锅炉排烟温度高的分析及运行中采取的措施.docx

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锅炉排烟温度高的分析及运行中采取的措施

论文题目：

锅炉排烟温度高的分析及运行中采取的措施

学科（专业）：

热能动力工程

申请人：

指导教师：

摘　要

电厂锅炉排烟温度偏高是影响锅炉经济运行的一大难题。

由于煤质的变化、燃烧组织不合理、炉膛和制粉系统的漏（掺）冷风、受热面积灰（包括炉膛结焦）、受热面结构设计考虑不足以及给水温度、冷空气温度、炉膛出口过量空气系数、空预器漏风率等的变化，使不少锅炉排烟温度长期超过设计值水平。

排烟温度的严重超温导致锅炉运行效率降低，影响预热器、电除尘设备的安全经济运行，影响各低温受热面的正常工作，进而危及到锅炉汽机以及发电机组的安全经济的运行降低排烟温度对于节能降耗、提高锅炉的安全经济和稳定性有很重要的现实意义。

本文针对锅炉存在的排烟温度偏高的问题，通过理论分析后认为造成锅炉排烟温度偏高的主要原因是漏（掺）入炉膛和制粉系统的冷风量大大超过原设计值，并对此情况提出了改进措施。

目前，我国许多电站锅炉排烟温度高于设计值，一般比设计值高出20℃～50℃。

如果对每一个锅炉进行原因分析后提出具体不同的解决方案并进行改造，将会产生明显的社会效益与经济效益。

关键词：

锅炉；排烟温度；分析；研究

论文类型：

研究报告

Title:

Intheboilerdischargingfumetemperaturehighanalysisandthemovementadoptsmeasure

Speciality:

Heatenergypowerengineering

Applicant:

GaoLei

Supervisor:

Prof.SunPeng

ABSTRACT

Thepowerplantboilerdischargingfumetemperatureishighisaffectstheboilereconomymovementabigdifficultproblem.Becausetheanthraxchange,thecombustionorganizationareunreasonable,thechamberandthemillingsystemleak（mix）thecoldwind,theheatingareaash（includingchambercoking）,theheatingsurfaceconstructiondesignconsiderationinsufficiencyaswellasforthewatertemperature,thecoldairtemperature,thechamberexportexcessaircoefficient,spatialpre-leakingoutrateandsoonchange,causesmanyboilerdischargingfumetemperaturetobeintheultradesignvaluelevelmovementforalongtime.

Thedischargingfumetemperature'sseriousexcesstemperaturecausestheboileroperationefficiencytoreduce,affectsthepre-heater,theelectricitydedustingequipment'ssecurityeconomymovement,affectsvariouslowtemperaturesheatingsurfacethenormalwork,thenendangerstotheboilersteamengineaswellaspowerset'ssecurityeconomymovementreducesthedischargingfumetemperaturetofallregardingtheenergyconservationconsumes,enhancesboiler'ssecurityeconomyandthestabilitytheveryvitalpracticalsignificance.

Thisarticledischargesfumethetemperaturehighquestioninviewoftheboilerexistence,aftertheoreticalanalysisthoughtthatcreatestheboilerdischargingfumetemperaturehighprimarycauseisleaks（mixes）entersthechamberandthemillingsystem'scoldwindquantitysurpassestheoriginaldesignvaluegreatly,andproposedthecorrectivemeasuretothissituation.

Atpresent,ourcountrymanyutilityboilerdischargingfumetemperatureishigherthanthedesignvalue,generallyishigherthancomparedtothedesignvalue20℃~50℃.Ifcarriesonthereasonanalysisaftereachboilerproposedthatspecificallythedifferentsolutionandmakesthetransformation,willhavetheobvioussocialefficiencyandtheeconomicefficiency.

