排煙溫度偏高原因分析
一、概述
2017年07月19日接到設計處通知,錦聯電廠#1、#2機組鍋爐存在排煙溫度高、熱一次風溫低、再熱器噴水量大的問題,要求出具方案併到電廠與用戶交流。用戶提出造成排煙溫度高的原因是空氣預熱器換熱面積不足、空氣預熱器漏風過大。我們向用戶解釋了減少省煤器後排煙溫度將上升到約177度的原因是爐底等位置漏風較大,造成無組織風過多。電廠的曹總雖然認爲漏風不可能造成排煙溫度上升到177度,但仍然在#1機組檢修時組織檢修人員對漏風點進行了排查及處理。2017年08月06日又派人前往電廠,從#1機組檢修後的運行情況看,在相同的負荷、環境溫度下排煙溫度較檢修前下降了約15度,這說明我們之前的判斷是完全正確的。
二、預熱器換熱情況
機組投運之初我們便關注預熱器的性能指標情況,以下是#1、#2機組不同時期的運行參數,爲了便爲分析預熱器的實際運行參數與設計值之間存在的差距,我們對實際運行的參數進行了修正,其中“僅修正入口煙風溫度”列指的是將預熱器入口煙溫、入口風溫修正到設計條件下,“全部修正”列指的是在修正入口煙風溫度的基礎上增加了對X比的修正。
1. 錦聯鋁材#1機組
2014年4月20日,全部修正後的排煙溫度比設計值144.4度高了1.7度;2016年1月17日,全部修正後的排煙溫度比設計值144.4度高了2.3度;2016年6月26日,全部修正後的排煙溫度比設計值144.4度低了0.5度;2017年8月11日,全部修正後的排煙溫度比設計值144.4度低了2.7度。
對比項目 | 單位 | 施工設計計算值 | 2014年4月20日200MW | 2016年1月17日205MW | ||||
實際運行值 | 僅修正入口煙風溫度 | 全部修正 | 實際運行值 | 僅修正入口煙風溫度(畫面) | 全部修正 | |||
入口一次風溫 | ℃ | 30 | 21.5 | 30 | 30 | 18.7 | 30 | 30 |
入口二次風溫 | ℃ | 23 | 8.5 | 23 | 23 | -10 | 23 | 23 |
入口煙溫 | ℃ | 410 | 354.5 | 410 | 410 | 316.8 | 410 | 410 |
出口一次風溫 | ℃ | 392.2 | 333.9 | 387.2 | 390.6 | 305.2 | 396.7 | 389.4 |
出口二次風溫 | ℃ | 380 | 324.4 | 377.8 | 377.2 | 298.7 | 390 | 375 |
混合風溫 | ℃ | 345 | 275 | / | / | 299 | / | / |
修正後排煙溫度 | ℃ | 144.4 | 122.8 | 147.8 | 146.1 | 124.6 | 173.9 | 146.7 |
煙氣側阻力 | Pa | 1181 | 1355 | 902 | 902 | 970 | 940 | 889 |
一次風側阻力 | Pa | 559 | 1685 | 914 | 533 | 1825 | 660 | 521 |
二次風側阻力 | Pa | 734 | 1230 | 470 | 699 | 260 | 457 | 686 |
空氣側效率 | 0.9327 | 0.9252 | 0.9279 | 0.9296 | 0.9518 | 0.9563 | 0.9219 | |
X比 | 0.7246 | 0.7204 | 0.7204 | 0.7246 | 0.6225 | 0.6225 | 0.7246 | |
漏風率 | % | 5.6 | 5.78 | 5.65 | 5.65 | 5.83 | 5.51 | 5.65 |
對比項目 | 單位 | 施工設計計算值 | 2016年6月26日206MW | 2017年8月11日200MW | ||||
實際運行值 | 僅修正入口煙風溫度 | 全部修正 | 實際運行值 | 僅修正入口煙風溫度(畫面) | 全部修正 | |||
入口一次風溫 | ℃ | 30 | 37.5 | 30 | 30 | 40.3 | 30 | 30 |
