某電廠3號(hào)爐為哈爾濱鍋爐廠采用美國(guó)CE公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的HG - 2008/18.2 - YM2型鍋爐，為國(guó)產(chǎn)600MW機(jī)組配套設(shè)備。鍋爐自運(yùn)行投產(chǎn)后，一直存在空氣預(yù)熱器人口煙溫、出口風(fēng)溫和主、再熱汽溫偏低等問(wèn)題。其中，再熱汽溫偏低較嚴(yán)重．制粉系統(tǒng)干燥出力不足。在該機(jī)組進(jìn)行了各項(xiàng)調(diào)整試驗(yàn)也未能解決上述問(wèn)題。本文在試驗(yàn)研究和計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，對(duì)上述同題的原因進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的改造措施，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要人燃燒秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1、改造前試驗(yàn)項(xiàng)目測(cè)定
    本次試驗(yàn)的目的：首先是查明主、再熱汽系統(tǒng)的熱力特性，分析受熱面設(shè)計(jì)布置的合理性；其次是從爐內(nèi)方面分析引起主、再熱汽溫度偏低的原因。試驗(yàn)對(duì)各受熱面（段）煙、汽工質(zhì)參數(shù)進(jìn)行采集測(cè)試；試驗(yàn)時(shí)的燃燒器擺角、投運(yùn)層數(shù)和過(guò)量空氣系數(shù)與設(shè)計(jì)工況相同；除二級(jí)右側(cè)過(guò)熱器減溫器為防止末級(jí)過(guò)熱器管壁超溫而有少量噴水外，其它噴水量為零。
    a．鍋爐實(shí)際運(yùn)行煤質(zhì)接近于設(shè)計(jì)校核煤質(zhì)上限．b．省煤器人口煙溫偏低，給水溫度偏高；c．主、再熱汽系統(tǒng)阻力偏大；d.主蒸汽出口兩側(cè)溫度偏差較大；e．空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率較高。
2、問(wèn)題的原因分析
2.1爐膛出口煙溫的計(jì)算確定
    爐膛出口煙溫是爐內(nèi)傳熱的重要參數(shù)，可通過(guò)CE設(shè)計(jì)程序，采用省煤器出口煙溫測(cè)試值及各級(jí)受熱面的工質(zhì)流量、進(jìn)出口參數(shù)，從省煤器開(kāi)始，按與煙氣流程相反方向反推計(jì)算，得出下?tīng)t膛出口煙溫，結(jié)果如表3所示。
    根據(jù)反推計(jì)算，試驗(yàn)工況下的下?tīng)t膛出口煙溫比設(shè)計(jì)值低70℃，上爐膛出口煙溫比設(shè)計(jì)值低100℃。
2.2爐膛沾污系數(shù)
    鍋爐實(shí)際運(yùn)行煤種偏離設(shè)計(jì)煤質(zhì)，表現(xiàn)為發(fā)熱量高、灰分小、灰熔點(diǎn)高，而在設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為設(shè)計(jì)煤種為輕微結(jié)渣，爐膛沾污系數(shù)8取0. 25，不符合實(shí)際運(yùn)行情況。其結(jié)果造成鍋爐在實(shí)際運(yùn)行時(shí)爐膛輻射受熱面吸熱量過(guò)大，使?fàn)t膛出口煙溫降低。表4是不同爐膛沾污系數(shù)和煤質(zhì)變化情況計(jì)算結(jié)果。
    爐膛沾污系數(shù)的選取主要依據(jù)灰特性、結(jié)焦指數(shù)，同時(shí)也受到鍋爐型式和燃燒方式的影響，爐膛沾污系數(shù)的改變將對(duì)鍋爐熱力參數(shù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。根據(jù)該鍋爐的設(shè)計(jì)計(jì)算，爐膛沾污系數(shù)每減小0. 05．過(guò)熱汽溫、再熱汽溫和下?tīng)t瞳出口煙溫分別下降4. 42℃、3.03℃和6.9℃。
2.3主汽系統(tǒng)阻力的影響
