分析电站锅炉排烟温度降低的新技术

分析电站锅炉排烟温度降低的新技术

王校康  付浩

陕西陕化煤化工集团有限公司   陕西 华州  714100

【摘  要】电站锅炉的热损失中，排烟热损失是最大的一部分，其主要限制条件是排烟温度。因此，采用相关技术降低排烟温度，对于节能减耗有着重要意义。本文针对电站锅炉排烟温度高的现象给出了原因，并分析了降低排烟温度的新技术应用，以期为降低锅炉排烟温度和提高锅炉运行经济性提供有效的解决措施。

【关键词】电站锅炉；排烟温度；降低；省煤器；空气预热器

1引言

电站锅炉在运行时，燃料在炉膛中燃烧产生热能和烟气，后者通过空气预热器回收余热之后从烟道排出，如图1所示。上述过程中，烟气从烟道排出时的温度约为120℃~160℃，甚至更高，其所携带的热量由于未被充分利用而造成热量损失。我们通常将上述热量损失与输入热量的比值称为排烟热损失，其值大小约为5%~12%，占整个锅炉热损失的70%，是造成锅炉热效率偏低的重要因素。由此可见，排烟温度对于锅炉的效率有着决定性影响，据研究表明，排烟温度每升高10℃，相应地排烟热损失会增加1%左右，此外煤炭消耗量也随之增加[1]。如果长期存在排烟温度高的现象，势必会影响锅炉系统的运行效果，进而影响锅炉运行的安全性和经济性。因此，降低排烟温度对于节约成本和减少能耗的意义十分重大。

图1   锅炉工作原理图

2 锅炉排烟温度过高的原因

2.1水冷壁结渣或烟道积灰

在锅炉运行过程中，煤粉在炉内燃烧后会产生粘性灰沉积物并附着在水冷壁表面，久而久之便会积聚成渣。若结渣不及时清理，会在一定程度上影响水冷壁热阻，减少锅炉对热量的吸收，从而增大炉膛出口烟温。此外，受热面或烟道积灰也会影响省煤器吸热性能，积灰厚度每增加1mm，热量吸收将会降低15%左右，从而导致排烟温度升高。

2.2锅炉系统漏风系数过大

锅炉出现漏风即意味着冷风进入炉膛，当冷风与炉内热风混合时，会导致如下情况：一是炉内烟气温度降低，炉内吸热量下降；二是炉温降低，破坏煤粉燃烧稳定性；三是在锅炉总风量不变的前提下，冷风进入锅炉，加速烟气流动，烟气来不及传递热量就离开受热面。锅炉系统漏风满足如下关系式：

     (2.1)

式中，∆a为空气预热器出口过量空气系数，∆a1、∆a2、∆a3分别表示炉膛、制粉系统、烟道的漏风系数。由上式不难看出，在总风量a不变的前提下，当后三项增加时，则∆a会减少，意味着空气预热器的空气流通量减少，从而导致排烟温度升高。

2.3一、二次风配比不合理

一、二次风的配比原则在于使一次风能满足煤粉挥发分的燃烧。影响一、二次风配比的因素比较复杂，包括一、二次风的风温、风速、风量以及二次风混入一次风的时间点是否合适等。大量研究表明上述影响主要表现为：当一次风量增加或一次风速过高时会导致着火点推迟；一次风温过高则会导致着火点提前；二次风提前或推迟混入，都会相应地延迟着火或造成燃烧缺氧。若低温二次风混入量过大，则会降低火焰温度，减缓煤粉燃烧，导致火焰中心高度升高。与此同时，烟速和烟气增加，导致炉膛出口温度和排烟温度升高[2]。

3 降低锅炉排烟温度的技术应用

3.1分离式热管低压省煤器

低压省煤器的工作原理是利用锅炉尾部烟气，对低压加热器水侧的凝结水进行加热，通过回收锅炉余热和排烟余热的方式，降低排烟温度，提高锅炉热效率。但是对于普通低压省煤器而言，进口水温较低时，容易发生低温腐蚀。热管式低压省煤器是在此基础上进行改进，如图2所示，结合热管换热器和省煤器的优点，热管换热器通过吸收烟气热量产生蒸汽，通过上联管进入冷凝段冷却，冷却后的水又经下联管进入热管换热器继续吸收烟气热量，如此往复循环，有效解决了普通低温腐蚀和堵灰的问题，大大提高了锅炉热效率。

