于 旭1,孫 浩1,董建聰2,張 進(jìn)2
(1.國家電投集團(tuán)鹽城熱電有限責(zé)任公司,江蘇 鹽城 224007;2.南京工程學(xué)院能源研究院,南京 211167)
循環(huán)流化床(CFB)鍋爐相比于煤粉鍋爐,具有煤種適應(yīng)性強、燃燒過程生成的污染物少和調(diào)峰性能好等優(yōu)點[1],因此在國內(nèi)火力發(fā)電、供熱及化工等行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用。目前,小型循環(huán)流化床鍋爐尾部受熱面多采用多級管式空預(yù)器,在實際運行中由于安裝維護(hù)不當(dāng)、煙塵沖刷、高溫?zé)g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(fā)生漏風(fēng)現(xiàn)象[2]。當(dāng)出現(xiàn)漏風(fēng)時,爐外空氣和爐內(nèi)一、二次熱風(fēng)分別通過爐墻漏點和空預(yù)器漏點進(jìn)入尾部煙道內(nèi)。一方面,低溫漏風(fēng)降低了尾部煙溫,會減弱尾部受熱面?zhèn)鳠嵝Ч?,使排煙溫度上升,影響爐效;另一方面,尾部漏風(fēng)增加了排煙量,提高排煙損失的同時,還會導(dǎo)致送、引風(fēng)機出力增加,甚至迫使鍋爐降負(fù)荷運行,嚴(yán)重影響CFB鍋爐的安全穩(wěn)定運行[3]。
杜佳軍[4]對某200MW循環(huán)流化床鍋爐空預(yù)器漏風(fēng)進(jìn)行了深入分析,研究了設(shè)備結(jié)構(gòu)、燃燒煤種偏差、暖風(fēng)器投運方式及吹灰器清灰效果對漏風(fēng)的影響,并提出了針對性的改造和優(yōu)化方案。張智羽等[5]以內(nèi)蒙古某亞臨界CFB發(fā)電機組為研究對象,建立了富氧燃燒CFB發(fā)電機組流程仿真模型,研究了漏風(fēng)系數(shù)對發(fā)電系統(tǒng)整體能耗的影響,結(jié)果表明隨著漏風(fēng)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(shè)計與運行中應(yīng)保證鍋爐煙道的氣密性,減少漏風(fēng)的影響。武世福等[6]對某1060t/h CFB鍋爐在爐內(nèi)噴鈣脫硫運行工況下進(jìn)行了性能試驗,計算在不同工況下的熱效率和空預(yù)器漏風(fēng)率,結(jié)果表明隨著機組負(fù)荷的增加,回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)率由15.97%降到7.03%,但空預(yù)器漏風(fēng)率整體偏高。
本文在一臺150t/h循環(huán)流化床鍋爐上開展了尾部煙道漏風(fēng)性能試驗,利用Testo-350煙氣分析儀對低溫省煤器進(jìn)出口和上、中、下級空預(yù)器出口左右兩側(cè)的煙氣成分進(jìn)行了取樣分析。根據(jù)測量結(jié)果分別計算得到了低溫省煤器和上、中、下級空預(yù)器的漏風(fēng)率,據(jù)此對尾部煙道內(nèi)的具體漏風(fēng)位置進(jìn)行了預(yù)判并提出了檢修意見。此外,通過對比漏風(fēng)檢修前后鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的運行參數(shù),分析了尾部漏風(fēng)對CFB鍋爐運行的影響。
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(huán)、全懸吊結(jié)構(gòu)、全鋼架π型布置。鍋爐運轉(zhuǎn)層以上露天,運轉(zhuǎn)層以下封閉,在運轉(zhuǎn)層8m標(biāo)高設(shè)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(fēng)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(fēng)三級空氣預(yù)熱器。鍋爐的主要設(shè)計參數(shù)見表1。
表1 150t/h CFB鍋爐主要設(shè)計參數(shù)Table 1 Main design parameters of 150t/h CFB boiler
該臺CFB鍋爐尾部煙道內(nèi)的低溫受熱面布置情況為:尾部豎井煙道中設(shè)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(jié)距分別為101mm和83mm,省煤器管的材質(zhì)為20G高壓鍋爐管。在省煤器后布置3組空氣預(yù)熱器,分別加熱一次風(fēng)和二次風(fēng),采用臥式順列布置。空氣預(yù)熱器管子迎風(fēng)面前兩排管子和兩側(cè)管子采用φ42×3.5厚壁管。每級空氣預(yù)熱器及相應(yīng)的連通箱均采用全焊接的密封框架,以確??諝忸A(yù)熱器的嚴(yán)密性,空氣預(yù)熱器材料采用耐腐蝕ND鋼。
該臺CFB鍋爐尾部豎井煙道在低溫省煤器進(jìn)、出口和各級空預(yù)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(jìn)行成分分析,在同一開孔處通過調(diào)整取樣槍的取樣深度來對該處試驗測量結(jié)果進(jìn)行均值處理。利用不同取樣位置的煙氣成分測量結(jié)果可進(jìn)一步計算出該段煙道內(nèi)的漏風(fēng)率,本次試驗分別對低溫省煤器進(jìn)出口和上、中、下三級空預(yù)器出口的左右兩側(cè)煙道內(nèi)的煙氣成分進(jìn)行了取樣分析。
根據(jù)ASME PTC4.3《空預(yù)器試驗規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定,漏風(fēng)率的計算方法如下:
式(1)中:WG1和WG2分別為某煙道區(qū)段進(jìn)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(zhì)參數(shù)按鍋爐實際燃用煤種的工業(yè)分析數(shù)據(jù)取值,飛灰和大渣之間的比例按6:4設(shè)定。
