480t/h CFB锅炉排烟温度偏高的原因分析及治理

何布朗　孙耀平　刘玉春　邓德兵

【摘 要】針对某超高压135MW 循环流化床锅炉一次风机变频改造后出现的“抢风”问题，在实际运行的冷态和热态工况下进行了诊断试验。根据诊断试验结果，提出了最优改造方案。对风机进行改造后问题得以解决。

【关键词】循环流化床;一次风机;离心风机;变频;抢风

中图分类号： TK229.66文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）16-0037-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.016

Diagnose Test and Retrofit of the “Blower Pinch” of the Primary Air Fan after Coversion Refomation  in a 135 MW Super-high Pressure CFB Boiler

HE Bu-lang1 SU Yao-ping2 LIU Yu-chun2 DENG De-bing1

（1.SuZhou Nuclear Power Research Institute，Suzhou Jiangsu 215004，China;

2.Dianta Shendong Power Generation Co.Ltd，Shenmu Shanxi 719300，China）

【Abstract】To clear the “blower pinch” of the primary air fan after coversion reformation in a 135 MW super-high pressure CFB boiler，a related cold and thermal diagnostic test was carried out in the primary air fan under normal working condition。Besed on the test result，an optimum reformation sheme has been obtained。The problem was finally solved by taking appropriate retrofit.

【Key words】Circulating fluidized bed; Primary air fan; Centrifugal fan; Frequency conversion; Blower pinch

1 设备概述

1.1 锅炉概述

陕西某电厂135MW机组锅炉是由无锡锅炉厂制造的UG-480/13.7-M型自然循环、单汽包、超高压循环流化床锅炉，为单炉膛一次中间再热、岛式布置。锅炉主要由炉膛、两台高温绝热式旋风分离器和一个尾部竖井烟道三部分组成。燃烧室蒸发受热面采用膜式水冷壁，水循环采用单汽包、自然循环、单段循环系统。采用水冷布风板、内嵌逆流柱型风帽。燃烧室内布置水冷屏来增加蒸发受热面。燃烧室内还布置有屏式Ⅱ级过热器和屏式热段再热器。尾部对流烟道中布置Ⅲ级、Ⅰ级过热器、冷段再热器、省煤器、空气预热器。

1.2 大修改造概述

该锅炉自投运以来，为了防止炉膛水冷壁的磨损，水冷壁四角及水冷壁顶部均敷设了耐磨混凝土;同时，屏式再热器初期运行过程中由于屏再出口管局部存在超温现象，现屏式再热器面积比原设计有所减少。以上两方面的原因导致炉膛内部受热面积比原设计下降了近150m2，造成目前整体床温运行偏高（大约950～970℃之间）。

为了满足日趋严格的环保要求，降低锅炉NOX和SO2的原始排放浓度和提高炉内脱硫效率，在保证锅炉负荷及蒸汽参数的前提下，炉膛内运行床温需控制在900～920℃之间。为达到上述要求，锅炉大修期间对炉内受热面重新进行调整。具体调整如下：

（1）适当调整炉内屏式受热面，炉内六片再热屏改为四片，其余两片改为水冷屏（中间两根下降管取水，回至汽包蒸汽引入管），同时再热屏、过热屏均向炉膛下方方向拉长，为了防止屏再变形、晶界腐蚀和干烧工况，屏再材料采用SA213-TP347H材料。

（2）改造后水冷屏有5片，3片利用原来的，2片新增，在原再热屏位置新增2片，宽度2880（36×80=2880），高度与原水冷屏一致。

（3）改造后过热屏8片，利用原8片过热屏，外侧增加3根管子，宽度变为2100（30×70=2100），高度方向拉长5.1米，与水冷屏位置差不多。

（4）改造后再热屏4片，由原来的6片变更为4片，管子φ60×5，材料为SA213-TP347H，宽度为2555（35×73=2555），高度与水冷屏位置差不多。

2 锅炉排烟温度异常故障分析

2.1 故障现象

大修后锅炉试验前期，实际测试和锅炉DCS均显示，锅炉尾部排烟温度在各工况下均比大修前高10℃以上。超115MW以上负荷时，排烟温度即已超过170℃，导致不能继续往上带负荷（除尘器电布改造后，对排烟温度有严格限制）。

2.1 燃烧工况调整

为解决大修后排烟温度高的缺陷，首先在性能试验燃烧工况的配置上做了系统的尝试：

（1）变氧量：氧量降低亦即总风量减少时，排烟温度趋于降低，但风量太低时飞灰含碳量、CO浓度急剧增加;

（2）变一、二次风量配比：一次风率降低时，排烟温度降低明显，但主蒸汽压力亦急剧下降;

（3）改变上、下二次风配比：排烟温度变化不大。

从燃烧调整的途径来降低排烟温度，取得了一些成效：在环境温度较低时，负荷能带到120MW并运行数小时。但环境温度一旦升高，排烟温度很快就超170℃了，锅炉不得不降负荷运行。因此，单纯依靠燃烧调整的手段，不能从根本上解决大修后锅炉排烟温度高的缺陷。

