660MW超临界机组排烟温度高的原因分析

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  摘 要:针对沧东电厂660MW超临界机组排烟温度偏高问题,根据理论模拟及现场经验总结,分析了各因素对排烟温度偏高的影响。并得出锅炉排烟温度高的主要原因是采用干排渣系统,且冷却风量严重偏大。另外煤质太差锅炉高负荷结焦量大和磨煤机出口温度控制偏低导致冷一次风率偏大,也不同程度地影响了排烟温度。
  关键词:超临界机组;排烟温度;试验
  0 引言
  锅炉排烟热损失是影响锅炉热效率的主要因素,排烟温度偏高对锅炉运行的经济性产生较大影响。根据设备状况,全面分析造成锅炉排烟温度升高的因素,制定相应措施以降低排烟温度,是减少排烟损失、提高锅炉效率的有效手段。针对沧东电厂SG-2080/25.4-M969型号锅炉投运以来存在不同程度的排烟温度偏高(额定负荷下比设计值高约20℃左右)的现象,分析锅炉排烟温度偏高原因,为改进措施提供技术依据。该厂二期锅炉为单炉膛、一次再热、平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢构架和全悬吊结构Π型超超临界参数变压运行直流锅炉。锅炉燃烧方式为四角切圆分级燃烧,燃烧器四墙布置,用低NOx全摆动式直流燃烧器。制粉系统为冷一次风正压直吹式,配置6台HP983DY型中速碗式磨煤机,5运1备。
  1 影响锅炉排烟温度主要因素
  造成排烟温度偏高原因主要如下:
  (1)漏风。指炉膛漏风、制粉系统漏风及烟道漏风,它与运行管理、检修以及设备结构有关。漏风系数升高时,则送风系数下降,即通过空预器的送风量下降,排烟温度升高。
  (2)磨煤机冷一次风比例偏大。冷一次风的比例越大,则流过空预器的风量降低,引起排烟温度升高。
  (3)一次风率偏高。一次风量越大,就会降低送风量的比例,引起造成先经过空预器的送风量的下降,从传热原理分析温差越大传热效果越好,从而降低整个空预器的效率,从而导致排烟温度升高。
  (4)受热面的积灰、结渣。锅炉受热面积灰使受热面传热系数降低,锅炉吸热量降低,烟气放热量减少,空预器入口烟温升高,从而导致排烟温度升高;空气预热器堵灰则使空气预热器传热面积减少,也将使烟气的放热量减少,使排烟温度升高。
  (5)制粉系统、喷燃器运行方式及喷燃器出力。选择制粉系统运行方式不合理时的火焰中心会升高,锅炉热负荷在炉膛较高位置处集中,导致排烟温度升高;相同的制粉系统运行方式下,喷燃器的不同运行方式及喷燃器出力也会影响排烟温度。
  (6)燃烧配风。燃烧配风将直接影响煤粉气流在炉内的燃烧情况、火焰中心位置、氧量、煤质燃烬程度等,从而影响炉膛出口烟温。
  (7)空预器入口风温高。在夏天,空气预热器入口风温高,空气预热器传热温差小,烟气的放热量就少,从而使排烟温度升高。同时制粉系统需要的热风减少,流过空预器的一次风减少,排烟温度升高,这属于环境因素,是难以克服的。
  (8)燃煤煤质变化。当燃煤煤质变化时,若选择的制粉系统运行方式及氧量、配风不合理,则容易发生炉膛结焦、火焰中心上移等,造成排烟温度升高,排烟损失增大。
  (9)受热面设计、安装、布置等。锅炉设计时,对炉膛沾污系数估算不准,使得受热面布置不合理,或者是由于结构不佳造成受热面吸热不足,导致空预器入口烟温偏高,从而使得排烟温度升高。
  (10)采用干排渣系统且干排渣系统冷却风量偏大,在入炉总燃烧空气量(氧量)保持不变的情况下,干排渣系统冷却风作为燃烧所需的空气从炉底进入,经过空预器的空气量是相应减少。经过空预器后进入炉膛的二次风温通常为300~360℃,因此在保证进入炉底漏风温度在一定温度上才能不影响锅炉效率。但实际运行中炉底进风温度远低于热二次风温度。
  (11)磨煤机出口温度控制不佳,偏低,导致磨煤机冷风用量偏大,从而分流了通过空预器的一次风量,导致排烟温度升高。
  2 制粉系统运行对排烟温度影响分析
  2.1 煤粉细度测试分析
  通过对锅炉制粉系统调整试验,发现目前锅炉6台磨煤机煤粉细度均满足要求,磨煤機动态分离器转速最高660r/min,煤粉细度加权平均值R90为设计值21%,且磨煤机出力已经达到最大,设计56t/h,实际最大出力60t/h,煤粉细度对排烟温度的影响已经很小,所以没有对煤粉细度进行进一步调整。