    鍋爐主、再熱汽系統(tǒng)阻力比設(shè)計(jì)值偏大，只有提高汽包運(yùn)行壓力才能維持過(guò)熱器出口壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值。運(yùn)行壓力的提高使，工質(zhì)汽化潛熱降低，爐內(nèi)蒸發(fā)吸熱量減少，進(jìn)而導(dǎo)致燃料量和煙氣量減少，使對(duì)流吸熱降低。
    另一方面，當(dāng)過(guò)熱器出口壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)+相應(yīng)上游受熱面工作壓力都超過(guò)設(shè)計(jì)值。壓力升高使蒸汽比熱值增大，在獲得相同吸熱量的情況下，溫升要降低。對(duì)于再熱器，由于高壓缸排汽參數(shù)較高，實(shí)際運(yùn)行壓力比設(shè)計(jì)值要高，同樣存在上述情況。同時(shí)，根據(jù)再熱器實(shí)際出入口焓值計(jì)算，綜合考慮再熱蒸汽流量的變化，再熱器吸熱量低于設(shè)計(jì)值，說(shuō)明再熱器設(shè)計(jì)布置面積不足。
    表5和表6分別是不同工作壓力及出口溫度下過(guò)熱器和再熱器吸熱量比較。
2.4熱偏差的疊加
    因四角切圓燃燒方式在爐膛頂部存在殘余煙氣旋轉(zhuǎn)氣流。對(duì)于右旋氣流，在爐膛頂部左側(cè)存在煙氣回流，相對(duì)流動(dòng)阻力偏大，右側(cè)煙氣流動(dòng)阻力相對(duì)較小。在殘余旋轉(zhuǎn)氣流的作用下，大部分煙氣直接從爐膛出口右側(cè)底都通過(guò)，布置在爐膛頂部右側(cè)的受熱面設(shè)有受到煙氣的充分沖刷傳熱，煙氣通過(guò)后溫度仍然較高，而布置在爐膛頂部左側(cè)的受熱面受到煙氣沖刷傳熱較充分，左側(cè)受熱面內(nèi)的蒸汽溫升較高。
    煙氣通過(guò)爐膛出口后，在鍋爐水平煙道內(nèi)呈現(xiàn)了左側(cè)煙溫低、右側(cè)煙溫高的分布形態(tài)，氣流在整個(gè)截面分布較均勻。后屏過(guò)熱器出口左右聯(lián)箱至末級(jí)過(guò)熱器人口左右聯(lián)箱間的連通管為交叉布置，設(shè)計(jì)意圖是為消除熱偏差，但實(shí)際上流經(jīng)爐膛頂部左側(cè)分隔屏過(guò)熱器受熱面后溫度較高的蒸汽，經(jīng)連通管后進(jìn)入水平煙道的右側(cè)末級(jí)過(guò)熱器受熱面，恰好與水平煙道右側(cè)溫度較高的煙氣相遇，而煙道另一側(cè)的情況剛好相反，形成了熱偏差的再次疊加，造成了一方面一部分蒸汽不能充分吸熱，另一方面，還要投入減溫水來(lái)避免熱偏差較大的部分受熱面管壁超溫。
2.5其它影響因素
2.5.1蒸汽流量
    機(jī)組在600 MW負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，主、再熱蒸汽實(shí)際流量比設(shè)計(jì)值增加200t/h，這是由汽輪機(jī)效率現(xiàn)狀決定的。根據(jù)計(jì)算，機(jī)組在MCR工況附近運(yùn)行時(shí)，主、再熱蒸汽流量增加，鍋爐燃料量也會(huì)增加，其綜合作用不會(huì)使汽溫有太大變化。
2.5.2空氣預(yù)熱器漏風(fēng)
    試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率很大，近20%，降低了換熱效率，而人口煙溫比設(shè)計(jì)值低20℃，使一、二次風(fēng)溫度低于設(shè)計(jì)值約30℃。
2.5.3給水參數(shù)
    機(jī)組實(shí)際運(yùn)行給水溫度比設(shè)計(jì)值高6-8℃，但由于煙氣溫度的降低使省煤器出口水溫并未增加，因此，其對(duì)爐內(nèi)傳熱的影響僅表現(xiàn)在鍋爐運(yùn)行壓力的提高對(duì)工質(zhì)汽化潛熱的影響上。
2.6綜合分析
    造成此鍋爐空氣預(yù)熱器人口煙溫、出口風(fēng)溫，以及主、再熱汽溫偏低的原因是多方面的．主要原因如下：
    a．按照實(shí)際運(yùn)行煤質(zhì)，鍋爐設(shè)計(jì)沾污系數(shù)選取偏大，爐膛水冷壁受熱面布置偏大，引起爐膛出口煙溫降低，使下游受熱面吸熱不足。
    b．由于煤質(zhì)的變化使燃煤量降低，生成煙氣量減少，使對(duì)流換熱強(qiáng)度降低。
