煤粉炉排烟温度高的原因分析及可采取的措施

煤粉炉排烟温度高的原因分析及运行中可采取的措施 

0       前言 

      洛河发电厂二期工程扩建的两台300MW机组（#3、4机组），锅炉系上海锅炉厂生产的SG-1025/18.3-M838亚临界压力、中间一次再热、控制循环炉，制粉系统采用钢球磨中间储仓式乏气送粉。燃烧器采用一、二次风间隔布置的方式，从下至上为AA、A、AB、B、BC、C、CD、D、DE、EE，其中A、B、C、D为一次风喷嘴，其它为二次风，EE为消旋二次风。 

     我厂#3、4炉在调试及试运行阶段，排烟温度一直在160℃以上，比设计值高约30℃，影响供电煤耗6.5g/kwh。经认真分析发现，造成排烟温度高的原因主要是炉本体及制粉系统漏风、一次风中掺冷风量过多、受热面积灰等原因。经采取措施后，排烟温度降至平均130℃~135℃，降幅达25~30℃，锅炉效率相应提高1.5%~2.0%。 
1、漏风 

    漏风是指制粉系统漏风、炉膛漏风及烟道漏风，是排烟温度升高的主要原因之一。 

炉膛出口过量空气系数可表示为： 
αL〞= Δ     αL + Δ     αZf         +            Δ     αLf+β ky 〞 （ 1 ） 

        式中：αL〞—炉膛出口过量空气系数； 
            Δ     αL—炉膛漏风系数； 
           Δ     αZf—制粉系统漏风系数； 
           Δ     αLf—一次风中掺冷风系数； 
           β ky 〞 —空气预热器出口过量空气系数； 

        由公式（1）知：在炉膛出口过量空气系数不变的情况下，炉膛及制粉系统漏风将使送风量下降，空气预热器的传热系数K下降。此外送风量下降也使得空气预热器出口热风温度升高，空气预热器的传热温压下降，而K及传热温压的下降使空气预热器的吸热量降低，最终使排烟温度升高。 

    烟道漏风使排烟温度升高的原因在于：空气预热器以前的烟道漏风将使烟温下降，传热温压降低，使受热面的吸热量下降，最终使排烟温度升高。 

    降低漏风的方法是炉本体及制粉系统的捉漏及堵漏工作，在运行时随时关闭炉本体各检查门、检查孔以及制粉系统木柴分离器清理口，采用密封较好的给煤机（如埋刮板给煤机）等。 

2、一次风中掺冷风量多 
    一次风中掺冷风和漏风一样，由公式（1）可知：在炉膛出口过量空气系数不变的情况下，一次风中掺冷风使得流过空气预热器的热风减少，空气预热器吸热量降低，导致排烟温度升高。造成一次风中冷风量用得多的原因有以下方面： 


 2.1  一次风率高 
         乏气送粉制粉系统使用的干燥剂为热风加冷风，当一次风率增加时，为控制磨煤机出口温度或排粉机进口温度不超限，必然使冷风量增加，在炉膛出口过量空气系数不变的前题下，流过空气预热器的热风量减少，排烟温度升高。 

        试验证明，一次风率与排烟温度近似成线性关系，其斜率K与一次风中所用冷风量大小有关。对于洛河电厂#3、4炉三台磨运行工况，磨煤机进口温度240℃左右时，K=1~1.1,即一次风率每增加1%，排烟温度增加1~1.1℃。 

        降低一次风率是降低排烟温度的有效措施。但需注意：一次风率降低，一次风速跟着降低，一次风速太低，可能使一次风管内积粉。为此须尽可能地使同层一次风管中风速相同，为最大限度地降低一次风率创造条件。通常锅炉冷态所做的一次风速调平，只是调节煤粉混合器前的节流孔板，使并列的管道在纯空气流动状态达到阻力相等，但这并不能做到锅炉正常运行时，同层一次风管内流速相等。这是因为送粉管道的阻力与煤粉浓度有关，它随着煤粉浓度的增加而增加，且增幅相对较大。送粉管道的阻力公式可表示为： 
        ΔP =[ ∑ζ1+ ∑ζ2（1+ku）] ρw2/2             （ 2 ） 

