李晶娜(中國(guó)石油集團(tuán)電能有限公司電力研究設(shè)計(jì)院)
鍋爐系統(tǒng)是火力發(fā)電機(jī)組重要組成部分,如果其發(fā)生漏風(fēng)等問題,則必然影響系統(tǒng)熱效率,導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)[1-2]。鍋爐在非缺氧燃燒狀況下增加入爐風(fēng)量往往使?fàn)t膛出口煙氣溫度升高,鍋爐漏風(fēng)的作用和非缺氧正常燃燒狀況下增加入爐風(fēng)量的作用相同.也會(huì)使?fàn)t膛出口煙氣溫度和煙氣焓升高[3]。
中油電能熱電二公司的3#、4#、5#鍋爐為HG—410/9.8—HM16型鍋爐,鍋爐燃燒采用負(fù)壓式平衡通風(fēng),配置6套風(fēng)扇磨直吹式制粉系統(tǒng),鍋爐本體和水平煙道密封性較好,鍋爐漏風(fēng)點(diǎn)主要集中在爐膛下部、空氣預(yù)熱器和制粉系統(tǒng)等處。鍋爐漏風(fēng)將對(duì)鍋爐運(yùn)行安全性及經(jīng)濟(jì)性造成不利影響,漏風(fēng)嚴(yán)重情況下甚至可以導(dǎo)致鍋爐滅火。針對(duì)這一運(yùn)行實(shí)際情況,分析了鍋爐漏風(fēng)對(duì)鍋爐的影響,提出應(yīng)對(duì)措施治理漏風(fēng),提高鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
隨著鍋爐運(yùn)行時(shí)間的增加,在高溫和應(yīng)力的作用下,鍋爐爐膛的孔門發(fā)生變形或關(guān)不嚴(yán),制粉系統(tǒng)的連接法蘭及焊接連接處,空氣預(yù)熱器管壁的磨損、腐蝕等都會(huì)產(chǎn)生漏點(diǎn),造成鍋爐漏風(fēng)。鍋爐漏風(fēng)點(diǎn)的不同,對(duì)鍋爐產(chǎn)生的影響也不相同,HG-410/9.8-HM16型鍋爐漏風(fēng)重點(diǎn)部位平面示意圖見圖1。
鍋爐入孔門、檢查孔、防爆門、爐膛及水冷壁、過熱器、省煤器穿過爐墻處漏入的冷空氣,增加了爐膛空氣量,引起輻射傳熱量減少,降低爐膛溫度,破壞了原有一、二次風(fēng)動(dòng)力場(chǎng),導(dǎo)致火焰偏斜、燃燒惡化、爐膛受熱面結(jié)焦。爐膛底部的冷灰斗及看火孔漏風(fēng)會(huì)使火焰中心上移,爐膛出口煙溫升高,屏式過熱器結(jié)焦;冷灰斗大量漏風(fēng)時(shí),甚至發(fā)生鍋爐滅火。
空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕、磨損穿孔,空氣從正壓側(cè)漏入負(fù)壓煙氣側(cè),將增大引、送風(fēng)機(jī)耗電量,同時(shí)造成燃燒風(fēng)量不足,燃燒惡化,鍋爐效率降低。當(dāng)空氣預(yù)熱器漏泄嚴(yán)重時(shí),因空氣量不足,會(huì)限制鍋爐出力,而被迫降低負(fù)荷運(yùn)行。
制粉系統(tǒng)漏風(fēng)會(huì)使磨煤機(jī)出口一次風(fēng)溫度降低,使一次風(fēng)粉氣流燃燒滯后。鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行,制粉系統(tǒng)漏風(fēng)嚴(yán)重時(shí),可引起一次風(fēng)的煤粉濃度降低,一次風(fēng)出現(xiàn)閃燃,引起燃燒不穩(wěn),嚴(yán)重時(shí)可發(fā)生鍋爐滅火。同時(shí)爐膛和制粉系統(tǒng)漏風(fēng)均會(huì)使排煙溫度升高,降低鍋爐效率。
煙道和電除塵漏風(fēng)使煙氣溫度降低,當(dāng)煙氣溫度低于煙氣露點(diǎn),煙氣中的酸蒸汽冷凝下來,形成酸液,腐蝕煙道、電除塵內(nèi)部構(gòu)件、吸風(fēng)機(jī)葉輪及機(jī)殼等,縮短使用壽命。漏風(fēng)還可增加電除塵的煙氣流速,使氣流不穩(wěn),影響二次揚(yáng)塵,導(dǎo)致除塵器效率降低,吸風(fēng)機(jī)的電耗增加,鍋爐的凈效率下降。
風(fēng)扇磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)中一個(gè)冷風(fēng)門全開時(shí),鍋爐的冷風(fēng)溫度為30 ℃,排煙溫度為165 ℃,冷風(fēng)通過鍋爐煙氣量為