图2   分离式热管低压省煤器系统

3.2扩展省煤器表面积

扩展省煤器表面积是对普通省煤器的一种改进，通过扩大省煤器受热面或提高换热系数达到降低排烟温度的目的。传统的省煤器内部通常采用蛇形光管，受热面积有限，而采用螺旋肋片、鳍片代替蛇形光管，可以扩大省煤器受热表面积，从而增强传热属性，同时还可以有效降低飞灰磨损和堵灰，具有很强的应用性。以本钢发电厂的改造为例，将高温省煤器的蛇形管更换为螺旋翅片管，并且在低温省煤器中增设12排螺旋翅片管，最终结果表明改造后排烟温度降低31~36℃，锅炉热效率提高2%以上，节能达到12.16万GJ/年，对于节能减耗起到了积极的作用[3]。

3.3前置空气预热器

前置空气预热器的工作原理与上述方法类似，通过进一步增大空气预热器的换热面积，实现提高热空气温度和降低排烟温度的目标。前置空气预热器主要有三种形式：间壁式前置空气预热器、水介质前置空气预热器和复合相变式前置空气预热器[4]。对比后两项技术，间壁式前置空气预热器构造比较简单，通过增设新的空气预热器增大换热面积，但其弊端在于低温口容易发生低温腐蚀。而水介质前置空气预热器在此基础上进行改良，通过控制进口水温的方式有效解决了这一问题。后者通过双道设置烟气-水换热器，利用自然对流的方式转移烟气热量。复合相变式前置空气预热器通过烟气所携带的热量生成饱和水蒸气，经过冷凝器放热后，将热量传递给空气，从而达到降低排烟温度的效果。

3.4远红外节能材料涂敷水冷壁

降低排烟温度除了增大尾部受热面积之外，还可以通过改善水冷壁的吸热能力来实现。根据传热学原理，辐射换热的传热过程不需要介质，因此传热速度比较快。正是基于这一原理，远红外辐射节能涂料可以增大受热面的吸收率和辐射换热量，从而节约燃料。对于锅炉而言，可以通过改变受热面条件大幅增大辐射换热量。将远红外节能材料涂于锅炉水冷壁表面，加快炉内辐射传热速度，既可以降低炉膛出烟温度和尾部排烟温度，还可以在水冷壁表面形成致密的保护膜，起到延长水冷壁使用寿命和预防结渣的作用。

3.5炉底密封技术

对于炉底漏粉严重的炉底干式排渣系统的锅炉而言，漏风系数高于设计值时，在很大程度上会影响锅炉的排烟温度。无论是炉膛还是烟道，当漏风系数增加时，排烟温度会相应升高，且二者近似成线性关系。炉底密封技术的主要方法为在炉膛底部的冷灰斗出渣口布置热风风帘，并在炉底密封板处开槽，通过热二次风道将热二次风送入出渣口，以减小或隔绝炉底冷漏风。此技术通过增加空气预热器二次通风量，提高空气预热器的换热量，从而降低排烟温度，有效提升锅炉效率。

4 结语

排烟温度对于锅炉运行的经济性和安全性具有很大的影响，同时也是锅炉设计时需要考虑的一项重要设计参数。本文阐述了水冷壁结渣、锅炉系统漏风系数过大、一、二次风配比不合理等导致锅炉排烟温度过高的影响因素，并从增大省煤器受热面积、空气预热器换热面积、改善水冷壁吸热性能等方面对相关技术进行了分析。通过上述技术能有效降低锅炉排烟温度，降低锅炉生产运行中的排烟热损失，达到节能减排的目的，同时也对电厂企业的经济效益有着举足轻重的影响。

【参考文献】

[1]马凌波,王丰超. 电站锅炉排烟温度升高原因的归类研究[J]. 中国设备工程, 2017(06): 123-124.

[2] 李清华. 降低锅炉排烟温度的措施探究[J]. 福建建材, 2019(3):102-103.

[3] 王东明,党占东. 燃气锅炉省煤器改造降低排烟温度[J]. 冶金动力, 2020(2): 47-49.

[4] 李建锋,朱超,等. 降低锅炉排烟温度的2种方式比较[J]. 中国电力, 2012(7): 28-33.