KEYWORDS:

Boiler;Dischargingfumetemperature;Analysis;Research

声明

第1章绪论

一.1降低锅炉排烟温度的目的和意义

电厂锅炉排烟温度偏高是目前锅炉经济运行中困扰人们的一大难题。

为减轻低温腐蚀，一般排烟温度设计在130-150℃，但燃用高硫煤的锅炉排烟温度高达200℃。

由于煤质的变化、燃烧组织不合理、炉膛和制粉系统的漏风、受热面污染等诸多因素使不少锅炉排烟温度长期超过设计值水平。

锅炉排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，一般约为5％—12％，占锅炉热损失的60％---70％。

影响排烟热损失的主要因素是排烟温度，排烟温度每增加10℃，排烟热损失增加0.6％—1.0％，相应锅炉多耗煤1.2％-2.4％。

若以燃用热值为20000kJ／kg煤的410t／h高压锅炉为例，则每年多消耗近万吨动力用煤。

我国许多电站锅炉的排烟温度高于设计值，约比设计值高20—50℃。

所以，降低排烟温度对于节约燃料、降低污染具有重要的实际意义。

电力生产要在确保安全的前提下以经济效益为中心，燃料费用约占火力发电厂发电成本的70％。

因此，如何提高锅炉燃烧的经济性及锅炉热效率，必然成为降耗增益的重点。

根据目前锅炉的运行现状，在节能降耗方面，大有潜力可挖。

对于早期设计的国产锅炉普遍存在排烟温度偏高的问题，为提高锅炉机组经济性，适应电力发展的需要，提高竞价上网的竞争力，必须对老锅炉机组进行降低锅炉排烟温度的技术改造，以提高锅炉效率。

近年来，许多电厂结合大修，提高了部分过热器、再热器管材质，超温现象得以解决，主汽及再热蒸汽参数有所提高，但由于运行调整不当以及由于过热器、再热器的堵管使得主蒸汽、特别是再热蒸汽偏低及两侧汽温偏差较大，主蒸汽温度比设计值低5—7℃，再热汽温低10℃的情况较经常出现，使煤耗上升。

降低锅炉排烟温度加强锅炉燃烧调整，改造吹灰器并加强运行维护管理，使吹灰器能正常发挥作用。

对空气预热器应及时查漏、堵漏，必要时结合检修进行更换，降低漏风系数，通过操作调整和系统改进降低排烟温度。

为此，需根据锅炉运行状况，对锅炉机组进行各种节能技术改造，不断提高锅炉机组的安全、稳定经济运行水平，达到降低煤耗的目的。

近年来，许多电厂己开展降低锅炉排烟温度的试验研究工作。

一方面，对于正在运行的锅炉，通过进行燃烧调整试验，优化锅炉燃烧工况，在降低锅炉排烟温度的同时，提高锅炉效率，即提高锅炉运行经济性；另一方面，通过进行锅炉诊断试验，获取准确可靠的锅炉运行技术数据，并在取得试验数据基础上进行锅炉热力计算，从而为进行改造方案的计算论证打下基础，从而提出改造费用较省、实施方便且又不影响锅炉整体安全性的技术改造方案。

由于早期设计的国产锅炉普遍存在这种排烟温度偏高问题，着手进行降低锅炉排烟温度的试验研究工作，提出降低锅炉排烟温度的相应技术改造方案，对于提高锅炉运行经济性具有重大意义。

所采用的试验研究方法和提出的降低锅炉排烟温度的技改措施等研究成果，可以直接运用到同类型、同运行条件的锅炉上，对于解决其它锅炉存在的排烟温度偏高问题，也有借鉴参考价值。

一.2降低排烟温度的技术思路与方法

目前，降低锅炉排烟温度经常采用的方法有：

利用增加锅炉吹灰器来提高受热面的传热效率、采用强化传热技术改善空气预热器工作条件（如管内螺纹线圈强化传热技术）、采用热管技术在尾部烟道安装低压省煤器、采用强化传热省煤器以及采用减少炉膛及制粉系统掺冷风等方法。