式中:Q1為冷風(fēng)通過鍋爐煙氣量,m3/h;Q2為風(fēng)扇磨設(shè)計(jì)中間值,m3/h;S1為冷風(fēng)門面積,m2; S2為高溫爐煙管內(nèi)徑橫截面積,m2;α為冷風(fēng)通過鍋爐膨脹率(排煙溫度與冷風(fēng)溫度比值α=T1/T2=1.44)。其中,Q2為52 500 m3/h,S2為1.18 m2,S1為0.367 2m2;代入式(1)得出Q1為23 525 m3/h,即冷風(fēng)通過鍋爐煙氣量為23 525 m3/h。
計(jì)算漏風(fēng)對(duì)鍋爐的熱效率的影響:
式中:V 為空氣預(yù)熱器,取5.685 m3/kg;W 為燃煤量,取101 300 kg/h,計(jì)算出Q3為575 890 m3/h。則Q煙氣量%↑為4.0%。借助以上公式計(jì)算得出,鍋爐在各負(fù)荷段,開啟一個(gè)冷風(fēng)門對(duì)鍋爐效率的影響值見表1。
表1 一個(gè)冷風(fēng)門對(duì)鍋爐在各負(fù)荷段效率的影響
經(jīng)計(jì)算,制粉系統(tǒng)的一個(gè)冷風(fēng)門開啟時(shí),30 ℃冷空氣漏風(fēng)量進(jìn)入制粉系統(tǒng),經(jīng)過爐膛、水平煙道、尾部煙道,最后以165 ℃離開鍋爐,吸風(fēng)機(jī)電耗增加35.7 kWh ,鍋爐效率降低為0.34%~0.5%,損失金額84.55~118.78元/h。
在鍋爐夏季檢修期間對(duì)3#鍋爐空氣預(yù)熱器進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)一層低溫段有100多根管漏泄。鍋爐的冷風(fēng)溫度為30 ℃,排煙溫度為165 ℃,現(xiàn)假設(shè)低溫段有100根鋼管漏泄,漏泄點(diǎn)的漏風(fēng)速度以最低速度計(jì)算即:
式中:Q0為空氣預(yù)熱器漏風(fēng)量,m3/h;S0為空氣預(yù)熱器鋼管橫截面積,m2;V0為空氣預(yù)熱器管內(nèi)煙氣流量,m/s。V0為11.5 m/s,漏泄點(diǎn)的面積為鋼管橫截面積S0為0.001 074 6 m2,代入式(2),Q0為4449m3/h,α為1.44,則Q'0=Q0×α=6407m3/h。
通過計(jì)算100 根空氣預(yù)熱器管漏泄對(duì)風(fēng)機(jī)電耗的影響見表2。
表2 100根空氣預(yù)熱器管漏泄對(duì)風(fēng)機(jī)電耗的影響
鍋爐運(yùn)行中控制爐膛負(fù)壓在-30~-50 Pa,日常巡檢中對(duì)入孔門、防爆門等易漏風(fēng)處進(jìn)行重點(diǎn)檢查,發(fā)現(xiàn)風(fēng)速聲、冒煙等現(xiàn)象及時(shí)進(jìn)行處理。
鍋爐大、小修中安排好鍋爐本體、空氣預(yù)熱器、煙道及電除塵堵漏工作。定期對(duì)鍋爐進(jìn)行漏風(fēng)實(shí)驗(yàn),重點(diǎn)檢查冷灰斗、爐墻門孔、各膨脹間隙伸縮縫,等處,發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行消除。
制粉系統(tǒng)無(wú)論是運(yùn)行還是備用期間,都要嚴(yán)密關(guān)閉給煤機(jī)的檢查孔、冷風(fēng)門,防止冷風(fēng)漏入制粉系統(tǒng)。對(duì)運(yùn)行制粉系統(tǒng)高溫爐煙混合室出口伸縮節(jié)、高溫爐煙管連接法蘭、風(fēng)扇磨煤機(jī)大門進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)漏風(fēng)點(diǎn)及時(shí)處理,以保持其嚴(yán)密狀態(tài)。
鍋爐漏風(fēng)是電廠運(yùn)行中一個(gè)不可忽視的問題,嚴(yán)重影響著鍋爐運(yùn)行安全穩(wěn)定性及鍋爐熱效率。鍋爐本體一旦發(fā)生漏風(fēng)將使基準(zhǔn)溫度明顯降低,增大排煙溫度和煙氣總量,導(dǎo)致系統(tǒng)熱效率下降,而為了不影響正常發(fā)電,只能通過燃料投入量的增加來彌補(bǔ)[4]。可見,減少或從根本上避免漏風(fēng),對(duì)提高鍋爐系統(tǒng)熱效率有重要作用[5-7]。因此鍋爐在檢修后應(yīng)對(duì)爐膛、煙道、風(fēng)道、除塵器及所有孔門做漏風(fēng)實(shí)驗(yàn),檢查鍋爐的燃燒室、制粉系統(tǒng)、冷熱風(fēng)系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)等處的嚴(yán)密性,減少和消除鍋爐漏風(fēng)點(diǎn),提高鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。