入口二次風溫 | ℃ | 23 | 25.3 | 23 | 23 | 26.6 | 23 | 23 |
入口煙溫 | ℃ | 410 | 329.8 | 410 | 410 | 341.5 | 410 | 410 |
出口一次風溫 | ℃ | 392.2 | 315.6 | 392.8 | 394.4 | 324.2 | 389.4 | 396.1 |
出口二次風溫 | ℃ | 380 | 312.3 | 388.9 | 380 | 319.1 | 383.9 | 383.3 |
混合風溫 | ℃ | 345 | 307.2 | / | / | 315 | / | / |
修正後排煙溫度 | ℃ | 144.4 | 138.3 | 162.8 | 143.9 | 129.9 | 145.6 | 141.7 |
煙氣側阻力 | Pa | 1181 | 1030 | 1054 | 1003 | 1030 | 1067 | 1054 |
一次風側阻力 | Pa | 559 | 1650 | 1244 | 572 | 1145 | 1409 | 596 |
二次風側阻力 | Pa | 734 | 520 | 305 | 749 | 895 | 368 | 787 |
空氣側效率 | 0.9327 | 0.9482 | 0.9516 | 0.9339 | 0.9374 | 0.9404 | 0.9419 | |
X比 | 0.7246 | 0.6591 | 0.6591 | 0.7246 | 0.7186 | 0.7186 | 0.7246 | |
漏風率 | % | 5.6 | 5.56 | 5.56 | 5.65 | 5.50 | 5.56 | 5.65 |
2. 錦聯鋁材#2機組
2016年1月17日,全部修正後的排煙溫度比設計值144.4度高了5度;2016年3月12日,全部修正後的排煙溫度比設計值144.4度高了2.8度;2016年6月26日,全部修正後的排煙溫度比設計值144.4度高了0.6度。
對比項目 | 單位 | 施工設計計算值 | 2016年1月17日210MW | 2016年3月12日204MW | ||||
實際運行值 | 僅修正入口煙風溫度 | 全部修正 | 實際運行值 | 僅修正入口煙風溫度(畫面) | 全部修正 | |||
入口一次風溫 | ℃ | 30 | 30 | 30 | 30 | 23.3 | 30 | 30 |
入口二次風溫 | ℃ | 23 | -18.7 | 23 | 23 | -3 | 23 | 23 |
入口煙溫 | ℃ | 410 | 319.8 | 410 | 410 | 335 | 410 | 410 |
出口一次風溫 | ℃ | 392.2 | 290.1 | 373.3 | 387.2 | 309.7 | 381.7 | 391.7 |
出口二次風溫 | ℃ | 380 | 291.9 | 374.4 | 371.1 | 313 | 385.6 | 373.9 |
混合風溫 | ℃ | 345 | 281.3 | / | / | / | / | / |
修正後排煙溫度 | ℃ | 144.4 | 125 | 158.9 | 149.4 | 143.6 | 177.8 | 147.2 |
煙氣側阻力 | Pa | 1181 | 985 | 851 | 838 | 1035 | 991 | 940 |
一次風側阻力 | Pa | 559 | 2385 | 2324 | 495 | 1740 | 2032 | 533 |
二次風側阻力 | Pa | 734 | 285 | 38 | 635 | 425 | 38 | 686 |
空氣側效率 | 0.9327 | 0.9014 | 0.9052 | 0.9121 | 0.9235 | 0.9278 | 0.9209 | |
X比 | 0.7246 | 0.7094 | 0.7094 | 0.7246 | 0.6362 | 0.6362 | 0.7246 | |
漏風率 | % | 5.6 | 5.88 | 5.6 | 5.65 | 5.74 | 5.56 | 5.69 |