采用吹灰器提高受热面传热效率是降低排烟温度的一项有效措施。

由于炉内燃烧过程是一个极其复杂的物理化学过程，锅炉受热面投入运行后就开始有灰污累积，受热面外部污染和结渣是影响锅炉安全经济运行的重要因素之一。

某电厂420t／h燃煤锅炉排烟温度高且经常发生事故，后来运行中坚持采用吹灰器，锅炉各段烟温都有所下降，锅炉排烟温度下降了5—10℃，提高锅炉效率0.33—1.0％。

同时，投用吹灰器后提高了受热面的换热效率，改善了燃烧工况，有效地克服了煤种与设计值不符而带来的一系列问题。

采用强化传热技术改善空气预热器工作条件。

管内螺旋线圈强化传热技术是近些年针对气一气热交换而开发的新技术。

螺旋线圈插入空预器管内，改善了烟气在管内的流动结构，能使管内烟气的扰动加强，消除流体近壁面处动量不足的层流底层的热动力阻滞效应。

达到改善烟气侧换热条件、从而降低排烟温度的效果。

采用管内螺旋线圈强化传热技术，烟气侧的换热系数能较普通光管提高150％左右，使金属壁温上升，对防止空预器的低温腐蚀起到了积极的作用；同时由于管内螺旋线圈造成气流切向旋转，飞灰颗粒的离心力形成“自清灰”功能，这对减少空预器低温段积灰、堵灰具有重要作用。