2.2 影响排烟温度的各种因素排查

在初步燃烧调整的基础上，对影响锅炉排烟温度高的以下各种因素，进行了逐一分析与排查。

（1）入炉煤质。大修前后入炉煤的挥发分、灰分、低位热值及煤中水分等均没有发生显著变化，此因素可排除。

（2）给水温度。大修前后相同工况下给水温度相同，此因素也可排除。

（3）空气预热器入口风温。环境温度升高，则排烟温度将随之升高。实际锅炉DCS显示，尾部烟道从高温过热器、低温过热器往下的各级换热面前后的烟气温度均发生明显变化。分析认为，空气预热器入口风温的改变不可能影响如此大的范围，此因素不是大修后锅炉排烟温度普遍提高的主要因素。

（4）一次风量的大小。燃烧初步调整表明，单纯通过对一、二次风量的调节，不可能从根本上改变排烟温度高的缺陷。

（5）旋风分离器的分离效果：比较大修前后分离器前后的烟温、压力等，未见明显异常。大修后分离器的运行是正常的。

（6）空预器漏风率降低：大修后空预器漏风率有所降低，排烟温度趋于上升。但空预器漏风率略有降低，经计算影响排氧温度约1.5℃。尾部烟道从高温过热器、低温过热器往下的各级换热面在大修后发生如此大范围的烟气温度变化不可能为漏风率下降所致，此因素也不是大修后锅炉排烟温度普遍提高的决定性因素。

（7）尾部烟道内受热面积灰。对此因素分析认为，尾部烟道积灰是有可能的。对此因素影响的程度及发生的原因要做深入分析。

对大修前后性能试验对应工况下烟气侧的DCS数据进行了整理（见附件2，尾部受热面布置见附图1）。由附件2知，在相同电负荷下，高温过热器进出口烟温降，大修后比大修前普遍要低15℃～25℃左右。屏式过热器（II级过热器）增加受热面后，高过进口烟温降低及进口气温升高，高过传热温差降低，高过换热量自然会有所降低。因此，高温过热器进出口烟温降大修后比大修前会有所降低是可以理解的，但影响程度有待进一步确定。

但是，在相同电负荷下，低温过热器进出口烟温降，大修后也比大修前普遍要低20℃左右。低过烟温降也降低较大，这从炉膛受热面改造的角度就解释不通了：高过进口烟温和烟温降较大修前降低较大，则低过进汽烟温略有降低或维持不变合情合理（实际上大修后有些工况下低过进口烟温比大修前还略高），如果低过受热面传热系数与大修前持平的话，则低过进出口烟温降不应该比大修前低20℃之多！

排除炉膛受热面改造的影响，可以认为，大修后排烟温度普遍提高的主要原因是尾部受热面，尤其是低温过热器，传热效果明显恶化。而之所以如此，一个最大的可能就是尾部受热面大修后积灰严重。由于积灰严重导致传热效果日益恶化，排烟温度日益提高，负荷日益带不上去。此种现象在大修后启动初期表现非常明显：#6炉8月25日晚点火，26日带上负荷，8月29日曾在135MW负荷运行达半小时，但9月5日勉强能够带120MW，9月8日最多带115MW时排烟温度不超限，9月12日带110MW时稍调整不善排烟温度就超。可见，尾部受热面积灰是一天比一天严重，导致尾部烟道受热面的传热效果日益恶化。

苏州热工院技术人员在对比分析大修前后锅炉DCS数据的基础上，又做了数个灰平衡试验。表1为大修前后试验过程中进行的灰平衡试验对比：大修前飞灰份额平均为30%，大修后飞灰份额则明显提高。而飞灰份额过高，将会导致尾部受热面容易积灰，如吹灰器工作不正常，排烟温度将会急剧提高，影响锅炉带负荷（除尘器改为布袋改造后，尾部排烟温度必须小于180℃）。同时飞灰增多，锅炉受热面的磨损也会增加，受热面管子的运行寿命将会受到影响。

对于大修后飞灰份额提高导致尾部烟道烟气中飞灰急剧增加的原因，苏州热工院技术人员在大修后#6锅炉全面的性能试验及燃烧调整试验的基础上，作出如下分析：

（1）由于大修改造的主要目的是通过增加炉内受热面来降低床温，从而降低锅炉NOX和SO2的原始排放浓度，并提高炉内脱硫效率。修后床温平均降低30～40℃左右。而床温的降低对燃烧的改善是不利的，修后灰渣含碳量普遍比修前提高，飞灰份额也趋向于增加。

（2）飛灰份额提高的更主要的原因：修后一、二次风量比率不当，导致飞灰份额大幅度提高。一次风主要用于满足流化。如果一次流化风过大，则燃料颗粒在炉膛内特别是在温度较高的炉膛密相区内的停留的时间变短，循环流化床炉膛内的物料内循环也被严重破坏，加之大修改造后床温普遍比大修前要低，这样很多颗粒还没有燃烧充分就被吹离炉膛或掉入炉渣中了。

苏州热工院技术人员建议在目前低负荷运行时，一次流化风尽量降低，由二次风来满足充分燃烧。同时从长远看，应考虑对二次风机进行增容改造，以保证在各种工况下一二次风的配置均能得到优化。

【参考文献】

[1]赵晓东，张乐群.循环流化床锅炉一次风机“抢风”问题的分析[J].华电技术，2009，31（12）：55-59.