對比項目 | 單位 | 施工設計計算值 | 2016年6月26日206MW | ||
實際運行值 | 僅修正入口煙風溫度 | 全部修正 | |||
入口一次風溫 | ℃ | 30 | 38.3 | 30 | 30 |
入口二次風溫 | ℃ | 23 | 27.1 | 23 | 23 |
入口煙溫 | ℃ | 410 | 329.4 | 410 | 410 |
出口一次風溫 | ℃ | 392.2 | 297.8 | 370.6 | 393.3 |
出口二次風溫 | ℃ | 380 | 306.3 | 379.4 | 377.8 |
混合風溫 | ℃ | 345 | 263.1 | ||
修正後排煙溫度 | ℃ | 144.4 | 138.5 | 160 | 145 |
煙氣側阻力 | Pa | 1181 | 930 | 1003 | 991 |
一次風側阻力 | Pa | 559 | 1330 | 2832 | 559 |
二次風側阻力 | Pa | 734 | 470 | 12.7 | 724 |
空氣側效率 | 0.9327 | 0.8931 | 0.8978 | 0.9299 | |
X比 | 0.7246 | 0.7122 | 0.7122 | 0.7246 | |
漏風率 | % | 5.6 | 5.6 | 5.65 | 5.65 |
三、鍋爐排煙溫度高的原因分析
對於迴轉式預熱器而言,正常工況下傳熱溫差20度便是極限,而空氣側效率達到93%便是極限,而目前#1機組空預器的傳熱溫差範圍爲14.2℃~20.6℃,#2機組預熱器的傳熱溫差範圍爲22℃~27.9℃(研究所近期對預熱器入口煙溫進行了測量,發現表計顯示值比實際值高約15℃,因此實際傳熱溫差小於此值),同時預熱器的空氣側效率均在93%左右,個別工況達到了94.8%。這些數據表明空氣預熱器的傳熱效率非常好,經過對環境溫度、預熱器入口煙溫、X比的修正,除#2機組2016年1月17日運行參數修正後的排煙溫度比設計值高5度外(未考慮實際入口煙溫比設計值偏低15度的影響),其它工況實際運行的排煙溫度與設計值的偏差都小於3℃,這說明預熱器已經達到了預期的換熱效果。兩臺機組投運初期的X比均接近設計值,而運行一段時間後,X比開始減小,這說明隨着機組運行時間變長,漏風越來越大,造成通過預熱器的有組織風量減少,最終導致夏季機組排煙溫度較高。造成排煙溫度偏高的主要原因是X比偏低及一、二次風配比失調。
1. X比對排煙溫度的影響
ASME PTC4.3 將中將通過空預器的的空氣熱容量與煙氣熱容量之比定義爲X 比,X 比越小,意味着通過空預器的空氣流量越小(或煙氣流量越大),空氣的吸熱量也越小,排煙溫度將會大幅升高。從上面的數據可以看出X比設計值爲0.7246,機組剛投運時X比與設計值接近,而到2016年時#1機組X比降低到了0.6225,#2機組X比降低到了0.6362。從運行畫面的表計上看,#1機組熱一、二次總風量從935噸下降到了716噸,#2機組熱一、二次總風量從920.92噸下降到了731.84噸。
導致X比變小的原因:
(1) 鍋爐本體、制粉系統和排渣系統等漏風較大。在燃燒需要的總風量一定的情況下,系統漏風量增大,通過空預器的風量就會越少。爐本體穿牆管、尾部煙道、門孔等都存在不易察覺的漏風。
通過預熱器的風量減小造成X比偏小,下圖爲風量減小對排煙溫度的影響曲線(以原設計工況爲基準)。
2. 環境溫度升高導致排煙溫度升高
由於環境溫度升高,而預熱器出口熱風溫度受到入口煙溫的溫壓限制上升較少,因此預熱器風側的溫度差減小,吸熱量減少,從而使排煙溫度升高。
3. 通過預熱器的一、二次風配比對排煙溫度的影響
即使通過預熱器的一、二次風總風量與設計相同,但是機組由於乾燥出力不足的原因加大了一次風量,致使一、二次風的配比偏離了設計值,由於一次風開口角度及換熱面積一定,這就使得一次風倉內的換熱面積不足,減弱了預熱器的換熱,同時二次風倉內因爲風量太少,風速很低,又進一步降低了換熱效果,這就使得排煙溫度升高。