  式中：ΔP—送粉管道阻力； 
               ∑ζ1—煤粉混合器前管道阻力系数； 
               ∑ζ2—煤粉混合器后管道阻力系数； 
                ρ—热空气密度： 
                w —一次风速； 
                 u —煤粉浓度； 
                 k —常数，随管道不同而不同； 

        由上式可以看出：在煤粉浓度 u 发生变化时，因ΔP相等，影响同层一次风管内一次风速的是∑kζ2 。因此，只要同层一次风管的∑kζ2相等即可保证u变化时同层一次风管内一次风速仍相同。 

         解决问题的办法是，在煤粉混合器后管道上增加一节流缩孔，在冷态一次风调平后（使∑ζ1+ ∑ζ2相等），再在投粉后，调节该节流孔板，使同层一次风管的∑kζ2  相同。 

        送粉管道阻力随一次风管内煤粉浓度变化而变化，对于乏气送粉锅炉，排粉机出口风压也跟着变化。由于没有安装一次风速在线测量装置，运行人员实际操作中只能依靠排粉机出口风压来判断一次风率大小，所以，一次风速经二次调平后，应绘出给粉机转速与排粉机出口风压的关系曲线，为方便运行人员实际操作用。 

        降低一次风率的另一主要方法是随负荷不同而增减燃烧器，停用部分燃烧器后，不仅可减少一次风率而且使火焰集中，低负荷时稳定燃烧。停用燃烧器的顺序应自上而下，也有可自下而上停用燃烧器以提高低负荷时再热汽温，但应视底部二次风挡板是否能关严而论。 
        制粉系统再循环风的投用也可适当降低一次风率，但投用再循环风时应防止再循环管内积粉。消除积粉的方法是停磨后制粉系统换风前对再循环管反复吹扫，设计上应考虑合理的再循环管角度，大、小修时消除再循环风门内漏问题。 

       2.2  磨煤机是否运行及出力大小 

               对于乏气送粉锅炉，停运一台磨煤机，排烟温度将升高4~5℃。这是因为磨煤机运行时，由于要提供将煤磨成煤粉的干燥剂，热风用量大而冷风用量小，磨进口热冷风混合温度可达240℃，甚至更高；而停磨后，在燃用烟煤时，热冷风混合温度规定不超过130℃（排粉机入口温度，即一次风温），在一次风率不变的情况下，冷风用量将显著增加。 

        磨煤机运行时锅炉排烟温度的降低也受磨煤机出力的影响。磨煤机出力大时，热风用量大，冷风用量小，排烟温度下降较多。影响磨煤机出力的因素除煤质外，对于筒式钢球磨煤机钢球装载量大小、钢球的比例、磨内护甲的磨损程度、木块分离器的堵塞情况、锁气器是否漏风、粗粉分离器折向挡板位置等均有影响。运行中应定期对木块分离器进行清理，检查锁气器动作情况；根据磨煤机电流判断钢球多少（一般每加一吨钢球，磨空载电流增加近一安培）；大、小修时应检查磨内护甲磨损情况，更换磨损严重的护甲。 

3        受热面结渣、积灰 
         锅炉受热面的结渣、积灰是导致锅炉排烟温度升高的主要原因之一，其对排烟温度的影响主要体现在传热方面。从烟气侧到汽水侧的传热过程中，受热面表面沉积物的导热系数较其它介质要小得多，因而其所引起的附加热阻在总传热热阻中占主导地位，较为轻度的结渣和积灰便会使传热量大幅度下降。据有关资料介绍：炉膛积灰厚度由1mm增加到2mm时，传热量减少28%，当受热面有3mm积灰就可造成炉膛传热量下降近40%，相应炉膛出口烟温升高近300℃。 



