锅炉排烟温度高的影响因素及处理措施

邹绍波，王仁利

(山东百年电力发展股份有限公司，山东 龙口 265700)

1 机组概况

山东百年电力发展股份有限公司(以下简称百年电力公司)#5锅炉是武汉锅炉厂生产的WGZ 670/13.7-6型超高压、一次中间再热、自然循环、Π型布置的煤粉锅炉，配套200 MW汽轮发电机组，2000年增容改造为220 MW汽轮发电机组。锅炉采用四角布置切圆燃烧方式，配置MPS型中速磨煤机直吹式制粉系统，冷一次风送粉。空气预热器为管式，一次、二次风分仓，为预防空气预热器低温腐蚀，空气预热器入口装有暖风器。为保证受热面清洁，在炉膛上部、水平烟道设计有蒸汽吹灰装置。锅炉原设计燃用煤种为褐煤，设计用煤主要为龙口褐煤。近年来随着煤炭市场价格和煤源情况的变化，该公司的燃煤成本居高不下，为有效降低运营成本，追求企业效益最大化，百年电力公司开始尝试在#5锅炉大比例掺烧劣质煤。由于劣质煤与设计煤种差别很大，给锅炉燃烧调整带来很大困难，存在锅炉严重结焦、受热面超温、低负荷时落大焦块等问题，锅炉排烟温度偏高问题尤其突出，锅炉运行经济性下降。

图1为2011年下半年该公司锅炉排烟温度统计结果(取平均负荷180 MW时数据)，锅炉设计排烟温度为150.00 ℃，公司的计划值(优秀值)为145.00 ℃，实际排烟温度平均值为154.68 ℃。据核算，排烟温度每升高10 ℃ ，煤耗将升高2.1 g/(kW·h)，因此，掺烧劣质煤种后影响机组煤耗1.0 g/(kW·h)左右，对机组运行的经济性影响较大。

图1 #5锅炉排烟温度曲线

2 影响锅炉排烟温度的因素

2.1 磨煤机出口温度的影响

磨煤机出口温度对排烟温度的影响主要体现在磨煤机冷却风的使用量上。众所周知，锅炉漏风对排烟温度的影响很大，漏风点越靠前影响越大。发电企业一般都十分重视锅炉漏风的治理，运行操作上也要求严闭各孔门以减少漏风，却往往会忽视磨煤机冷却风这个最大的漏风点。

基于磨煤机运行安全以及锅炉燃烧调整的要求，磨煤机的出口温度应控制在一定的范围之内，如百年电力公司原锅炉运行规程规定#5锅炉MPS型磨煤机出口温度控制在65～75 ℃。现场运行数据显示，在该温度范围内磨煤机冷却风的用量较大，约占磨煤机总风量的40％。运行中磨煤机出口温度越低，就越容易引起燃烧推迟，导致炉膛出口温度升高；而使用冷风量越多，进入空气预热器的风量就越少，排烟温度也相应升高，所以磨煤机出口温度是影响锅炉排烟温度的一个非常重要的因素。

根据试验数据，磨煤机出口温度每下降1.0 ℃，排烟温度约升高0.8 ℃。

2.2 煤粉细度的影响

煤粉细度对着火速度的影响很大，当煤粉细度过粗时燃烧会存在一定程度的延迟，导致炉膛出口温度高，所以也是影响锅炉排烟温度的因素之一。

煤粉细度的确定需要综合考虑煤粉燃烧情况和制粉系统耗电率，锅炉运行规程规定：燃烧设计煤种时，要求煤粉细度R90≤35％。#5锅炉由于入炉煤质多变，锅炉实际燃煤多为烟煤、褐煤各占一半的混煤。经连续跟踪测量煤粉细度发现，各磨煤机煤粉细度R90平均值为38％左右，当燃烧设计煤种时由于煤的挥发分高，着火速度和燃尽情况都比较好，而实际燃煤为烟煤、褐煤的混煤，其中烟煤的煤粉细度较粗，会有一定的燃烧延迟现象，引起炉膛出口温度升高。

当煤粉较粗时，水冷壁受热面污染问题一般比较突出，换热效率下降，也会导致炉膛出口温度升高。为提高煤种的适应性并降低磨煤机耗电率，将该公司#5锅炉中速磨煤机静态分离器改造为动态分离器，根据煤种变化随时调整分离器转速，从而达到动态调整煤粉细度的目的。改造后运行初期由于缺少经验，一般控制分离器转速为600～700 r/min，煤粉取样化验结果显示煤粉细度R90在38％左右，在入炉煤中褐煤占比较大的情况下，燃烧效果尚可，虽然飞灰可燃物质量分数由0.30％升至0.60％左右，但磨煤机耗电率有所下降(下降0.03％左右)。随着#5锅炉劣质煤掺烧比例的增加，由于煤粉较粗，水冷壁结焦问题越来越突出，高温过热器、再热器管壁经常出现超温现象，锅炉排烟温度居高不下。

