华电章丘发电有限公司#2锅炉
主汽、再热汽温偏低问题的解决措施

张立群   万庆海
华电章丘发电有限公司  山东省章丘市 250216

摘要：随着社会经济的发展，电力负荷形势随着发生显著变化，针对华电章丘发电有限公司#2锅炉主汽、再热汽温偏低问题进行分析研究，采用了水冷壁绝热喷涂技术提高#2锅炉主汽、再热汽温，此举不但使#2锅炉主汽、再热汽温达到设计温度，提高了机组的经济性，而且增强了锅炉低负荷工况稳燃与节油，减少了汽轮机末级叶片的水蚀程度，同时有效阻止了高温腐蚀的发生。为机组的安全运行及运行调整提供有力保证。
关键词：燃煤锅炉 　锅炉主汽、再热汽温   绝热喷涂 　调峰

1.前言
华电章丘发电有限公司#1、#2锅炉为上海锅炉厂生产的SG—435/13.7—M760超高压自然循环炉，系中间再热机组，中间储仓式热风送粉四角喷射切圆燃烧系统的固态排渣煤粉炉，锅炉设计煤种为当地贫煤，配135MW汽轮发电机组，设计为带基本负荷，并有一定调峰能力。两台机组分别于2002年9月27日和12月31日移交试生产，自投运以来#1、#2炉一直存在主汽和再热蒸汽参数偏低等问题；研究分析发现该炉型设计对燃烧贫煤时炉内受热面布置不太合理。不但造成主汽和再热蒸汽参数偏低，而且炉膛燃烧温度偏低，导致低负荷稳燃能力较差，达不到电网要求的稳燃负荷。然而随着国民经济的迅速发展，用电峰谷差会越来越大，不仅迫切需要机组调峰，而且竞价上网压力越来越大，使得燃煤锅炉偏离设计负荷下的经济性和低负荷不投油稳燃问题日益突出，就火电厂的实际情况调查分析得出：锅炉主汽、再热汽温除了与煤质、人员调整有关外，关键在于锅炉自身的结构布置，不但直接决定锅炉燃烧得好坏，而且决定着机组的安全性和经济性。我们对章丘发电有限公司#2炉的受热面整体结构布置进行了研究，提出并实施了水冷壁绝热喷涂措施，最终不但使#2锅炉主汽、再热汽温达到设计温度，提高了机组的经济性，而且增强了锅炉低负荷工况稳燃能力，减少了汽轮机末级叶片的水蚀程度，同时有效阻止了高温腐蚀的发生。使机组的经济性和安全性有了很大程度的提高。

2.系统介绍
2.1锅炉概况
锅炉型号 ：SG—435/13.7—M760
锅炉名称：435t/h超高压自然循环锅炉
主要设计参数：
项目 单位 BMCR ECR 70%BMCR
过热蒸汽出口流量 t/h 435 392 304.5
过热蒸汽出口温度 ℃ 540 540 540
过热蒸汽出口压力 MPa（g） 13.7 13.6 13.4
再热蒸汽出口流量 t/h 357 323 253.6
再热蒸汽进口温度 ℃ 315 307 292
再热蒸汽出口温度 ℃ 540 540 540
再热蒸汽进口压力 MPa（g） 2.59 2.34 1.82
再热蒸汽出口压力 MPa（g） 2.46 2.22 1.72
给水温度 ℃ 244 240 224
省煤器进口压力 MPa（g） 15.7 15.6 15.55
预热器进口风温 ℃ 20 20 20
热风温度 ℃ 352 341 315
排烟温度 ℃ 135.6 129.4 117.2
炉膛容积热负荷 MJ/m3•h 504 457 366
炉膛断面热负荷 MJ/m2•h 15383 13957 11168
设计效率 % 91 91.2 91.4

制造厂家：上海锅炉厂有限公司
2.2主要受热面情况：
2.2.1水冷壁

名称 单位 内容
形式  膜式
外径×壁厚 mm φ60×6
间距 mm 80.5
管子数 根 460
面积 M2 1582.7
2.2.2过热器
名称 单位 顶棚 尾、侧包复 前屏 后屏 对过
外径×壁厚 mm φ42×5 φ51×5.5 φ38×5
φ38×4.5 φ38×5 φ38×5
材质  20G 20G 12Cr1MoVG
102钢 12Cr1MoVG
102钢 12Cr1MoVG
102钢
片数 片   6 14 104
间距 mm   1350 630 90
布置方式    U型 W型 顺流顺列
面积 M2 220 225.9 288 526 1526

2.2.3再热器
名称 单位 低再 高再
外径×壁厚 mm φ42×3.5 φ42×4
材质  20G  15CrMoG  12Cr1MoVG SA213-T91 12Cr1MoVG
排数 排 104 104
节距 mm 90 90
布置方式  逆流顺列 顺流顺列
面积 M2 5500 1364