    c．系統(tǒng)運(yùn)行壓力的變化改變了各段受熱面的吸熱比例，造成爐內(nèi)工質(zhì)所需蒸發(fā)熱降低，過(guò)熱熱增加，使過(guò)熱受熱面面積相對(duì)不足。同時(shí)工質(zhì)蒸發(fā)熱的降低使燃料量減少，也不利于汽溫的提升。
    d，四角切圓燃燒造成的爐膛頂部煙氣殘余旋轉(zhuǎn)和過(guò)熱器后屏至末級(jí)過(guò)熱器交叉連接管所引起的熱偏差疊加使過(guò)熱器出口汽溫左右偏差增大。
    e．再熱器設(shè)計(jì)布置面積不足。
3、鍋爐改造
    綜上所述，對(duì)于運(yùn)行煤質(zhì)，爐膛吸熱（面積）相對(duì)過(guò)大是問(wèn)題的主要原因，而通過(guò)減少爐膛水冷壁吸熱面積來(lái)提高爐膛出口煙溫勢(shì)必會(huì)引起爐內(nèi)燃燒和鍋爐水動(dòng)力結(jié)構(gòu)等多方面問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)阻力增大所采取的措施卻是有限的。經(jīng)計(jì)算論證，通過(guò)調(diào)整對(duì)流受熱面的解決方案是可行的。
    根據(jù)鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)和改造空間，增加水平低溫過(guò)熱器和末級(jí)再熱器面積是提高主、再熱汽溫的有效措施，同時(shí)還應(yīng)減少省煤器面積以提高空氣預(yù)熱器人口煙溫。而省煤器面積的減少降低了出口水溫，使鍋爐燃料量增加，也對(duì)提高汽溫有利。另外，為了提高一、二次風(fēng)溫，還確定了空氣預(yù)熱器的改造方案。最終的改造方案如下：
    8．末級(jí)再熱器面積增加至3 566 m2，比原設(shè)計(jì)增加468 m2，同時(shí)將末級(jí)再熱器管材升級(jí)。
    b．省煤器面積減少至12886 m2，比原設(shè)計(jì)減少2 535m2。
    c．過(guò)熱器后屏至末級(jí)過(guò)熱器交叉連接管改為平行連接，同時(shí)對(duì)過(guò)熱器聯(lián)箱的6個(gè)三通進(jìn)行打磨，以減少阻力。
    d．更換空氣預(yù)熱器傳熱元件，改變密封結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式，減少漏風(fēng)率。
    鍋爐實(shí)施改造后，進(jìn)行了改造后的鍋爐性能試驗(yàn)，以獲取改造后鍋爐運(yùn)行性能的詳細(xì)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)表明，在燃用高熱值燃煤和汽輪機(jī)改造后高排溫度降低的不利情況下，鍋爐主、再熱汽溫比改造前上升了10.2℃和18.9℃，主汽熱偏差大大降坻，空氣預(yù)熱器入口煙溫達(dá)到359℃(設(shè)計(jì)值為357.1℃)．一、二次風(fēng)溫分別增加6.5℃和11.85℃，發(fā)電煤耗減少2. 78g/(kW.h)，鍋爐效率因機(jī)械不完全燃燒損失和預(yù)熱器漏風(fēng)減少而略有增加。
4、結(jié)束語(yǔ)
    我國(guó)鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)與實(shí)際運(yùn)行煤質(zhì)普遍存在差異，原設(shè)計(jì)選取的重要參數(shù)“爐內(nèi)污系數(shù)占”已不再適合于運(yùn)行煤質(zhì)，其結(jié)果表現(xiàn)為爐膛水冷壁受熱面相對(duì)過(guò)大，爐膛出口煙溫降低，對(duì)流受熱面吸熱不足。通常解決爐膛水冷壁吸熱過(guò)大可采取敷設(shè)衛(wèi)燃帶，或針對(duì)本文情況增加輻射再熱器遮蓋面積等爐內(nèi)措施，但實(shí)踐證明，通過(guò)調(diào)整對(duì)流受熱面來(lái)解決爐膛出口煙溫偏低使蒸汽溫度、空氣預(yù)熱器人口煙溫偏低這一問(wèn)題是可行的。
    另外，通常用以消除四角切圓燃燒鍋爐過(guò)熱器熱偏差的過(guò)熱器末級(jí)連接管交叉布置措施，在600 MW機(jī)組同類(lèi)型鍋爐上卻增大了熱偏差．而將交叉布置改為平行布置可較好地解決此問(wèn)題。


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