將各取樣點煙氣成分測量值代入上節(jié)漏風(fēng)率計算公式,即可求得尾部煙道內(nèi)各區(qū)段的漏風(fēng)率,其結(jié)果匯總?cè)鐖D1。
圖1 尾部煙道部分典型漏風(fēng)點檢修照片F(xiàn)ig.1 Maintenance photo of typical air leakage points of tail flue
分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)左右兩側(cè)煙道內(nèi)的漏風(fēng)特性呈現(xiàn)出不同特性:左側(cè)煙道除中級空預(yù)器外其余各段漏風(fēng)率均低于4%,說明這些區(qū)域氣密性較好,而中級空預(yù)器的漏風(fēng)率是整個尾部煙道的最高值,達(dá)到了23.74%;右側(cè)煙道的漏風(fēng)率普遍較高,除中級空預(yù)器漏風(fēng)率低至3.98%外,其余各段漏風(fēng)率均超過7%,其中低溫省煤器和上級空預(yù)器漏風(fēng)率分別達(dá)到10.61%和9.25%。根據(jù)漏風(fēng)率的數(shù)據(jù)對比可預(yù)判出漏風(fēng)的具體位置,左右兩側(cè)煙道的漏風(fēng)點也存在明顯差異:右側(cè)漏風(fēng)點位于煙道上部區(qū)域,即低溫省煤器和上級空預(yù)器區(qū)域;而左側(cè)漏風(fēng)點則位于煙道中部區(qū)域,即中級空預(yù)器區(qū)域,這些區(qū)域應(yīng)為后續(xù)停爐檢查的重點區(qū)域。
圖2為該臺CFB鍋爐尾部煙道檢修時拍攝的部分典型漏風(fēng)點照片,可以看到低溫省煤器和上級空預(yù)器的膨脹節(jié)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(cè)的內(nèi)漏風(fēng),而中級空預(yù)器管路與熱風(fēng)風(fēng)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(yù)器內(nèi)熱風(fēng)向尾部煙道煙氣側(cè)的內(nèi)漏風(fēng)。上述漏風(fēng)檢查結(jié)果表明:通過鍋爐漏風(fēng)性能試驗得到的漏風(fēng)率計算結(jié)果驗證了尾部煙道漏風(fēng)點的預(yù)判是準(zhǔn)確的。
圖2 尾部煙道部分典型漏風(fēng)點檢修照片F(xiàn)ig.2 Maintenance photo of typical air leakage points of tail flue
通過比較漏風(fēng)檢修前后的鍋爐運行參數(shù)的變化可以分析出漏風(fēng)對鍋爐運行的影響。由于漏風(fēng)檢修不涉及鍋爐燃燒系統(tǒng)和給煤系統(tǒng),這兩個系統(tǒng)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(jìn)行對比分析。相關(guān)數(shù)據(jù)匯總見表2。
表2 漏風(fēng)檢修前后的運行參數(shù)對比Table 2 Comparison of operation parameters before and after air leakage maintenance
對比表2數(shù)據(jù)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(fēng)總風(fēng)量也相差無幾,可認(rèn)為這兩個工況的爐內(nèi)燃燒狀態(tài)接近相似,故兩個工況下產(chǎn)生的煙氣量也應(yīng)相當(dāng)。但通過數(shù)據(jù)可以看到,檢修后工況下的引風(fēng)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(fēng),爐外空氣和管式空預(yù)器內(nèi)的熱風(fēng)通過漏點進(jìn)入尾部煙道,使通過引風(fēng)機的實際煙氣量大大增加,進(jìn)而導(dǎo)致了引風(fēng)機電流的增加。此外,尾部煙道的漏風(fēng)也對一、二次風(fēng)機的運行狀態(tài)產(chǎn)生了不利影響。對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),在兩個工況一、二次風(fēng)風(fēng)量接近的情況下,檢修后的一、二次風(fēng)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(yù)器漏風(fēng)使得部分一、二次熱風(fēng)從漏點旁路至尾部煙道內(nèi),但由于一、二次熱風(fēng)的流量測點位于空預(yù)器后,運行人員據(jù)此測點調(diào)整鍋爐送風(fēng)量,只能加大一、二次風(fēng)機電流以滿足鍋爐燃燒需要,因此尾部漏風(fēng)也將導(dǎo)致一、二次風(fēng)風(fēng)機電流的大幅上升。
本文在一臺150t/h循環(huán)流化床鍋爐上開展了尾部煙道漏風(fēng)性能試驗,利用煙氣分析儀對低溫省煤器進(jìn)出口和上、中、下級空預(yù)器出口左右兩側(cè)的煙氣成分進(jìn)行了取樣分析。根據(jù)測量結(jié)果分別計算得到了低溫省煤器和上、中、下級空預(yù)器的漏風(fēng)率,據(jù)此對尾部煙道內(nèi)的具體漏風(fēng)位置進(jìn)行了預(yù)判并提出了檢修意見。此外,通過對比漏風(fēng)檢修前后鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的運行參數(shù),分析了尾部漏風(fēng)對CFB鍋爐運行的影響。結(jié)果表明:中級空預(yù)器的漏風(fēng)率是整個尾部煙道的最高值,達(dá)到23.74%,低溫省煤器和上級空預(yù)器漏風(fēng)率分別達(dá)到10.61%和9.25%,是整個尾部煙道漏風(fēng)最嚴(yán)重的部位。由于消除了尾部煙道漏風(fēng),引風(fēng)機電流下降了約1/3,一、二次風(fēng)機電流也分別下降了23.7%和19.6%。