干货丨提高锅炉效率的运行途径

锅炉机组经济运行的内容包括两大部分：提高锅炉运行效率和锅炉辅机节能。提高锅炉运行效率以降低q2、q4损失为重点，近年来，随着锅炉低氮燃烧系统的投入，有时烟气中CO浓度所形成的q3损失也难以忽略。锅炉辅机节能以降低制粉单耗为重点，主要途径是降低磨煤单耗em和通风单耗etf。在降低制粉单耗的同时，应权衡对锅炉效率的影响。锅炉辅机节能的其他内容是送风机、一次风机、引风机的耗电率节省。症状锅炉的排烟损失q2一般为4.5%~6.5%，是各损失中影响锅炉效率最大的一项。q2损失取决于排烟温度和排烟过量空气系数。排烟温度每升高10oC，q2损失增加0.5~0.7个百分点，机组发电煤耗升高1.5~1.8g?kwh。排烟过量空气系数每增大0.1，q2损失增加0.4~0.5个百分点，机组发电煤耗升高1.3~1.6g?kwh。(一)影响排烟温度的运行因素排烟温度的高低是锅炉全部传热过程进行的是否彻底的最终体现。运行中影响锅炉排烟温度的因素包括炉膛送风（氧量）、空气预热器的风工况、炉膛及制粉系统漏风、炉内火焰中心高度、受热面沾污程度、省煤器水工况、煤质变化、环境温度等。1.炉膛送风（氧量）随着炉膛送风（氧量）的增加，沿烟气流向的烟气量、烟气总热容均按比例变大，沿途各受热面的出口尤其空气预热器进口的烟气温度升高。对于空气预热器，由于进口烟温、空气量、烟气量同时增加，故排烟温度和热风温度一般会升高。若变化前制粉系统冷风门已经开启，那么氧量增加后由于热一次风温的升高，烟温会升高更多一些。个别电厂在锅炉增加氧量运行后，尽管空气预热器进口烟温升高，但出口烟温反而略有降低，这主要与空气预热器的漏风状态有关。空气预热器密封结构存在缺陷，大的烟、风流量引起空气预热器风侧/烟侧差压增大，导致漏风率增加而使出口烟温降低。2.空气预热器的风工况空气预热器是离锅炉出口（排烟点）最近的一级受热面，因而其工作情况对锅炉排烟温度影响远远超过锅炉的其他受热面。在排烟温度偏高的原因分析和降低措施中，第一个要关注的就是空气预热器的传热工况。空气预热器的风工况是指流过空气预热器的有组织风量大小及其漏风状况。在相同的有组织风量下，空气预热器的漏风也会独立影响排烟温度。在锅炉总的送风量不变情况下，有组织风量的减少使空气预热器的传热系数和传热温差同时降低，引起预热器的实际传热量下降、出口烟温升高。一般空气预热器的有组织风量每减少5%（相对于其进风量），排烟温度升高6~80C。运行中以下因素会改变空气预热器的有组织风量：(1)炉膛、制粉系统漏风；(2)制粉系统掺冷风；(3)制粉系统投停。随着空气预热器漏风率的增加，排烟温度降低。冷端漏风使排烟温度降低最多，但不影响锅炉效率；热端漏风使排烟温度降低较少，却会引起q2损失增加。这个影响的局部定量见式（8-19）。无论冷端漏风还是热端漏风，引风机、一次风机、二次风机耗电率均按入口风量成比例增加。3.空气预热器进风温度空气预热器进风温度主要取决于环境温度。是除锅炉负荷外影响排烟温度最经常的因素之一。在暖风器停用时，空气预热器进风温度等于环境温度加3~50C的风机温升，当排烟温度升高是由单纯的环境温度引起时，锅炉效率不仅不降低，反而略有升高[见式（8-6）]。暖风器投运时，空气预热器进风温度即为暖风器出口风温。暖风器出口风温每升高100C，排烟温度升高6.5~70C，锅炉效率降低0.35~0.45个百分点。但由于蒸汽在暖风器的放热增加了锅炉的输入热量，扩大了回热抽汽比例，所以排烟温度对经济性的影响得到部分补偿。其引起的煤耗增量Δb’s比按常规计算[见式（8-1）]得到的煤耗增量Δbs要小得多，折扣系数λ=Δb’s/Δbs按图（8-3）查取，λ的计算值一般在0.5左右。