采用热管技术回收锅炉废热是近些年来正在逐步推广的一项新技术。

将热管布置在尾部烟道可以回收烟气中部分热量，减小热损失。

通常有前置式空预器和低温空预器两种布置方式，前者在工程中比较多见。

辽宁某电厂自制前置式热管空气预热器在HG670／140—YMl4型煤粉炉上应用的主要经验。

经实际运行考验和试验结果表明，锅炉效率提高1．8％，排烟温度降低15℃，漏风明显减少，没有发现堵灰和低温露点腐蚀现象经济效益显著。

计算比较中发现：

（1）安装热管空预器后烟气温度在热管空预器进口处迅速升高，其程度取决于热管空预器的换热面积：

（2）热管空预器进、出口烟温差设计值高于实际烟温降低值：

（3）热管空预器进、出口烟温差，也取决于安装热管空预器的投资。

安装热管空预器后，回收的热量又进入锅炉，使锅炉受热面的换热分布重新分配，并使多处烟气温度都有所改变。

因此，不能把热管空预器当作独立的换热器来设计，而应对尾部烟道作整体考虑。

在尾部烟道安装低压省煤器，能很好地回收排烟热量。

利用汽轮机回热系统低压加热器水侧的冷凝水来冷却烟气，其换热条件类似于省煤器，但水侧的压力却远低于省煤器的压力，故称其为低压省煤器。

低压省煤器的安装使得汽轮机回热系统得到一份外来热量，节省了一部分抽汽，提高了全厂的热效率。

安装低压省煤器，能量回收到汽轮机回热系统中，对锅炉运行没有影响，也不会提高锅炉效率。

经对670t／h锅炉及回热系统计算表明：

烟气温度下降10℃时，相应的煤耗下降值为0.838-.902g／kwh。

这个结果是根据排烟温度172℃计算的，故与安装热管空预器方案进行比较时，亦选择排烟温度接近的肋片式省煤器为参比对象，该装置中煤耗下降值为0.64g／kwh。

锅炉排烟温度偏高往往是由多种因素造成的，因此如何选择恰当的解决方案是需要慎重考虑的。

采用不同的方法回收废热，其节能效果亦不同。

（1）吹灰是降低排烟温度最简捷、有效的方法。

（2）螺旋线圈技术适用于管式空预器。

螺旋线圈插入空预器管内能提高烟气侧放热系数，使管壁温度升高。

但是，实施中必须保证其阻力降在锅炉运行所允许的范围内。

对于排烟温度偏高的锅炉机组，在不增加机组引风机电耗的条件下，设计合理的线圈结构，可降低排烟温度12—20℃。

该技术投资少，不需要变动基础设备，1—2年可收回投资。

（3）热管空预器、低压省煤器适用于大型锅炉。

热管空预器、低压省煤器因设备投资大，一般只有大型锅炉才采用这一方案。

热管空预器回收的热量全部带入炉内，使锅炉受热面的传热分布改变，这对锅炉运行是很不利的。

尤其是小型锅炉会出现运行技术性能指标逐步变差的现象。

这表明，热管空预器回收的热量有很大部分是没有用的。

（4）采用低压省煤器回收烟气废热的方式，在热力学上讲是最合理的。

当排烟温度较高时，安装低压省煤器效果非常明显：

当排烟温度较低时，效果则不明显。

据优化分析，各种类型锅炉安装低压省煤器均有其最低排烟温度的要求。

例如670t／h锅炉，其最低排烟温度必须大于142℃，才能取得满意的经济效益。

热管空预器与低压省煤器回收废热的方法不同，在进行经济性指标计算时亦有所不同。

但用煤耗率进行比较还是可以看出这两种技术方案的差别：

采用低压省煤器的煤耗率下降值比热管空预器要大一些。

通过对多种降低排烟热损失的技术方案分析认为：

常用的也是应优先采用的是吹灰器。

吹灰器能正常投用的要坚持投用，不能正常投用的应及时改造或考虑采用新型吹灰器。

因为，吹灰手段是最直接有效地降低排烟温度的措施。

若是由于因尾部烟道低温腐蚀、积灰、堵灰而引起的排烟温度上升，可采用螺旋线圈强化传热技术，该技术对中、小型锅炉的改造效果是非常明显的。

当锅炉排烟温度较高时可以采用热管空预器或低压省煤器降低排烟热损失。

另外，对于省煤器欠焓较大时，可以考虑采用强化传热省煤器代替原光管省煤器的改造方案，来达到降低锅炉排烟温度的目的。

第2章影响锅炉排烟温度偏高的因素

在理论分析与参考别人的经验的基础上，对排烟温度升高的原因进行了分类，造成排烟温度升高原因主要有漏风、掺冷风量多、受热面积灰、空预器入口空气温度高及受热面布置原因等，下面就这几方面原因作详细的分析讨论，见表1-1。

