(cè)點(diǎn)并引入DCS，方便監(jiān)視和調(diào)整。

4.2 設(shè)備安裝

加強(qiáng)設(shè)備安裝質(zhì)量管控，在安裝過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)督，重點(diǎn)檢查安裝工藝是否符合說(shuō)明書和作業(yè)指導(dǎo)書要求，重點(diǎn)檢查燃燒器噴口、風(fēng)環(huán)同心度情況，旋流葉片安裝情況。

4.3 調(diào)試

做好燃燒系統(tǒng)調(diào)試工作，保證燃燒調(diào)整深度，全面進(jìn)行制粉系統(tǒng)調(diào)試和空氣動(dòng)力場(chǎng)冷、熱態(tài)試驗(yàn)。通過(guò)調(diào)試、試驗(yàn)確定在燃用不同煤種時(shí)的配風(fēng)調(diào)整方法，確定不同負(fù)荷下氧量控制值，為生產(chǎn)期鍋爐經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行提供可靠的參考依據(jù)。進(jìn)行SCR 系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)試，保證SCR 出口煙氣中逃逸氨＜3×10-6，避免空氣預(yù)熱器堵塞。

5 結(jié)語(yǔ)

鍋爐排煙溫度是影響鍋爐運(yùn)行效率的重要指標(biāo)，應(yīng)在機(jī)組設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試階段制定有針對(duì)性的措施進(jìn)行預(yù)先控制，在機(jī)組投產(chǎn)后將排煙溫度作為鍋爐節(jié)能重點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行管控。結(jié)合某臺(tái)1000 MW 超超臨界燃煤鍋爐排煙溫度偏高的具體情況，排查分析參數(shù)異常的原因，闡述具體改進(jìn)方案和效果，總結(jié)應(yīng)采取的技術(shù)管理措施，為同型鍋爐指標(biāo)管控提供參考。