爲了計算一、二次風配比失調對排煙溫度的影響,以2016年3月12日實際運行畫面上顯示的一、二次風阻力之比爲基準,通過調整程序輸入中的一、二次風量,使得程序輸出的一、二次風阻力之比與運行畫面相同,此時得出的排煙溫度與一、二次風按原設計配比得出的排煙溫度進行對比,如下表:
對比項目 | 單位 | 一、二次風配比按2016.03.12日204MW工況運行畫面 | 一、二次風配比按原設計 |
入口一次風溫 | ℃ | 23.3 | 23.3 |
入口二次風溫 | ℃ | -3 | -3 |
入口煙溫 | ℃ | 335 | 335 |
出口煙溫(漏風修正後) | ℃ | 134.4 | 130 |
一次風側阻力 | Pa | 1740 | 445 |
二次風側阻力 | Pa | 425 | 483 |
預熱器出口一次風流量 | T/H | 400 | 232 |
預熱器出口二次風流量 | T/H | 295 | 463 |
從計算結果看,此工況下一、二次風配比失調導致排煙溫度上升了4.4度,考慮到按溫度參數擬合出的一次風率更高,對排煙溫度的影響更大,此項原因導致排煙溫度升高約5度。
四、降低鍋爐排煙溫度採取的措施
1. 檢修期間加強鍋爐漏點的檢查和處理,重點是控制排渣系統的漏風。
2. 積極的進行燃燒調整和系統改造,儘量使一、二次風的配比和設計值相近。
3. 控制鍋爐實際燃用煤質,儘量與設計煤質相近,以保證設備的適應性。
五、#1機組2017年08月檢修後運行情況
根據我公司提出的建議,用戶在8月份的檢修中對#1機組的爐底除渣、人孔門等位置進行了漏風治理,機組於8月12日重新啓動並帶負荷至200MW。
1、#1機組2017年08月11日200MW運行畫面
2、 檢修前後數據總結
對比項目 | 單位 | 施工設計計算值 | 2016.06.26日206MW工況風煙畫面 | 2017.08.11日200MW工況運行畫面 | 2017.08.11日200MW工況運行畫面-修正入口煙風溫度到2016.06.26日 |
入口一次風溫 | ℃ | 30 | 37.5 | 40.3 | 37.5 |
入口二次風溫 | ℃ | 23 | 25.3 | 26.6 | 25.3 |
入口煙溫 | ℃ | 414 | 329.8 | 341.5 | 329.8 |
出口一次風溫 | ℃ | 390 | 315.6 | 324.2 | 312.8 |
出口二次風溫 | ℃ | 380 | 312.3 | 319.1 | 307.8 |
混合風溫 | ℃ | 345 | 307.2 | 315 | |
漏風修正後排煙溫度 | ℃ | 150 | 138.3 | 129.9 | 125 |
煙氣側阻力 | Pa | 1181 | 1030 | 1030 | / |
一次風側阻力 | Pa | 559 | 1650 | 1145 | / |
二次風側阻力 | Pa | 734 | 520 | 895 | / |
預熱器入口煙氣流量 | T/H | 1003.699 | / | / | / |
預熱器出口一次風流量 | T/H | 246.063 | 365.6 | 317.4 | 450 |
預熱器出口二次風流量 | T/H | 545.522 | 355.0 | 449.5 | 335 |
熱風總量 | T/H | 791.6 | 720.6 | 766.9 | 785 |
空氣側效率 | 0.93 | 0.9482 | 0.9374 | 0.9367 | |
X比 | 0.7246 | 0.6591 | 0.7186 | 0.7186 |
選取#1機組檢修前後負荷、環境溫度相近的兩個工況進行了對比,通過運行畫面顯示的數據可以看出,本次檢修對漏風的治理比較成功,流經預熱器的總風量增加,X比已經接近設計值,將檢修後的運行參數修正到2016年6月26日同樣的煙風溫度條件下,排煙溫度下降了13.3度,考慮到檢修前還有排煙溫度更高的工況,綜合考慮本次檢修後排煙溫度下降了約15度,效果明顯。
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