表2—1影响锅炉排烟温度偏高的因素

影响因素

锅

炉

排

烟

温

度

偏

高

1）漏风

炉膛系统漏风

制粉系统漏风

烟道漏风

2）掺冷风量增多

再循环风未投用

一次风率偏高

磨煤机出力下降

部分磨煤机停用

3）受热面结渣

4）锅炉结构因素

5）受热面积灰

6）受热面布置原因

7）煤种

8）给水温度

9）冷空气温度

10）空预器利用系数

11）炉膛出口讨量申气系数

影响排烟温度偏高的各因素之间既单独作用，又互相联系，下面对引起排烟温度升高的各因素进行分析。

2.1漏风

漏风是指炉膛漏风、制粉系统漏风及烟道漏风，是排烟温度升高的主要原因之一，是与运行管理、检修以及设备结构有关的问题。

炉膛漏风主要指炉顶密封、看火孔、人孔门及炉底密封水槽处漏风；制粉系统漏风指备用磨煤机风门、挡板处漏风；烟道漏风指氧量计前尾部烟道漏风。

炉膛出口过量空气系数。

可表示为：

（2-1）

式中

——――――送风系数

――――－炉膛漏风系数

－―――――制粉系统漏风系数

――――――烟道漏风系数

由上式知道，

保持不变，当漏风系数

高时，则送风系数

下降，即通过空气预热器的送风量下降，排烟温度升高。

这使得送风量下降、空气预热器的传热系数K下降。

此外，送风量下降也使得热空气时温度升高、空气预热器的传热温压

下降。

而K下降和

下降使空气预热器的吸热量降低，最终排烟温度升高。

计算表明，漏入（掺入）炉膛与制粉系统冷风总系数与排烟温度近似成线性关系，漏（掺）入冷风总系数增加0.01，排烟温度升高1.33℃。

该因素是导致排烟温度升高的主要原因，应作为改进的主要方向。

烟道漏风使排烟温度升高的原因在于：

空气预热器以前的烟道漏风将使烟温下降、传热温压降低，使受热面的吸热量下降，最终使排烟温度升高。

2.1.1炉膛漏风

炉膛漏风尤以炉底漏风量最大，当炉底水封失去或炉膛掉落大焦砸破炉底时，将使大量冷风从炉底漏人，严重影响锅炉的经济性和安全运行。

炉膛漏风的另一个常见地方是看火孔和人孔门，如果看火孔没有关严，在吹灰的时候容易被吹开，导致冷风漏入。

炉膛漏风使炉膛温度降低，锅炉为保持一定的出力必然要增加燃料量，从而使排烟容积增大，排烟温度升高。

实践证明，炉膛漏风系数每增加0.1，排烟温度随之增加3～8，排烟热损失增加0.2％～0.4％。

2.1.2制粉系统漏风

众所周知，以减少制粉系统漏入的冷风，在总用风量不变的情况下，预热器的通风量大，排烟温度较低。

在同一个煤种考虑和不考虑制粉系统实际运行工况，排烟温度相差很大，对设计煤种前者比后者高6.2℃，对实用煤种前者比后者高17.4℃（一次风率均为0.34），因此，制粉系统用风对锅炉的实际运行工况影响很大，如果在锅炉设计时不考虑制粉系统的实际用风情况，要想在实际运行过程中将排烟温度控制在设计值是不可能的。

目前锅炉厂在锅炉设计计算时往往不考虑制粉系统的实际用风情况，只按锅炉热力计算标准对用热风干燥的中间储仓制粉系统，取制粉系统漏风系数为0.1。

对热风送粉的锅炉，要控制该值问题不大，但乏气送煤的锅炉，因为要考虑一次风率，磨煤机干燥出力，磨煤机通风出力，三者的协调风煤比例的控制，理论上应该是固定值，所以制粉系统进入的冷风不是任意选取的。

在保证一次风率的条件下，要通过调节热风和冷风的比例来满足干燥出力的要求。

煤的水分较大时，需要较多的热风和较少的冷风，而煤的水分较少时，则需要较少的热风和较多的冷风。

表1-2是设计煤种和实用煤种考虑和不考虑制粉系统实际进入冷风时的计算结果。

可以看出制粉系统配入冷风的变化不仅影响排烟温度，还影响热风温度。

表2—2设计煤种和实用煤种考虑制粉实际用风的不同情况

表中：

″―――一、二级预热器通风量占理论空气量的份额；

―――制粉系统漏风系数；

―――热风温度℃；

―――排烟温度℃。

制粉系统的漏风直接进入炉膛，减少了预热器中的空气流通量，相应地减少了预热器中空气侧的吸热量，导致锅护排烟温度的升高。

图2-1制粉系统的漏风对锅炉排烟温度的影响

制粉系统的漏风对锅炉排烟温度的影响，最终必然要反映在空气预热器的进、出口热力参数上，为了便于从理论上分析问题，推导出烟气、空气热容量与烟气、空气进出口温度之间的关系，通过计算得到如下公式（忽略外部冷却损失）：

公式中

、

一―空气、烟气平均热容量kJ／kg；

`、

----空预器进出口烟温，℃；

、

----空预器进出口风温，℃；

----空气预热器热端温差，℃。

得到锅炉排烟温度的关系式：

（2-2）

随着

下降，

随之下降，

随之上升，由于进风温度

远比热风温度

要低，因此随着

的下降排烟温度上升很快。

对于已经投入运行的锅炉，热风温度、冷风温度和热端温差的变化都不大，对于排烟温度影响最大的是空气热容量与烟气热容量之比值

的改变。

给水温度、锅炉机组、漏风情况、以及煤质的变化等因素都会影响比值Wk／Wy。

制粉系统的漏风导致流经空气预热器的空气流量减少，空预器中空气侧的吸热量降低，比值下降，引起锅炉排烟温度的上升。

为了定量分析，制粉系统的漏风系数分别取0.20，0.25和原设计值0.06时，进行了计算，画出制粉系统的漏风系数对排烟温度的影响曲线（见图1-1）从图中可以看出。

