摘要：文章针对黄陵矿业煤矸石发电公司300MW机组循环流化床锅炉炉内床温及整体烟温偏高的现状,从入炉煤颗粒度控制等五个方面原因进行了总结分析，针对性的提出了典型的处理措施，以供存在同样问题的同类型循环流化床锅炉设备参考和借鉴，相信会有一定的启发作用。
关键词：循环流化床锅炉；烟温高；原因分析；处理
0、引言
黄陵矿业煤矸石发电公司两台锅炉是由东方锅炉厂制造的亚临界、单汽包、一次中间再热、自然循环、循环流化床锅炉，型号为DG1058-17.5-II1，本锅炉共布置有八个给煤口，全部布置于炉前，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。设计煤种为矸石：煤泥：中煤=0.45:0.20:0.35，校核煤种为矸石：煤泥：中煤=0.50:0.20：0.30，最大煤泥掺烧量为30%。入炉煤低位发热值为2947Kcal/Kg，设计入炉煤粒径范围为0-9mm，D50=1.5mm。本锅炉设计六个排渣口，均布置在炉膛后墙水冷壁下部，分别对应六台滚筒式冷渣机。空预器采用光管式，管内通过风机输送的空气冷却管束，管外通过高温烟气加热管束，管束材质为Q215。在炉膛与尾部烟道竖井之间，布置有三台蒸汽冷却式旋风分离器，三分离器中心筒的锥体部分上端与本体钢架焊接，下端与膜式汽冷受热面的鳍片焊接在一起。其下部各布置一台“U”型回料器，回料器采用一分为二的结构，很好的保证了沿炉膛宽度方向上的回料均匀性。在2015年投产初期，两台锅炉因水冷壁等受热面磨损爆管而发生多次非计划停运，为有效应对炉内磨损，在炉内水冷壁初始十道防磨梁的基础上，对易磨损区域水冷壁敷设了大量防磨钢格栅，大大的延长了机组的运行周期。
1、锅炉运行存在的主要问题
本厂两台锅炉于2015年7月、8月依次投入商业运行，一直存在着床温、炉膛出口烟温、分离器入口和出口烟温、空预器后排烟温度均超设计值的问题，具体如下DCS画面图1所示。
图1 锅炉满负荷截图
由上图1可知，机组带满负荷时，运行人员针对中部床面温度较高的问题进行了3、4、5、6#给煤机的煤量控制，但炉侧20个床温测点中仍有8个床温测点超过950℃的报警值，尤其是右前平均床温已达947℃。同时炉膛中部温度达到968℃和976℃，炉膛出口烟气温度达到871℃和888℃，三分离器入口烟道烟温分别达959℃、1014℃和981℃，三分离器出口烟温分别达939℃、983℃和991℃，均超过了设计值，给锅炉的安全经济运行主要带来以下几个方面的问题：
1.1炉内的整体烟温超过设计值，部分部件长期处于高温冲刷或高温腐蚀中而寿命缩短，部分受热面壁温长时间处于超温状态而强度大大降低，床面局部可能有结焦现象，为降低炉内整体温度而运行人员需增加总风量的操作会增大炉内水冷壁等受热面的磨损，过高的排渣温度可能会损坏排渣系统，对锅炉安全稳定运行带来极大的威胁；
1.2炉内的整体烟温超过设计值，使水平烟道烟温超过850-930℃的NOX最佳反应区间而尿素用量增加，同时产生的氨逃逸也进一步导致了尾部烟道处硫酸氢铵的大量生成，空预器烟气侧管束间发生堵塞现象，增大了引风机电耗的同时还降低了热一、二次风风温。排烟温度超过设计值，大大增加了锅炉的排烟热损失，造成了锅炉效率的下降。过高的烟气温度可能导致锅炉MFT保护动作和电袋除尘器布袋损坏而需限制锅炉的出力。故整体烟温超过设计值大大降低了机组经济性。
2、原因分析
针对炉内整体烟气温度偏高的现象，我们先后多次进行锅炉的运行状况分析、负荷调整试验、双炉同工况比对试验、一二次风配比调整试验和入炉煤调整试验。得出以下结论：
2.1入炉煤煤质与设计煤种偏差较大。本锅炉设计煤质低位发热量为2947Kcal/Kg,满负荷用煤量为240T/H,而受限于煤源单一的现实条件，本厂实际入炉煤低位发热量高达3800Kcal/Kg,满负荷时用煤量仅为175T/H。相对额定高热值入炉煤对应的灰份严重不足，无法在炉内形成满足负荷需求的循环灰量来吸收燃烧生成的热量，锅炉的灰循环对流传热份额大大降低的同时需增加炉内的辐射换热份额，必然导致给煤量的增加，使炉内烟气温度工况进一步恶化。为保证两台机组能够顺利通过168小时试运行，将调试期间启动锅炉的排渣加入到3800Kcal/Kg入炉煤中，降低其低位发热量，增加了灰份含量，具体带负荷工况如下图2所示。