2.2.4燃烧器
燃烧器为正四角布置,#2、#4角形成切向燃烧假想大切圆φ800mm,#1、#3形成假想小切圆φ200mm。除最上层二次风喷嘴用手轮摆动，最下层二次风喷嘴及下一次风喷嘴不摆动，另外的喷嘴上、下可摆动±15°。四角同一层喷嘴的摆动角应一致。二次风门调节由电动执行机构执行。
2.2.5炉膛
深为8.84米； 宽为9.60米； 宽深比1.086； 炉膛周界长度36.88米。
2.3 燃烧器形式及布置
锅炉燃烧器为正四角布置,#2、#4角形成切向燃烧假想大切圆φ800mm,#1、#3形成假想小切圆φ200mm。除最上层二次风喷嘴用手轮摆动，其它二次风喷嘴及下一次风喷嘴不摆动，另外的喷嘴上、下可摆动±15度。四角同一层喷嘴的摆动角一致。二次风门调节由电动执行机构执行。水平浓淡燃烧器。
喷燃器设计参数:

 风率 风温 风量 喷口面积 风速 阻力
 % ℃ m3/h m2 m/s Pa
一次风 19 160--200 122709 1.44 23.7—25.9 1500
二次风 60.62 340 508955 3.27 43.2 1200
三次风 16.38 90 100547 0.54 51.7 2000
  
    燃 烧 器 布 置 图
 
3.机组存在问题及分析
3.1锅炉主汽温度和再热汽温偏低，在额定负荷下约低15-20℃，低负荷时甚至达到30℃，不仅严重影响机组经济性，而且影响到安全运行。
3.2锅炉炉膛出口烟温低，达不到设计参数，导致主汽温度、再热汽温、热风温度和排烟温度都低于设计。 3.3飞灰大渣含碳量高，飞灰在5%左右，大渣在12-15%。
分析其原因，主要是因为上海锅炉厂生产的SG—435/13.7—M760超高压自然循环炉设计时，贫瘦煤炉型设计中较少。为了燃煤的燃尽，炉膛的高度提高了3米，使水冷壁受热面增加较多，增大了约110m2左右，而使过热器和再热器吸热面积原本满足要求的设计面积变得相对变小，导致热量分配不太合理。因考虑消除结焦而未设计卫燃带，从而使水冷壁吸热量大幅增加，炉膛火焰中心区温度偏低，燃烧不充分，水冷壁吸热量较大，使炉膛内温度偏低，从而炉膛出口烟温也较设计值偏低，炉膛出口烟温的偏低，使过热器和再热器收热量减少，所以锅炉主汽和再热蒸汽温度低，额定负荷时在520-525℃左右。
炉膛出口烟温的偏低，导致进入空预器的烟温也偏低，使热风温度在280-290℃左右，低于设计60℃以上，从而使燃烧器喷出的煤粉着火距离远，易产生波动，遇有较劣质燃煤时，容易发生灭火，导致低负荷稳燃能力较差。
    上述两个原因，也使得锅炉热效率有所降低，飞灰大渣含碳量高，飞灰在4-5%左右，大渣在12-15%。

4.采用的稳燃和提高主汽、再热蒸汽参数的措施
2004年以来，我公司在运行方面采取了降低煤粉细度，安装风粉在线监测系统，降低一次风量和风速，将燃烧器摆角向上调至＋15°，提高锅炉燃烧的火焰中心，减少水冷壁的吸热量，提高炉膛出口烟温，从而提高汽温；和优化吹灰方式等措施，以期达到安全经济运行的目的。但仅仅是解决了机组稳燃问题，并不能改变锅炉本身设计结构不合理所造成的主汽温度、再热汽温、热风温度和排烟温度都低于设计和飞灰大渣含碳量高的问题。
我公司从提高级组安全经济运行的角度出发，为了进一步内部挖潜，节能降耗，从根本上解决锅炉本身设计结构不合理所造成的主汽温度、再热汽温、热风温度和排烟温度都低于设计和飞灰大渣含碳量高的问题。经过充分科研论证，科学合理的计算和设计，决定对#2锅炉进行改造，适当减少水冷壁的吸热量，合理分配锅炉个受热面的吸热量，从而提高主汽温度、再热汽温、热风温度和排烟温度和降低飞灰大渣含碳量，达到经济安全运行的目的。
通过论证，我公司未采取简单的敷设绝热卫燃带的方式，而是采取了在#2锅炉燃烧器上部分层喷涂200 m2绝热涂料的方式进行调整受热面的吸热量。原因如下，绝热卫燃带绝热效果好，几乎不存在热传导，卫燃带表面温度高，极易结焦挂焦，造成大焦坠落灭火和砸伤底部水冷壁，甚至还会伤及打焦的运行人员。喷涂的绝热涂料还有一定的导热性，绝热效果稍差，但表面温度低于焦渣融化凝聚温度，极少结焦挂焦，不存在造成大焦坠落灭火和砸伤底部水冷壁问题，同时所做的面积比卫燃带大，采用分3层布置，有利于提高整个炉膛温度，降低飞灰大渣含碳量。
2006年3月，我公司#2机组B级检修期间，完成上述工作，共进行清理、喷涂基料、喷涂两层绝热涂料和盖面喷胶等工序，历经15天，喷涂位置，在燃烧器上部标高15.5m处开始沿炉膛四周向上涂1250mm涂料，中间隔开550mm（目的是为了防止结焦），再沿炉膛四周向上涂1250mm涂料，中间隔开550mm，再沿炉膛四周向上涂1250mm涂料，中间隔开550mm，再向上喷涂800mm。涂料层厚度为1mm，要求涂料隔热性能好、牢固，保证一个大修期不脱漏。