  2.2 一次风率测试分析
  该厂二期机组磨煤机风量测量,采用先进的机翼型流量计,测量准确,误差小。但是存在磨煤机风量偏大问题。二期机组磨煤机的风煤比(磨煤机风量与煤量之比)控制在1.8就能满足制粉系统正常运行,但实际情况是50吨煤,风量100吨,风煤比偏大,尤其是中低煤量时。磨煤机风量偏大导致,一次风率偏高,从而影响排烟温度升高。
  3 锅炉燃烧运行对排烟温度影响分析
  3.1 空预器传热性能对排烟温度影响测试分析
  空预器运行中4小时吹灰一次,吹灰效果良好,且空预器换热面采用搪瓷结构,有效防腐,结垢积灰很少,空预器进出口压差正常,且稳定,所以空预器传热性能,换热效果能够有效保证,对排烟温度的影响不大。
  3.2 氧量变化对排烟温度影响测试分析
  图1所示为600MW负荷时排烟温度与氧量的关系。从图1 可以看出,过量空气系数的降低可以降低排烟温度,但幅度有限,且是以燃烧不充分为代价的,运行氧量1.9%已远低于设计值,锅炉排烟中一氧化碳的含量急剧上升,峰值能达到1000mg\Nm3,造成总体锅炉效率反而下降,而且还引起环境污染。
  3.3 煤质影响分析
  该厂设计煤种与校核煤种均为神华煤,煤质分析见表1。
  神华煤的灰分中含一氧化钙在18%~22%之间,属于中度粘煤;而且灰的熔点低,灰的变形温度、软化温度、半球温度、熔化温度各值之间相差不到40℃,有的煤种不超过20℃,使锅炉受热面极易产生结焦和积灰。这主要表现在炉膛及高温受热面结焦 比较严重,另外受热面的积灰也很严重。在锅炉负荷较低、尾部烟气流速下降的情况下,锅炉的频繁吹灰易造成尾部受热面的烟气湿度增加,引起管壁积灰板结(特别是省煤器),危及锅炉的安全运行。   4 锅炉冷态条件下对排烟温度影响分析
  4.1 受热面的积灰影响分析
  炉膛尾部受热面有较多积灰,部位吹灰器吹灰效果不理想。该厂受热面尾部采用声波吹灰,其吹灰效果受吹灰过程中压缩空气、乙炔压力、吹灰强度选择等多方面影响,由于其运行中无法直观检查吹灰效果,所以在参数的选择上存在一定的盲区。利用检修机会对吹灰器检查发现,脉冲吹灰器喷口内部都有较多的积灰,甚至积灰深入到其喉部,脉冲吹灰器吹灰效果较差,导致受热面积灰较多,影响传热,故导致排烟温度偏高。
  4.2 漏风、烟速影响分析
  由于炉膛是负压运行,肯定存在漏风,但是漏风率要控制在合理范围内,但是由于采用干排渣系统,其本身需要一定的冷风冷却炉渣,所以锅炉漏风计算无法准确计算,需要在运行中加强检查,发现漏风及时处理。运行中锅炉的人孔门(检修口)、观火孔、顶棚密封、尾部烟道的密封、排渣设备的密封均是检查的要点。经过计算,多工况平均炉膛漏风比设计值高约0.1%,也会造成排烟温度偏高。
  5 采用干排渣系统对排烟温度的影响分析
  5.1 干排渣系统介绍
  干式捞渣机工作原理:自然冷风在煤粉锅炉炉膛负压作用下,从干式排渣机外部进入干式排渣机内,将高温、含有大量热量的热渣冷却成可以直接贮存和运输的冷渣。冷却渣产生的热风直接进入锅炉炉膛,将渣从炉膛带走的热量再带回炉膛中,从而减少了锅炉的热量损失,高了锅炉的效率。
  从工作原理看出,干排渣系统运行中需要冷却风量,但对锅炉整体系统来说,这就是锅炉的漏风,会引起锅炉的漏风严重。从理论分析,干排渣的冷却风量在锅炉氧量自动控制的情况下,会导致锅炉送风机出力的下降,导致通过空预器的风量下降,从而导致排烟温度上升。
  采用干排渣系统如果要不对排烟温度造成影响,就要满足干排渣系统的冷却风量从底渣中吸收的热量基本等于相当风量从流经空预器的烟气吸收的热量,即就是干排渣系统炉底进风温度基本等于热二次风温310-350℃。
  5.2 沧东电厂二期660MW超临界机组现状
  5.2.1 沧东电厂二期机组在系统内大机组竞赛中排名长期靠后,而影响这一指标的原因就是锅炉排烟温度。
  二期两台锅炉的氧量、煤粉细度均经燃烧调整试验多次优化,对排烟温度的降低均不明显。
  5.2.2 排渣机出口渣温应<100℃,当超过规定值达150℃时,应及时查找原因,酌情开启排渣机本体两侧冷却风门,开时从机头至机尾,关时从机尾至机头,温度下降后及时关闭冷却风门。