图 2 机组满负荷截图（3300Kcal/Kg）
由图2可知，在原入炉煤中增加启动锅炉炉渣，通过调整二者配比可成功入炉煤发热量降低至3300Kcal/Kg，锅炉带满负荷出力时的烟气温度整体下降趋势明显。具体数值如下表1：
表1 不同入炉煤质在满负荷时主要烟温对比
由表1可知，将入炉煤发热量由3800Kcal/Kg降至3300Kcal/Kg后，炉内整体温度下降明显，尤其是中间分离器入口烟温下降约40℃而处于尿素与NOX的高效反应区间，大大节约了尿素用量。
2.2矸石掺烧过量，颗粒度控制不佳。本厂燃煤破碎系统设计为两破一筛，在细碎机出口的煤未经筛除而经输送皮带全部进入炉前煤仓，加之为降低燃煤成本而在入炉煤中大量掺硬度较大且难以破碎的矸石，导致入炉煤颗粒度严重超标，粒径分布亦与设计有较大偏差。进入炉内的大颗粒无法充分流化，加之后墙排渣的设计，大量大颗粒无法排出炉外而沉积在布风板上造成床温偏高，同时入炉矸石在炉内吸热后的爆裂性能差，无法有效形成循环灰而造成灰量不足，燃料释放的热量无法有效被循环灰吸收，整体烟气温度大大上升。
2.3一、二次风配比不佳。由于本厂锅炉专业运行人员整体经验较为欠缺，加之调试期间风量标定严重失准，造成锅炉运行调整中风量无据可依。长期以来，为保证蒸发量满足机组负荷指令需求，随着锅炉负荷的增加，手动或协调自动的增加一次风量，密相区进入的燃煤可以在充足的风量下进行燃烧，大大的增加了密相区的燃烧份额，同时为了控制床温的增长，部分运行人员习惯性增大下二次风开度，以增加风量来控制床温的升速率，却增加了密相区燃煤所需氧量而导致密相区温度进一步升高。过大的一二次风比例导致一次风量过量，整个锅炉燃烧中心向上移动，导致了稀相区、分离器出入口烟道烟温不同程度的明显上涨。在总氧量不变的前提下，一次风的增加必然会导致二次风量的下降，二次风压不足导致炉膛中心区域严重缺氧而燃烧不充分，在引风机负压抽吸作用下未完全燃烧的颗粒在后部的分离器、尾部烟道等氧量充分区域再次进行燃烧，又增加了上述区域的烟气温度，导致炉内烟温和燃烧工况的进一步恶化。
2.4空预器漏风的影响。当锅炉在冬季低负荷长期运行时，空预器后排烟温度只有80-90℃，即使一、二次风暖风器满负荷投运，排烟温度仍在100℃以下；加之我厂脱硫采用以炉后湿法脱硫为主，炉前干法脱硫为辅，炉内生成的大量SO2在空预器烟气侧与水反应，凝结在空预器光管上的硫酸在低温腐蚀的作用下，使Q215材质的光管壁厚减薄，加之管束间氨逃逸形成的硫酸氢铵腐蚀积灰板结，管束逐步开始出现漏口而漏风，空气侧较低温度的风通过漏口进入烟气侧，进一步降低烟气温度、使低温酸性腐蚀更加严重的同时，造成了炉内燃烧所需风量不足，燃煤燃烧产生的热量无法被足够的空气稀释携带而造成烟气温度整体升高。燃烧不完全的燃煤颗粒在负压作用下可能沉积在尾部受热面上，一旦风量满足则可能发生爆燃现象，严重威胁着锅炉的安全稳定运行。
2.5炉内大面积敷设防磨钢格栅的影响。在本厂两台锅炉投产初期，两台锅炉频繁因水冷壁磨损爆管而发生非计划停运，在国内同类型锅炉防磨防爆经验基础上，结合我厂入炉煤煤质颗粒硬度偏大的特点，选择国内当前较为流行的防磨技术——高镍合金格栅防磨板技术。针对全炉膛水冷壁摸排测厚的薄弱区域，进行大面积敷设防磨格栅。应用后锅炉水冷壁等受热面磨损大大减小，从几次的测量数据来看，几乎可以实现近零磨损。但随着锅炉的运行，由此带来的新的问题也开始逐步凸显，防磨格栅板沿着水冷壁管垂直/水平敷设，格栅板间距在1米至1.5米不等，炉膛沿四周水冷壁下落的贴壁流循环灰在格栅的多次破坏阻挡作用下几乎被破坏殆尽，贴壁流的对流传热作用所剩无几。为了满足汽机对蒸发量的需求，只能通过增加炉内辐射热来提高锅炉蒸发量，必然会增加入炉煤量，导致炉内温度的整体上升。
3、处理措施：