5.效果
在采取了上述措施后，华电章丘发电有限公司#2锅炉燃烧趋于稳定，锅炉主汽温度、再热汽温度均有提高，飞灰、大渣含炭量有所下降，排烟温度有所上升，经过对比计算，锅炉效率校改造前有所提高.
5.1 ＃2机组改造前后对比
额定负荷（135MW）下喷涂隔热涂料前屏过出口烟温为806.5℃，改造后锅炉屏过出口烟温为870.4℃，提高63.9℃，过热蒸汽出口温度532℃（有减温水投入），较改前的514℃提高18℃，再热蒸汽出口温度达到538℃较改前的533℃提高5℃，主再热汽温均达到或接近设计值540℃。这样机组运行的安全性和经济性均得到明显的改善。
在100MW负荷的情况下，改造前锅炉屏过出口烟温为695℃，改后温度提高到749℃，提高了54℃，过热蒸汽出口温度530℃（有减温水投入），比改造前的514℃高16℃，再热蒸汽出口温度532℃较改造前的508℃高出24℃。
5.3 锅炉燃烧效率明显提高
    改造后＃2锅炉的燃烧工况得到明显的改善，热风温度明显提高，较改前提高≥10℃，使锅炉的燃烧效率提高了0.352％，在135MW负荷燃料相同的情况下，＃1、＃2炉飞灰炉渣含碳量见下表。
135MW负荷飞灰、炉渣含碳量及燃烧效率（2006年4月5日）
项目 单位 ＃1锅炉 ＃2锅炉
空预器处飞灰含碳量 ％ 2.87 2.41
炉渣含碳量 ％ 15.77 12.01
锅炉机械不完全燃烧热损失q4 ％ 1.689 1.337
5.4 排烟温度有所提高
    由于炉膛出口烟温的增加，排烟温度有所提高但并不明显，额定负荷下提高了4℃，使得锅炉热效率有所降低，经计算提高4℃的烟温使得q2增加0.222％。
    针对我厂的锅炉机组排烟温度的提高有其积极的一面，可以改善尾部受热面的换热效果提高热风温度，还可以减轻尾部受热面的低温腐蚀，有利于机组安全运行，同时减小暖风器的投入面积，使机组的抽汽量减小，进一步降低了煤耗。
5.5 锅炉热效率提高
    此项目的实施，不但提高了主再热汽温，同时锅炉热效率提高0.5%，减小了燃煤量，燃烧工况的改善使q4减小了0.352％，由于排烟温度的提高使q 2增加了0.222％，这样经隔热涂料的喷涂使锅炉的热效率提高约0.63％，经测试改造后锅炉的热效率为91.44％。

6、结论：
    经各种负荷的试验、同时对比改前及＃1机组的运行情况综合分析，改造后主蒸汽温度提高≥10℃，再热蒸汽温度提高≥5℃，基本可达到或接近设计值，没有超温现象的发生。
    炉膛出口烟温提高、热风温度提高，锅炉燃烧效率提高。排烟温度提高，尾部传热特性得到改善，防止低温腐蚀的发生。综合分析锅炉效率略有提高。
对于135MW机组，试验数据表明主汽温度每提高10℃降低煤耗1.0－1.2 g/kWh，再热汽温每提高10℃降低煤耗0.9－1.1g/kWh，改进后主蒸汽温度提高≥10℃，再蒸汽温度提高≥5℃，保守计算可降低煤耗1.5 g/kWh，年发电量按6.75亿KWH计算，年节约标准煤（按500元/t）量达1012.5t，这样忽略锅炉效率提高及停暖风器所节省的燃煤，年可节约资金50万元以上。
潜在效益更为显著，再热汽温度的提高保证汽轮机末级叶片处的蒸汽正常湿度，保证汽轮机工作的安全性，提高设备的使用寿命，同时锅炉尾部受热面的换热特性得到改善，避免低温腐蚀的发生。