  运行中干排渣系统钢带机头部温度控制不高于150℃就能保证设备安全运行。实际运行中排烟温度和干排渣钢带机头部温度如表2。
  从表2可以发现现实情况是沧电二期两台超临界机组干排渣系统的参数控制比较保守,干排渣系统的冷却风量一直偏大。考虑环境因素,从表2看出夏季环境温度最高的季节机组满负荷,钢带机头部温度均不高,低负荷时该部位温度接近环境温度,炉底进风温度也是远低于热二次风温度。所以低负荷时干排渣系统的冷却风量严重偏大,就是锅炉严重漏风,从而导致锅炉的排烟温度较高。
  2014年5月01日,#3机组满负荷,排烟温度136℃。干排渣系统因检修需要将钢带机两侧小风门开启10对,导致排烟温度迅速上升至150℃,关闭上述风门后排烟温度很快恢复正常,由此可见干排渣系统的冷却风量对排烟温度的影响很大。
  6 磨煤机出口温度控制不佳对排烟温度的影响分析
  沧东电厂二期机组投产后磨煤机出口温度控制在70~75℃,具备温度提升空间。但是磨煤机出口温度提升后对制粉系统的安全运行带来隐患,容易发生爆炸。为此该厂进行了专项试验。以确定磨煤机出口温度对排演温度的影响和提高磨煤机出口温度的可行性。
  6.1 试验目的
  实施前磨煤机出口温度控制在70~75℃。因冷风用量偏大,导致流经空预器的冷一次风量减少,间接提高了锅炉排烟温度。在保证磨煤机安全运行的前提下,通过提高磨煤机出口温度,减少磨煤机冷风用量,以降低锅炉排烟温度,减少磨煤机热风调节门的节流损失,提高磨煤机对锅炉热负荷的相应速率是这次试验的目的。
  6.2 试验过程
  神华煤具有挥发分高、灰熔点低、易爆炸的特性,制粉系统防爆问题一直是燃用神华煤的重点控制内容。通过以下试验项目来分析提高磨煤机出口温度安全性。
  理论分析煤粉在升温过程中,首先析出水分,然后开始析出挥发分。煤的挥發分中主要有CO2、CO、H2、CH4等,挥发分的可燃气体中,CO含量最大。各种组分的开始析出温度略有差异,其中CO2最先析出,CO稍后析出,H2、CH4等析出温度更高。当制粉系统中出现CO的析出时,表征煤粉颗粒的反应活性增加,发生爆炸的倾向增强,因此可以通过监视CO析出浓度的异常变化,预判制粉系统发生爆炸的风险。
  基于以上分析,在不同磨煤机出力下和不同磨入口热风温度条件下,对磨煤机出口煤粉管道内CO浓度进行了测量,试验结果见表3(磨出力分别为35t/h和52t/h)。
  试验结果表明,当磨出口温度设定在80℃,在35t/h与52t/h出力下,磨制神混煤磨煤机出口风粉混合物中CO浓度分别为41ppm与21ppm,考虑到CO为析出挥发分的部分组分,总的挥发分的浓度应在100ppm左右,表明在当前运行温度条件下,原煤中挥发分开始析出,但浓度还较小。
  实际运行经验表明,磨制高挥发分烟煤的直吹式制粉系统的爆燃主要发生在低出力、以及启、停磨过程中,当磨煤机大出力运行时,风粉混合物浓度超过了爆炸浓度上限,因此一般不会发生爆炸。
  实际运行数据对比分析表明,在磨煤机入口设定温度提高后,由于掺入冷风比例的减少,磨制神混煤的磨煤机入口热风温度提高了60~70℃左右,排烟温度平均下降了约4℃。
  7 试验总结
  将磨制神混煤磨煤机的出口温度设定到85℃长期运行是安全的。提高设定值后,锅炉排烟温度降低约4℃,锅炉效率提高0.2个百分点。
  8 结语
  分析表明,目前该锅炉排烟温度高的主要原因是采用干排渣系统,且冷却风量严重偏大。另外煤质太差锅炉高负荷结焦量大和磨煤机出口温度控制偏低导致冷一次风率偏大,也不同程度地影响了排烟温度。由此可见,影响锅炉排烟温度偏高因素较多,电厂在制定降低排烟温度改进方案时,应通过试验分析各因素对排烟温度的影响大小。根据各因素对排烟温度、锅炉效率、安全运行等影响测试分析,在保证安全运行条件下,拟定相应措施以提高锅炉经济运行水平。
  参考文献
  [1]范从振.锅炉原理[M].北京:中国电力出版社,1986.
  [2]张永涛,《锅炉设备及系统》,北京:中国电力出版社
  (作者单位:河北国华沧东发电有限责任公司)
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