300MW燃煤鍋爐受熱面積灰監(jiān)測(cè)與吹灰優(yōu)化

趙亞仙

（晉中學(xué)院機(jī)械學(xué)院，山西晉中030619）

（編輯 申嫣平）

0 引言

在燃煤電廠的運(yùn)行過(guò)程中，受熱面不可避免會(huì)出現(xiàn)積灰結(jié)渣現(xiàn)象，增加傳熱熱阻和煙道的通風(fēng)阻力，降低傳熱效率和增加煤耗.針對(duì)受熱面積灰結(jié)渣現(xiàn)象對(duì)電廠鍋爐的不利影響，吹灰是一個(gè)有效的解決辦法，而不合理的吹灰模式不僅會(huì)降低鍋爐效率，而且會(huì)對(duì)受熱面造成損壞，縮短使用壽命.故電廠鍋爐進(jìn)行受熱面的積灰結(jié)渣監(jiān)測(cè)并作出吹灰優(yōu)化是非常必要的.

在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，燃煤電廠受熱面積灰結(jié)渣監(jiān)測(cè)與吹灰優(yōu)化已經(jīng)進(jìn)行了較長(zhǎng)一段時(shí)間研究，并在示范工程中取得良好的經(jīng)濟(jì)效果[1~2]，而國(guó)內(nèi)的研究相對(duì)較晚，不過(guò)迄今為止在電站受熱面吹灰領(lǐng)域也進(jìn)行了大量研究，并取得一定成果，一些系統(tǒng)已投入使用[3~7].

本文以四川廣安發(fā)電廠（現(xiàn)四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司）300 MW燃煤機(jī)組為研究對(duì)象，對(duì)鍋爐不同受熱面進(jìn)行積灰監(jiān)測(cè)，參與監(jiān)測(cè)的受熱面包括屏式過(guò)熱器、高溫再熱器、高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器，并提出了優(yōu)化的吹灰模式.

1 300MW燃煤鍋爐概況

廣安發(fā)電廠#31爐型號(hào)為DG1025/18.2-Ⅱ6，為亞臨界、單汽包、一次中間再熱、自然循環(huán)、固態(tài)排渣煤粉爐，爐內(nèi)主要受熱面包括：爐膛、分隔屏、后屏過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、壁式再熱器、屏式再熱器、高溫再熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器，各受熱面在爐內(nèi)的布置如圖1所示.鍋爐設(shè)計(jì)燃料為貧煤.

2 受熱面積灰結(jié)渣計(jì)算模型

2.1 對(duì)流受熱面積灰結(jié)渣計(jì)算模型

按對(duì)流受熱面建立積灰結(jié)渣計(jì)算模型的受熱面有屏式過(guò)熱器、高溫再熱器、高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器和省煤器.

利用熱平衡計(jì)算原理，在已知受熱面出口煙溫，工質(zhì)側(cè)進(jìn)、出口參數(shù)的基礎(chǔ)上，分別由工質(zhì)側(cè)和煙氣側(cè)的熱平衡方程式（1）、（2），計(jì)算該受熱面的進(jìn)口煙溫.

式中，h′，受熱面進(jìn)口蒸汽焓，kJ/kg；h″，受熱面出口的蒸汽焓，kJ/kg；H′，受熱面進(jìn)口煙氣焓，kJ/kg；H″，受熱面出口煙氣焓，kJ/kg；Δhjw，減溫水焓，kJ/kg；Bj，計(jì)算燃料消耗量，kJ/h；φ，保熱系數(shù)；α，漏風(fēng)系數(shù)；H0lk為理論冷空氣焓，kJ/kg.

圖1 鍋爐受熱面布置示意圖

式中，Ksj，實(shí)際傳熱系數(shù)

再根據(jù)傳熱方程（3），計(jì)算該工況下該受熱面的實(shí)際傳熱系數(shù)Ksj：傳熱溫差，℃；A，計(jì)算對(duì)流受熱面積，m2.

系統(tǒng)根據(jù)熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到受熱面理想傳熱系數(shù)Klx，根據(jù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到受熱面實(shí)際傳熱系數(shù)Ksj，定義受熱面的污染因子CF為：

CF越大則表示受熱面積灰越嚴(yán)重.

2.2 空氣預(yù)熱器積灰結(jié)渣計(jì)算模型

空氣預(yù)熱器積灰結(jié)渣計(jì)算模型采用煙氣壓差法建立.

空預(yù)器積灰程度可用積灰程度指標(biāo)ηsj表示，ηsj計(jì)算公式[8]為：

式中，C，常數(shù)；ΔP，進(jìn)出口煙氣壓差，Pa；Vy，煙氣容積，m3；Gy，煙氣質(zhì)量，kg；T，煙氣溫度，℃.定義空預(yù)器的污染因子CF為：

式中，ηsj為實(shí)際計(jì)算值，ηlx為理想情況下數(shù)值.