4.空气预热器进口烟温空气预热器进口烟温对排烟温度的影响按式（8-33）计算。一般空气预热器进口烟温每升高100C，排烟温度升高3~40C.在所有烟风参数中，空气预热器的进口烟温是一个重要的诊断接节点。当该温度等于或低于设计值时，说明引起排烟温度高的原因在于空气预热器本身，而与其前面受热面沾污情况无关。如果该温度高于设计值，那么还需要对空气预热器之前各受热面的沾污、吹灰、传热状态等进行剖析。5.受热面沾污程度锅炉受热面的积灰无例外使该部件的传热系数降低、出口烟温升高。各受热面的沾污状况对最终的排烟温度的影响，与其距离炉膛出口的位置有关。总的规律是：受热面离炉膛出口越远，影响越厉害。例如，炉膛结焦使炉膛出口温度升高，影响排烟温度很小（除非同时影响到减温水量），而空气预热器的积灰，则影响排烟温度可达十几度甚至更多。某1000MW锅炉排烟温度与洁净因子[沾灰程度，定义见式（8-45）]和受热面部位的关系如图8-10所示。由图8-10可见，空气预热器沾灰对排烟温度的影响最大，省煤器、低温过热器次之，炉膛和高温过热器几乎没有影响。当空气预热器、省煤器、低温过热器的洁净因子从1.0降低到0.6时，排烟温度分别升高了24、10、2.20C；炉膛、高温过热器洁净因子大范围变化对排烟温度的影响为1~20C，屏式过热器、高温再热器对排烟温度的影响小于30C。对上述规律的解释是，在沾污发生时，远离锅炉出口的受热面，其传热量的减少使后面受热面的烟气温度升高，因而增加了他们的传热量，最终使排烟温度升高不多。6.省煤器的水工况省煤器的传热量大小直接影响空气预热器的进口烟温，因而使排烟温度变化。当省煤器进口温度降低（如高压加热器切除时）或给水流量增加时（如过热器、再热器见减温喷水减少时），省煤器的出口水温降低、传热温差和传热量增大，排烟温度下降。应该指出，空气预热器进口烟温降低本身对排烟温度影响不是太大，通常是同时使热风温度降低，制粉系统掺冷风工况得到改善，综合影响使排烟温度有比较大的变化。例如，某亚临界锅炉曾观察到一运行现象：如果在高负荷段采用较高主蒸汽压力运行，与滑压运行相比，可以使烟温降低4~50C。其原因即在于省煤器的水工况不同。该机组当时存在主汽温、再热汽温均偏高，有大量的减温水投入的情况。而提高主蒸汽压力则可降低过热汽温，因而使减温水量减下来。这样一来，由于省煤器水量的增加而使锅炉的排烟温度降低。7.火焰中心高度炉膛火焰中心升高时，沿烟气流向各受热面进、出口烟气温度升高，排烟温度升高。单纯的火焰中心升高对排烟温度的影响有限，一般炉膛出口温度每升高500C，排烟温度仅升高1~20C。这是因为沿着烟气流向，上级受热面进口烟气温度的升高使它本身的烟气温度降变大，因此下级受热面进口烟气温度的升高值将小于上级受热面。这一规律表现最突出的是空气预热器。在其烟、风通道介质流量不变时，进口烟气温度每升高100C，出口烟气温度的升高值只有3~40C。但若锅炉运行存在减温水量较大或磨煤机掺冷风的情况，则火焰中心对排烟温度的影响会更大一些。原因是随着炉膛出口烟温，减温水量增大，省煤器水量减少，叠加影响使空气预热器进口烟温升高、热一次风温升高、排烟温度升高。8.煤质变化煤中水分或灰分增加及低位热值降低均使排烟温度上升。这是因为上述变化使烟气量和烟气比热容增加，两者乘积为烟气的总热容量，它的增加使烟气在对流区中温降减小，排烟温度升高。但当制粉系统存在掺冷风情况时，煤中水分和低位热值的增加则可减小磨煤机的冷风掺入量，使排烟温度降低。煤质因素在运行中无法控制，但在分析排烟温度高的原因时应区分出煤质变化的影响。