        另外，结渣和积灰引起受热面吸热不足，为了弥补吸热不足，在一定负荷下，需要增加燃料量，从而造成各段烟温进一步升高，排烟温度也进一步升高。 



        克服受热面结渣、积灰的有效措施之一是吹灰。我厂#3、4炉使用的是湖北戴蒙德公司的吹灰器，其中炉膛短吹灰器88台，水平烟道及尾部受热面长吹灰器44台，预热器出口长吹灰器2台。在机组试运行阶段因设备故障多及运行时负荷低使吹灰系统投入率低，因炉内积灰导致的排烟温度的升高值达到10~20℃。5月22日，我们对#3 炉进行吹灰（之前有一个星期未吹灰），从表1参数可以看出，吹灰效果明显： 
 
                       表1： 电厂#3炉吹灰前后参数（N=220MW） 

   参数 

  A/B引风机电流（A） 

  A/B送风机电流（A） 

  A/B侧排烟温度(℃) 

   吹灰前 

          107/108 

           51.2/50.5 

         158/159 

   吹灰后 

            98/98 

            50/49.5 

        146.5/147 

         加强吹灰遇到的一个困难便是机组负荷低。由于洛河#3、4机是调峰机组，AGC投入，负荷波动大，而一个吹灰周期需3~4小时，很难满足。运行采取间断性吹灰方式，效果较好，即按一个吹灰周期，负荷一旦达到，便开始吹灰，负荷降低停止吹灰，下次吹灰时从间断处开始。这样，每天基本上能保证一个吹灰周期。 

        空预器吹灰在机组启动初期油煤混燃时应加大频率。因为低负荷时，未燃尽的油煤残物易在空预器受热面上沉积，且难以吹去。 

        另外，新建或大修后的锅炉要做好空气动力场试验，运行中要调整好炉内空气动力工况，防止火焰贴墙引起结焦。 

4        影响排烟温度的其它因素 

4.1 送风量影响：送风量增加，炉内过量空气系数增大，将增加烟气流量和降低绝热燃烧温度，而炉膛出口烟温变化很小。虽然各对流受热面的吸热量增加，但流过各受热面的烟气温降将减小，排烟温度增加。但是，在一定范围内送风量增加锅炉效率将增加，这是因为过量空气系数增加将使未燃尽损失Q3和Q4减小，所以送风量存在一个最佳值，在该值处，排烟损失与未燃尽损失之和为最小。 
        运行中判断风量大小并调整风量在最佳值的依据除了负荷外还根据氧量大小，氧量测点如安装在尾部受热面，测出的氧量值受测点前的烟道漏风影响，不能准确反映炉膛出口过量空气系数，所以，氧量测点安装位置应靠前，最好在炉膛出口。 

             4．2  空气预热器热风再循环漏风：热风再循环漏风，将抬高空气预热器进口空气温度 ， 排烟温度将提高。在不需投热风再循环的季节，运行中应定期比较送风机进口温度与环境温度，判断热风再循环是否漏风，如有漏风应设法消除。 
 4．3 煤质变化：燃料中的水份或灰份增加以及低位发热量降低均使排烟温度上升。这是因为这些变化将使烟气量和烟气比热增加，烟气在对流区中温降减小，排烟温度上升。因煤种在运行中无法控制，故难以找到有效措施来降低排烟温度，但在分析排烟温度高的原因时应分析煤质变化。 
 4．4  测点无代表性或测量元件故障：由于空预器出口烟气温度场及速度场的不均匀性，温度测点位置不当时，反映的温度值便不真实，因此，真实反映实际温度值的测点必须经过标定。测量元件故障，温度指示值也可能偏高，在分析排烟温度高的原因时应考虑这种可能。 



 5  结束语 
        本文从现场实际出发，对排烟温度高于设计值的原因进行了较为全面的分析，并针对这些原因提出了切实可行的措施。 
        采用本文各项措施后，洛河电厂#3、4炉排烟温度降低25~30℃，锅炉效率提高1.5~2.0%，每台炉每年可节约标准煤近万吨。 
        本文所做的工作，可为同类型锅炉分析排烟温度高的原因及采取降低排烟温度的措施提供理论帮助及实际经验借鉴。 
 
2002年  安徽淮南洛河发电厂  王永成    唐世蔼