當(dāng)污染因子CF＝0時(shí)，受熱面處于理想的潔凈狀態(tài)，CF大于0則說(shuō)明受熱面處于污染狀態(tài)，且越大表明積灰越嚴(yán)重.

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

圖2~7為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在廣安發(fā)電廠31號(hào)機(jī)組上對(duì)各受熱面的積灰結(jié)渣監(jiān)測(cè)結(jié)果，在吹灰前后4小時(shí)機(jī)組負(fù)荷基本穩(wěn)定.

由圖2~7可看出，除屏式過(guò)熱器外的其他受熱面能不同程度地顯示出吹灰對(duì)污染因子的變化趨勢(shì)，表明所建立的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能準(zhǔn)確反應(yīng)出受熱面積灰結(jié)渣狀況的變化.由圖2可知，吹灰使省煤器污染因子顯著下降，且在吹灰結(jié)束后上升速度緩慢，故應(yīng)降低對(duì)省煤器的吹灰頻率.由圖3可知，吹灰使低溫過(guò)熱器的污染因子顯著下降，但吹灰結(jié)束后迅速上升，說(shuō)明低過(guò)污染較快，故需要提高對(duì)低過(guò)的吹灰頻率.由圖4可知，吹灰后高再的污染因子有一定程度下降，并且維持時(shí)間較長(zhǎng)，可知高再受熱面比較清潔，可降低對(duì)高再的吹灰頻率.由圖5可知，吹灰使高過(guò)的污染因子有顯著下降，但吹灰結(jié)束后很快上升，可見(jiàn)高過(guò)受熱面受污染比較迅速，故可提高對(duì)高過(guò)的吹灰頻率.由圖6可知，吹灰后屏過(guò)的污染因子無(wú)明顯變化，可知屏過(guò)污染較輕，可降低吹灰頻率.由圖7可知，吹灰使空預(yù)器的污染因子有所下降，且在吹灰結(jié)束后一段時(shí)間內(nèi)增長(zhǎng)速度緩慢，可知空預(yù)器受熱面在吹灰后可在一段時(shí)間內(nèi)保持清潔，故可降低吹灰頻率.

圖2 吹灰前后省煤器污染因子變化

圖3 吹灰前后低溫過(guò)熱器污染因子變化

圖4 吹灰前后高溫再熱器污染因子變化

圖5 吹灰前后高溫過(guò)熱器污染因子變化

圖6 吹灰前后屏式過(guò)熱器污染因子變化

圖7 吹灰前后空氣預(yù)熱器污染因子變化

按照上述結(jié)果對(duì)鍋爐受熱面進(jìn)行吹灰優(yōu)化，與優(yōu)化前的定時(shí)吹灰相比，優(yōu)化后的按需吹灰使空氣預(yù)熱器出口日平均排煙溫度降低2.98℃；排煙溫度的降低表明吹灰模式的優(yōu)化可以使鍋爐效率相應(yīng)得到提高.

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)廣安電廠31號(hào)機(jī)組各受熱面進(jìn)行積灰結(jié)渣監(jiān)測(cè)，可得出下面結(jié)論：（1）所建立的積灰結(jié)渣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能準(zhǔn)確地反應(yīng)出受熱面的積灰結(jié)渣狀況；（2）吹灰后，低溫過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器的污染因子顯著下降，并且短時(shí)間內(nèi)又迅速升高，污染較快，需要提高吹灰頻率；（3）吹灰后，省煤器、高溫再熱器、屏式過(guò)熱器和空氣預(yù)熱器的污染因子都有一定程度下降，并且維持時(shí)間較長(zhǎng)，受熱面比較清潔，可減少吹灰頻率；（4）采用優(yōu)化吹灰模式，鍋爐出口平均排煙溫度降低2.98℃，鍋爐效率相應(yīng)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］閻維平，梁秀俊，周健，等.300MW燃煤電廠鍋爐積灰結(jié)渣計(jì)算機(jī)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與優(yōu)化吹灰［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2000（9）：84～88.

［4］朱予東，閻維平，高正陽(yáng)，等.600MW機(jī)組鍋爐對(duì)流受熱面污染狀況實(shí)驗(yàn)與吹灰優(yōu)化［J］.中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2005（2）：196～200.

［5］姚婧.超超臨界鍋爐受熱面狀態(tài)吹灰研究［D］.長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2013.

［6］梁占偉.490t/h循環(huán)流化床鍋爐積灰監(jiān)測(cè)與吹灰優(yōu)化［D］.保定：華北電力大學(xué)，2011.

［7］李洪濤，董瑞信，冷成崗，等.1000MW超超臨界機(jī)組鍋爐優(yōu)化吹灰試驗(yàn)研究［J］.電力建設(shè)，2011（3）：102～107.

［8］范從振.鍋爐原理［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1985.

［9］高倩，劉乃江，劉寅，等.煤粉鍋爐爆管故障診斷案例分析［J］.節(jié)能，2014（9）：70～74.

［10］藍(lán)立偉.超音速吹灰氣固兩相流及磨損模擬研究［D］.杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2011.