300MW燃煤锅炉受热面积灰监测与吹灰优化

赵亚仙

（晋中学院机械学院，山西晋中030619）

（编辑 申嫣平）

0 引言

在燃煤电厂的运行过程中，受热面不可避免会出现积灰结渣现象，增加传热热阻和烟道的通风阻力，降低传热效率和增加煤耗.针对受热面积灰结渣现象对电厂锅炉的不利影响，吹灰是一个有效的解决办法，而不合理的吹灰模式不仅会降低锅炉效率，而且会对受热面造成损坏，缩短使用寿命.故电厂锅炉进行受热面的积灰结渣监测并作出吹灰优化是非常必要的.

在一些工业发达国家，燃煤电厂受热面积灰结渣监测与吹灰优化已经进行了较长一段时间研究，并在示范工程中取得良好的经济效果[1~2]，而国内的研究相对较晚，不过迄今为止在电站受热面吹灰领域也进行了大量研究，并取得一定成果，一些系统已投入使用[3~7].

本文以四川广安发电厂（现四川广安发电有限责任公司）300 MW燃煤机组为研究对象，对锅炉不同受热面进行积灰监测，参与监测的受热面包括屏式过热器、高温再热器、高温过热器、低温过热器、省煤器和空气预热器，并提出了优化的吹灰模式.

1 300MW燃煤锅炉概况

广安发电厂#31炉型号为DG1025/18.2-Ⅱ6，为亚临界、单汽包、一次中间再热、自然循环、固态排渣煤粉炉，炉内主要受热面包括：炉膛、分隔屏、后屏过热器、高温过热器、低温过热器、壁式再热器、屏式再热器、高温再热器、省煤器、空气预热器，各受热面在炉内的布置如图1所示.锅炉设计燃料为贫煤.

2 受热面积灰结渣计算模型

2.1 对流受热面积灰结渣计算模型

按对流受热面建立积灰结渣计算模型的受热面有屏式过热器、高温再热器、高温过热器、低温过热器和省煤器.

利用热平衡计算原理，在已知受热面出口烟温，工质侧进、出口参数的基础上，分别由工质侧和烟气侧的热平衡方程式（1）、（2），计算该受热面的进口烟温.

式中，h′，受热面进口蒸汽焓，kJ/kg；h″，受热面出口的蒸汽焓，kJ/kg；H′，受热面进口烟气焓，kJ/kg；H″，受热面出口烟气焓，kJ/kg；Δhjw，减温水焓，kJ/kg；Bj，计算燃料消耗量，kJ/h；φ，保热系数；α，漏风系数；H0lk为理论冷空气焓，kJ/kg.

图1 锅炉受热面布置示意图

式中，Ksj，实际传热系数

再根据传热方程（3），计算该工况下该受热面的实际传热系数Ksj：传热温差，℃；A，计算对流受热面积，m2.

系统根据热力计算标准计算得到受热面理想传热系数Klx，根据在线监测数据计算得到受热面实际传热系数Ksj，定义受热面的污染因子CF为：

CF越大则表示受热面积灰越严重.

2.2 空气预热器积灰结渣计算模型

空气预热器积灰结渣计算模型采用烟气压差法建立.

空预器积灰程度可用积灰程度指标ηsj表示，ηsj计算公式[8]为：

式中，C，常数；ΔP，进出口烟气压差，Pa；Vy，烟气容积，m3；Gy，烟气质量，kg；T，烟气温度，℃.定义空预器的污染因子CF为：

式中，ηsj为实际计算值，ηlx为理想情况下数值.

当污染因子CF＝0时，受热面处于理想的洁净状态，CF大于0则说明受热面处于污染状态，且越大表明积灰越严重.

3 监测结果与分析

图2~7为监测系统在广安发电厂31号机组上对各受热面的积灰结渣监测结果，在吹灰前后4小时机组负荷基本稳定.