3.1针对入炉煤发热量与设计煤种偏差较大的问题。在燃煤供应管理方面积极在电厂周边寻找较为固定的低热值煤来源，通过大量试验多种高、低热值煤配比，找寻最佳入炉煤低位发热量值的配比方式，使锅炉炉内各部温度在设计值以下，不致床压过高而增加一次风电耗和炉内磨损，冷渣机出力可以很好维持床料厚度。针对我厂床面温度的中间高、两侧低的分布特点，经过长时间尝试与摸索，总结出一套分仓上煤方案，即在中间四台給煤机对应的B、C煤仓供给热值在3200Kcal/Kg的低热值煤，以降低炉内中部区域烟温；在两侧四台给煤机对应的A、D煤仓供给热值在3500Kcal/Kg的煤，以提高炉内左右两侧区域烟温，在进一步实现消除床温偏差的同时，炉内各部燃烧更加均匀，整体烟温明显下降。
3.2针对长期以来入炉煤颗粒度超标的问题。一方面在加强输煤破碎系统检修维护的基础上，寻找破碎机锤头与筒壁的最佳间隙和输煤皮带最佳带速，在输煤系统厂用电率尽可能低的前提下保证破碎机的破碎效果满足入炉煤粒径分布要求；另一方面通过大量掺烧矸石试验，寻找掺烧矸石平衡点，在实现降低燃煤成本的同时，控制入炉煤粒径≤9mm，D50=1.5mm。与此同时，通过煤泥筛分系统优化升级改造，筛除入炉煤泥中的大颗粒，保证入炉煤泥细度，从而大大降低颗粒度超标的可能。在此基础上，通过煤场增加矸石预破碎系统、输煤皮带筛分系统升级改造等科技项目的后续实施，不仅可以根除颗粒度超标问题，还可以根据燃烧状况需求调整入炉煤粒径分布，实现精细化入炉煤调整。
3.3针对一、二次风配比不佳的问题。随着运行经验的逐步积累，越来越多的人意识到一次风和二次风在循环流化床锅炉中的作用，一次风主要作用是流化炉内物料，并为密相区燃烧提供少量的氧量，二次风主要作用是为稀相区燃料的燃烧提供氧气，保证燃料的充分燃烧。在原调整的基础上，在不同负荷下控制一次风量大于临界流化风量即可，增加二次风量来满足燃料的充分燃烧，保证尾部烟道省煤器前的氧量在2.5-3%之间。通过控制一次风量，二次风调整燃烧所需氧量的配比调整试验，成功实现了循环流化床锅炉密相区缺氧燃烧，有效的降低了密相区的燃烧份额，也便降低了床层温度；同时通过上、中、下二次风的挡板开度调整，成功实现了稀相区的分级燃烧，在降低炉内整体烟温的同时，大大降低了原始NOX的生成量。
3.4针对尾部烟道光管式空气预热器严重漏风的问题。运行人员通过严格控制脱硝氨逃逸，增加尾部烟道三、四层空预器吹灰器吹灰频次和定期进行尿素喷枪雾化效果检查等方式尽可能减少空预器烟气侧管束间硫酸氢铵板结腐蚀；同时在冬季低负荷阶段增加炉内石灰石用量，尽可能的降低进入空预器的SO2量，减少SO2形成的硫酸腐蚀，避免了空预器的进一步漏风。与此同时，利用机组C级检修计划，将末级低温段空预器更换为耐酸性腐蚀的搪瓷管空预器，很好的杜绝了酸性腐蚀带来的空预器管束漏风。以下图3为空预器更换前的DCS截图，图4为空预器更换后的DCS截图。
图3 300MW截图（空预器更换前）
图4 300MW截图（空预器更换后）
从图3、图4对比可知，通过搪瓷管空预器更换后的锅炉在满负荷出力时，两台二次风机电流分别降低56A和60A，一次风机电流分别降低1A和4A，引风机电流分别降低50A和80A，厂用电率下降约1%。同时床面平均温度、炉膛出口温度、分离器出入口温度均不同程度的下降。
3.5针对大面积敷设格栅对贴壁流换热的影响问题。在炉膛防磨防爆检查中出现磨损区域，需通过更为严谨的论证和全体小组成员的同意才进行格栅敷设。同时计划在下一个检修周期针对增设格栅区域进行壁厚测量，并与上一检修周期测量数据进行对比，对无损区域的防磨钢格栅进行试验性小范围拆除，并进行防磨喷涂保护，待一段运行后进行检查。根据检查结果可进行渐进式推广性拆除，以保证炉内贴壁流循环灰的正常对流换热，降低炉内整体烟温。
4、结语
经过降低入炉煤低位发热量、严控入炉煤颗粒度、寻找最佳矸石掺烧比例、调整一二次风比例、末级空预器提效改造和防磨钢格栅实验性拆除等方法，黄陵电厂两台锅炉炉内整体温度有了明显的下降，在提高了锅炉的经济性的同时，有效的保证了锅炉安全稳定运行。相信对存在烟温较高问题的同类型循环流化床锅炉有一定的指导作用。
参考文献:
[1] 黄陵矿业煤矸石发电公司锅炉运行规程
论文作者:段瑞斌,倪文婷
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/18
标签：锅炉论文; 温度论文; 风量论文; 烟气论文; 炉膛论文; 格栅论文; 水冷论文; 《电力设备》2018年第18期论文;