理论上煤粉越细，着火速度越快，有利于提高燃烧经济性。但煤粉过细，一方面会增加制粉系统的耗电率，另一方面由于褐煤挥发分高，制粉系统爆炸的危险性较大。

2.3 暖风器出口风温的影响

百年电力公司#5锅炉空气预热器为管式设计，优点是漏风率比较低，但为防止空气预热器堵灰，需要保持较高的入口风温，因此在风机出口和空气预热器入口之间设置暖风器。锅炉热力计算书显示：当暖风器出口温度为30 ℃时，锅炉热效率为90.35％；当暖风器出口温度为65 ℃时，锅炉热效率为89.28％。由此可见，暖风器出口风温对锅炉效率影响非常大，提高空气预热器风温后传热温差减小，影响空气预热器的换热效果，最终表现为排烟温度升高，且影响幅度较大。

暖风器出口风温的控制要考虑对空气预热器运行安全的影响，由于机组服役时间较长，空气预热器冷端受热面存在较严重的漏风现象，历史上#5锅炉出现过多次空气预热器堵灰现象。为防止堵灰，根据运行经验，一般控制预热器冷端综合温度不低于168 ℃。现场运行数据显示：暖风器出口风温多控制在65 ℃以上，冷端综合温度一般在190 ℃以上，高负荷时高于200 ℃，存在较大的调整空间。

3 运行调整措施

3.1 减少冷却风使用量，提高磨煤机出口温度

#5锅炉额定负荷下设计一次风温为347 ℃，入炉煤的燃点为368 ℃，可见在掺烧劣质煤时应少用或不用冷风，以防磨煤机爆燃。当入炉煤全部为褐煤时，由于磨煤机发生爆燃的危险性较大，应相应调低磨煤机入口温度。实践证明，磨煤机入口温度低于320 ℃即可保证磨煤机运行安全，极端情况(如掺烧挥发分极高的印尼褐煤)下，入口温度还要更低一些，一般要求低于290 ℃。

在长期的掺烧实践中，百年电力公司积累了丰富的经验，制订了比较完善的掺烧措施。实际运行中磨煤机出口温度调整投入自动，规程规定磨煤机出口温度按照接近但不大于85 ℃的原则进行调整，调整时尽量减少冷却风的使用量。由于磨煤机实际出力不同时对冷却风的需求不同，为了达到尽量少使用冷却风的目的，需要根据冷却风的使用情况分配磨煤机出力。

磨煤机出口温度从73～78 ℃提升到80～85 ℃后，锅炉排烟温度明显降低，冷却风在一次风总风量中占比小于10％。

不同煤种的磨煤机出、入口温度控制值见表1。

表1 不同煤种的磨煤机出、入口温度控制值 ℃

3.2 合理调整煤粉细度

在煤粉细度的选择上，一方面需要保持煤粉相对较细以提高燃烧效果，预防水冷壁严重结焦；另一方面又要避免煤粉过细，以防磨煤机耗电率升高、磨煤机爆燃危险性增加。百年电力公司的做法是根据不同煤种确定动态分离器的转速，同时根据制粉系统位置(每台制粉系统对应1层一次风喷嘴)，按照从低到高的方式逐渐提高动态分离器转速，自下而上由粗到细逐渐调整煤粉细度。下层制粉系统由于燃烧时间较长，保持煤粉粗些，上层制粉系统保持煤粉较细以提高燃尽效果(见表2)。表3为动态分离器转速与煤粉细度的试验结果，由表3可以看出：动态分离器转速为900 r/min时煤粉细度R90约为30％，转速为600 r/min时R90约为40％。

表2 不同煤种对应的动态分离器转速 r/min

通过调整煤粉细度并优化水冷壁吹灰方式，解决了#5锅炉大比例掺烧劣质煤时水冷壁严重结焦的问题，炉膛出口温度也随之降到正常范围。

表3 动态分离器转速与煤粉细度的对应关系

3.3 降低暖风器出口风温

从前面的分析可知，暖风器出口风温对锅炉排烟温度的影响也非常大，在保证安全的前提下应合理降低暖风器风温。改变运行人员的调整习惯，不再一成不变地要求保持暖风器出口风温大于65 ℃，而是要求在40～60 ℃的范围内动态调整：高负荷时烟温保持下限40 ℃，低负荷时烟温保持上限60 ℃；尽可能维持空气预热器冷端综合温度接近规定的下限168 ℃，对降低排烟温度、提高锅炉效率也有较明显的效果。

4 调整效果

在找准影响锅炉排烟温度的关键因素后，2012年下半年，百年电力公司对磨煤机出口温度、动态分离器转速以及暖风器出口温度做出了针对性调整，调整后的排烟温度曲线如图2所示(取180 MW负荷时温度)。由图2可以看出：#5锅炉排烟温度有效下降，月平均值由154.68 ℃降至143.68 ℃，下降幅度达11 ℃，低于公司设定的目标值，调整取得了明显的效果。

图2 调整后的排烟温度曲线

5 结束语

锅炉的运行调整对燃煤发电企业的经济效益影响非常大，一方面为降低燃煤成本实现降本增效燃用低质低价煤，另一方面又要克服燃煤品质严重偏离设计煤种时所带来的多重难题，需要发电企业及时准确地把握关键要素并做出针对性调整，以保证锅炉运行的安全性和经济性，在市场竞争中争取主动。