由图2~7可看出，除屏式过热器外的其他受热面能不同程度地显示出吹灰对污染因子的变化趋势，表明所建立的监测系统能准确反应出受热面积灰结渣状况的变化.由图2可知，吹灰使省煤器污染因子显著下降，且在吹灰结束后上升速度缓慢，故应降低对省煤器的吹灰频率.由图3可知，吹灰使低温过热器的污染因子显著下降，但吹灰结束后迅速上升，说明低过污染较快，故需要提高对低过的吹灰频率.由图4可知，吹灰后高再的污染因子有一定程度下降，并且维持时间较长，可知高再受热面比较清洁，可降低对高再的吹灰频率.由图5可知，吹灰使高过的污染因子有显著下降，但吹灰结束后很快上升，可见高过受热面受污染比较迅速，故可提高对高过的吹灰频率.由图6可知，吹灰后屏过的污染因子无明显变化，可知屏过污染较轻，可降低吹灰频率.由图7可知，吹灰使空预器的污染因子有所下降，且在吹灰结束后一段时间内增长速度缓慢，可知空预器受热面在吹灰后可在一段时间内保持清洁，故可降低吹灰频率.

图2 吹灰前后省煤器污染因子变化

图3 吹灰前后低温过热器污染因子变化

图4 吹灰前后高温再热器污染因子变化

图5 吹灰前后高温过热器污染因子变化

图6 吹灰前后屏式过热器污染因子变化

图7 吹灰前后空气预热器污染因子变化

按照上述结果对锅炉受热面进行吹灰优化，与优化前的定时吹灰相比，优化后的按需吹灰使空气预热器出口日平均排烟温度降低2.98℃；排烟温度的降低表明吹灰模式的优化可以使锅炉效率相应得到提高.

4 结论

通过对广安电厂31号机组各受热面进行积灰结渣监测，可得出下面结论：（1）所建立的积灰结渣监测系统能准确地反应出受热面的积灰结渣状况；（2）吹灰后，低温过热器和高温过热器的污染因子显著下降，并且短时间内又迅速升高，污染较快，需要提高吹灰频率；（3）吹灰后，省煤器、高温再热器、屏式过热器和空气预热器的污染因子都有一定程度下降，并且维持时间较长，受热面比较清洁，可减少吹灰频率；（4）采用优化吹灰模式，锅炉出口平均排烟温度降低2.98℃，锅炉效率相应得到提高.

［1］Richard E，Thompson，Tom C，et al.A foulingmonitor alarmtoprevent forced outages［C］.International joint power generation conference and exposition and the internaitonal conference on power engineering，USA，1999：25～28.

［2］Cortes C，Bella O，Valero A.Ash fouling monitoring and sootblowing optimization in a pulverized coal fired utility boiler［C］.In：Proc.10th Inter.Pittsburgh Coal Conf‘.Coal Energy and the Environment’，USA，1993：703～708.

［3］阎维平，梁秀俊，周健，等.300MW燃煤电厂锅炉积灰结渣计算机在线监测与优化吹灰［J］.中国电机工程学报，2000（9）：84～88.

［4］朱予东，阎维平，高正阳，等.600MW机组锅炉对流受热面污染状况实验与吹灰优化［J］.中国动力工程学报，2005（2）：196～200.

［5］姚婧.超超临界锅炉受热面状态吹灰研究［D］.长沙：长沙理工大学，2013.

［6］梁占伟.490t/h循环流化床锅炉积灰监测与吹灰优化［D］.保定：华北电力大学，2011.

［7］李洪涛，董瑞信，冷成岗，等.1000MW超超临界机组锅炉优化吹灰试验研究［J］.电力建设，2011（3）：102～107.

［8］范从振.锅炉原理［M］.北京：中国电力出版社，1985.

［9］高倩，刘乃江，刘寅，等.煤粉锅炉爆管故障诊断案例分析［J］.节能，2014（9）：70～74.

［10］蓝立伟.超音速吹灰气固两相流及磨损模拟研究［D］.杭州：浙江工业大学，2011.