漏风系数从0.06分别上升至0.20和0.25时，由于空气预热器中空气流量的减少，导致空预器中空气侧的吸热量降低，比值

下降，从而造成排烟温度由147℃分别上升至162℃和171℃。

制粉系统漏风系数每上升0.01，排烟温约上升1.27℃。

要想控制排烟温度在经济排烟温度下运行，关键就是要找到送风量与排烟温度间的平衡关系，也就是要控制过量空气系数。

炉内过量空气系数

过大或过小，都会使锅炉效率降低（热损失总和增加）。

因为一般来说，排烟热损失随

增加而增加，而化学、机械不完全燃烧热损失却随

降低而降低。

除非

过大，使炉温降低较多及燃料在炉内停留时间缩短时例外。

对应于排烟热损失，机械、化学不完全燃烧热损失之和为最小的

值称为最佳过量空气系数。

这一数值能保证较高的锅炉效率。

如图所示：

2.1.3烟道漏风

烟道漏风使排烟温度升高的原因在于：

空气预热器以前的烟道漏风将使烟温下降、传热温压降低，使受热面的吸热量下降，最终使排烟温度升高。

在氧量不变的情况下。

烟道漏风排挤一、二次风量，使排烟温度升高；烟道漏风的另一危害在于漏人的冷风没参与燃烧，而氧量计安装在空预器烟气人口处，后烟道漏风使氧量显示值比实际值大，导致运行人员减少一次风量，有可能使实际运行中的燃烧风量不足，造成炉膛缺氧燃烧。

烟道各处漏风，都将使排烟处的过量空气系数增大，只能增加排烟热损失和引风机电耗，而不能改善燃烧。

漏风使排烟热损失增大的原因，不仅是由于它增大了排烟容积，同时漏风也使排烟温度升高。

这是因为漏入烟道的冷空气使漏风点处的烟气温度降低，从而使漏风点以后的所有受热面的传热量都减少，故而使排烟温度升高。

且漏风点越靠近炉膛，其影响越大。

前面已经说明，当负荷增加时，可适当减少过量空气系数的运行，而在低负荷时为控制在经济排烟温度运行可适当减小炉膛负压，减小漏风，在保持正常运行的前提下适当减小风量，减少排烟温度和排烟量。

锅炉热损失与过量空气系数的关系如下图所示。

图2-3锅炉热损失与过量空气系数的关系

为了便于说明问题，我们以670t／h锅炉为例进行定量计算得出，旁通风率每增加1％，排烟温度将升高1.3～1.6℃。

炉膛漏风、炉底漏风和制粉系统漏风可以通过系统设备检修来降低或消除。

大修、小修中安排对锅炉本体及制粉系统的检漏和堵漏工作，注意炉底水封和炉顶的密封。

在正常运行时，随时关闭各个入孔门、检查孔等。

经验表明，对于运行10年以上的锅炉，这一措施可降低排烟温度约7～8℃。

另外，应特别注意制粉系统冷风门的严密性。

对制粉系统掺人冷风则需进一步分析和综合处理。

掺人冷风是指制粉系统或一次风中掺人冷风，掺冷风使旁通风率增加，使空气预热器的吸热量降低，最后导致排烟温度升高。

在省内燃用烟煤的锅炉，这种情况比较严重。

掺人冷风量增多的原因主要有预热器的出口风温较高、一次风率偏高、磨煤机的再循环风量小、磨煤机出力不足或部分磨煤机停运等具体原因造成的。

2.2掺冷风量多

掺冷风是指因锅炉设计问题，造成预热器出口热风温度偏高，而要保证锅炉燃烧参数，必须在制粉系统或一次风中掺冷风。

以前，锅炉厂在锅炉设计计算时往往不考虑制粉系统的实际用风情